摘要:在软弱、高压缩性土层上进行工程建设,对可靠的地基处理方案需求日益增长。其中,刚性桩复合地基(RIs)已成为最高效的土体加固技术之一。本文综合了180多项研究,对刚性桩复合地基技术进行了全面的前沿综述,涵盖其控制机理、设计方法和现场性能。
虽然刚性桩复合地基的静力行为已得到广泛研究,并获得了国际设计指南的支持,但其在循环和地震荷载下的响应,尤其是在可液化土中的表现,相关记录仍然较少,且存在显著的不确定性。本综述批判性地分析了在重复荷载条件下,关键荷载传递机制(包括土拱效应、薄膜张力及界面剪切传递)的退化。进一步强调了刚性桩复合地基在可液化土中的独特作用——其减震机理主要依赖于增强和约束作用,而非散体桩典型的排水驱动机制。本文追溯了设计实践的发展历程:从静力条件下验证的分析公式,到适用于动荷载的先进数值与物理建模框架。研究强调了现有地震设计指南缺乏验证的问题,并指出了关键的知识空白,突出表明需要通过先进的数值模拟和大尺度物理试验,来支持基于性能的刚性桩复合地基抗震设计方法的未来发展。刚性夹杂物是一种由高刚度桩体(如混凝土桩)、荷载传递平台(LTP)及周围软土共同组成的复合地基系统。-核心机制: 与柔性桩不同,RIs通过其自身刚度直接传递荷载至深层持力层,而不依赖侧向约束。LTP则通过“土拱效应”和土工合成材料的“张拉膜效应”将上部荷载有效分配至桩顶。-适用性: 该技术特别适用于高压缩性软土、有机土及对沉降控制要求严格的工程,如高速铁路、工业厂房和储罐基础。静力条件下,土拱效应是主导机制。现有研究表明,当填土高度与桩间净距之比大于1.4-2.0时,土拱效应可充分发挥。土工格栅的引入能显著提升LTP的约束能力,减少差异沉降。-循环荷载: 交通或工业振动引起的循环荷载会导致土拱结构逐渐退化,累积沉降增加。土工合成材料在此过程中起到关键的稳定作用。-地震与液化: 在液化土中,RIs主要通过“加筋”和“侧向约束”而非排水来减轻液化危害。桩体的存在提高了土体的抗剪刚度和抗液化能力。固结和蠕变对长期性能影响显著。随时间推移,负摩阻力(NSF)的发展和中性点的下移会改变桩身轴力分布,而软土的蠕变可能削弱土拱效率。BS 8006、EBGEO和CUR226等国际规范提供了基于静力假设的设计框架。虽然简便,但在处理非线性、应力相关性及动力问题时存在局限,可能导致设计偏保守或不安全。三维有限元(3D FEM)和离散元(DEM)模拟能更真实地捕捉复杂的土-结相互作用。然而,高级本构模型(如PM4Sand)的参数标定复杂,限制了其在常规设计中的应用。离心机和振动台试验是验证动力响应的关键手段,但目前针对RIs在液化土中性能的大型动力试验数据仍非常匮乏。本文指出,现有的静态设计理念已相对成熟,但抗震设计(特别是针对液化场地)仍缺乏统一规范。未来的研究应聚焦于:1 开展大型动力离心机和现场试验,建立高质量验证数据库。2 开发介于简化解析法与复杂数值模拟之间的中间保真度设计工具。3 将全寿命周期评估(LCA)纳入设计体系,推动低碳材料(如地聚合物)的应用。4 最终目标是建立基于性能的抗震设计(PBSD)框架,以实现RI系统的韧性与可持续性。Bohlooli N, Bahadori H, Alielahi H, Dias D, Vasef M. Rigid Inclusions for Soft Soil Improvement: A State-of-the-Art Review of Principles, Design, and Performance. CivilEng. 2026; 7(1):6-44.