復(fù)合地基理論

1、Henan Polytechnic University地基處理技術(shù)復(fù)合地基理論Theories of Composite FoundationTechnical of Soil Improvement Henan Polytechnic Universityn第一節(jié) 復(fù)合地基概述 n第二節(jié) 復(fù)合地基作用機理與破壞模式n第三節(jié) 復(fù)合地基的設(shè)計參數(shù) n第四節(jié) 復(fù)合地基的承載力 n第五節(jié) 復(fù)合地基沉降與沉降Henan Polytechnic University一、復(fù)合地基的概念 復(fù)合地基（composite subgrade ）：部分土體被增強或被置換形成增強體，由增強體和周圍地基土共同承擔荷載

2、的地基。增強體和周圍地基土協(xié)調(diào)變形，共同承擔上部結(jié)構(gòu)傳下來的荷載。二、復(fù)合地基分類二、復(fù)合地基分類 復(fù)合地基根據(jù)地基中增強體的設(shè)置方向可分為水平向增強體復(fù)合地基和豎向增強體復(fù)合地基兩大類。第一節(jié)第一節(jié) 復(fù)合地基概述復(fù)合地基概述Henan Polytechnic University（2 2）復(fù)合地基分類）復(fù)合地基分類 1）根據(jù)地基中增強體的方向分類l水平向增強體復(fù)合地基:土工聚合物、金屬材料格柵等形成的復(fù)合地基 。l豎向增強體復(fù)合地基:樁體復(fù)合地基 。均質(zhì)人工地基雙層地基水平向增強體復(fù)合地基豎直向增強體復(fù)合地基Henan Polytechnic University碎石樁復(fù)合地基強夯置換復(fù)合地

3、基Henan Polytechnic University碼頭機場Henan Polytechnic University（2）根據(jù)復(fù)合地基工作機理可作下述分類；復(fù)合地基常用的形式水平向增強復(fù)合地基豎直向增強復(fù)合地基斜向增強復(fù)合地基長短樁復(fù)合地基水平向增強體復(fù)合地基剛性樁復(fù)合地基半剛性樁復(fù)合地基柔性樁復(fù)合地基粘結(jié)材料樁復(fù)合地基散體材料樁復(fù)合地基豎向增強體復(fù)合地基復(fù)合地基Henan Polytechnic University3. 3. 復(fù)合地基特點復(fù)合地基特點n 復(fù)合地基與天然地基比較： 復(fù)合地基加固區(qū)是由增強體增強體和基體基體兩部分組成，是非均質(zhì)和各向異性的，該特點使復(fù)合地基區(qū)別于均質(zhì)地基。

4、天然地基復(fù)合地基地基地基 - 復(fù)合地基區(qū)別復(fù)合地基區(qū)別墊墊層層Henan Polytechnic University 復(fù)合地基與樁基比較復(fù)合地基與樁基比較 樁身材料與強度。復(fù)合地基中樁有散體材料樁、柔性樁、半剛性樁和剛性樁；樁身材料與強度。復(fù)合地基中樁有散體材料樁、柔性樁、半剛性樁和剛性樁；樁基中的樁均為剛性樁；樁基中的樁均為剛性樁； 樁與上部結(jié)構(gòu)的連接方式。復(fù)合地基中樁體與基礎(chǔ)不是直接相連的，它們之間樁與上部結(jié)構(gòu)的連接方式。復(fù)合地基中樁體與基礎(chǔ)不是直接相連的，它們之間通過通過墊層（碎石或砂石墊層）墊層（碎石或砂石墊層）來過渡；而樁基中樁體與基礎(chǔ)直接相連，兩者形成來過渡；而樁基中樁體與基礎(chǔ)直

5、接相連，兩者形成一個整體。一個整體。 受力特性不同。復(fù)合地基的主要受力層在加固體內(nèi)，由受力特性不同。復(fù)合地基的主要受力層在加固體內(nèi)，由基體和增強體基體和增強體兩部分共兩部分共同承擔上部荷載、協(xié)同工作；而樁基的主要受力層是在同承擔上部荷載、協(xié)同工作；而樁基的主要受力層是在樁尖以下樁尖以下一定范圍內(nèi)，主一定范圍內(nèi)，主要由要由樁體承擔荷載作用樁體承擔荷載作用。 群樁效應(yīng)問題。由于復(fù)合地基的理論的最基本假定為群樁效應(yīng)問題。由于復(fù)合地基的理論的最基本假定為樁與樁周土的樁與樁周土的協(xié)調(diào)變形協(xié)調(diào)變形。為此，從理論而言，復(fù)合地基中也不存在類似樁基中的群樁效應(yīng)。為此，從理論而言，復(fù)合地基中也不存在類似樁基中的群

6、樁效應(yīng)。a.a.樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ) b.b.復(fù)合地基復(fù)合地基墊層墊層承臺承臺Henan Polytechnic University地基地基, ,復(fù)合地基復(fù)合地基, ,樁基的區(qū)別樁基的區(qū)別天然地基復(fù)合地基樁基礎(chǔ)荷載傳遞路線的不同是淺基礎(chǔ)、復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)等三種地基基礎(chǔ)形式的基本特征。淺基礎(chǔ)：荷載直接傳遞給地基土體。對樁基礎(chǔ)：荷載通過樁體傳遞給地基土體。復(fù)合地基：荷載一部分通過樁傳遞給地基土體，一部分直接傳遞給地基土體。 Henan Polytechnic University第二節(jié)第二節(jié) 復(fù)合地基作用機理和破壞模式復(fù)合地基作用機理和破壞模式加速固結(jié)作用（1）復(fù)合地基作用機理作用機理1 1）樁體作用）

7、樁體作用 復(fù)合地基承載力和整體剛度高于原地基，沉降量有所減少。復(fù)合地基承載力和整體剛度高于原地基，沉降量有所減少。2) 2) 墊層作用墊層作用 可起到類似墊層的換土、均勻地基應(yīng)力和增大應(yīng)力擴散角等作用?？善鸬筋愃茐|層的換土、均勻地基應(yīng)力和增大應(yīng)力擴散角等作用。3)3)加速固結(jié)作用加速固結(jié)作用 除碎石樁、砂樁具有良好的透水特性，可加速地基的固結(jié)外，水泥土類除碎石樁、砂樁具有良好的透水特性，可加速地基的固結(jié)外，水泥土類和混凝土類樁在某種程度上也可加速地基固結(jié)。和混凝土類樁在某種程度上也可加速地基固結(jié)。 4)4)擠密作用擠密作用 在施工過程中由于振動、擠壓、排土等原因，可使樁間土起到一定的密實作在施

8、工過程中由于振動、擠壓、排土等原因，可使樁間土起到一定的密實作用。用。 5)5)加筋作用加筋作用 各種復(fù)合地基除了可提高地基的承載力和整體剛度外，還可提高土體的各種復(fù)合地基除了可提高地基的承載力和整體剛度外，還可提高土體的抗剪強度，增加土坡的抗滑能力。目前在國內(nèi)的深層攪拌樁、粉體噴攪樁抗剪強度，增加土坡的抗滑能力。目前在國內(nèi)的深層攪拌樁、粉體噴攪樁和砂樁等以被廣泛地用于高速公路等路基或路堤的加固，這都利用了復(fù)合和砂樁等以被廣泛地用于高速公路等路基或路堤的加固，這都利用了復(fù)合地基中樁體的加筋作用。地基中樁體的加筋作用。Henan Polytechnic University2 2 破壞模式破壞模

9、式 復(fù)合地基的破壞形式可分為以下四種：刺入破壞、鼓脹破壞、樁體剪切破壞和整體滑動破壞 。 復(fù)合地基中樁體可能破壞模式復(fù)合地基中樁體可能破壞模式(a) (a) 刺入破壞；刺入破壞；(b) (b) 鼓脹破壞；鼓脹破壞；(c) (c) 整體剪切破壞；整體剪切破壞；(d) (d) 滑動破壞滑動破壞Henan Polytechnic Universitya.刺入破壞刺入破壞: :樁體剛度較大，地基土強度較低的情況下較易發(fā)生樁樁體剛度較大，地基土強度較低的情況下較易發(fā)生樁體刺入破壞。樁體發(fā)生刺入破壞后，不能承擔荷載，進而引起樁間體刺入破壞。樁體發(fā)生刺入破壞后，不能承擔荷載，進而引起樁間土發(fā)生破壞，導(dǎo)致復(fù)合

10、地基全面破壞。土發(fā)生破壞，導(dǎo)致復(fù)合地基全面破壞。剛性樁復(fù)合地基剛性樁復(fù)合地基較易發(fā)生此較易發(fā)生此類破壞。類破壞。FkHenan Polytechnic University（b b）鼓脹破壞：）鼓脹破壞：在荷載作用下，樁間土不能提供足夠的在荷載作用下，樁間土不能提供足夠的圍壓來阻止樁體發(fā)生過大的側(cè)向變形，從而產(chǎn)生樁體鼓圍壓來阻止樁體發(fā)生過大的側(cè)向變形，從而產(chǎn)生樁體鼓脹破壞，并引起復(fù)合地基全面破壞。脹破壞，并引起復(fù)合地基全面破壞。散體材料樁復(fù)合地散體材料樁復(fù)合地基基往往發(fā)生鼓脹破壞，在一定的條件下，往往發(fā)生鼓脹破壞，在一定的條件下，柔性樁復(fù)合地柔性樁復(fù)合地基基也可能產(chǎn)生此類型式的破壞。也可能產(chǎn)生

11、此類型式的破壞。FkHenan Polytechnic UniversityHenan Polytechnic University非均質(zhì)粘性土中碎石樁破壞機理Henan Polytechnic University（c c）整體剪切破壞：）整體剪切破壞：在荷載作用下，復(fù)合地基將出現(xiàn)下圖在荷載作用下，復(fù)合地基將出現(xiàn)下圖所示的所示的塑性區(qū)塑性區(qū)，在滑動面上樁和土體均發(fā)生剪切破壞。，在滑動面上樁和土體均發(fā)生剪切破壞。散散體材料樁復(fù)合地基體材料樁復(fù)合地基較易發(fā)生整體剪切破壞，較易發(fā)生整體剪切破壞，柔性樁復(fù)合地柔性樁復(fù)合地基基在一定條件下也可能發(fā)生此類破壞。在一定條件下也可能發(fā)生此類破壞。Henan

12、Polytechnic UniversityHenan Polytechnic University第三節(jié)第三節(jié) 復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)n面積置換率面積置換率 m mn樁土應(yīng)力比樁土應(yīng)力比 n nn復(fù)合模量復(fù)合模量 EspEsp Henan Polytechnic University 復(fù)合地基的設(shè)計參數(shù)主要有處理范圍、處理深度、樁體直徑、間距、布置方式、增強體材料、面積置換率、配合比和樁土應(yīng)力比等，其中面積置換率和樁土應(yīng)力比是復(fù)合地基承載力確定和沉降計算的兩個基本參數(shù)。1、處理范圍 地基處理范圍應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、平面布置、地基土質(zhì)條件和增強體的類型確定。一般應(yīng)大于基礎(chǔ)底面積，滿

13、足應(yīng)力擴散的要求。對于剛性樁和部分半剛性樁，由于基礎(chǔ)荷載主要由樁體承擔，并通過樁體傳到地基深處，樁可只布置在基礎(chǔ)底面。2、處理深度 地基處理深度可根據(jù)地基處理目的、要求和地基土的性質(zhì)確定。Henan Polytechnic University 地基處理目的包括提高地基承載力、穩(wěn)定性、降低地基壓縮性、減小滲透性、特殊目的（全部或部分消除液化、濕陷性等）。 柔性樁和半剛性樁易發(fā)生鼓脹破壞鼓脹破壞。就承載力而言存在著一個有效樁長，樁長大于有效樁長后，承載力不再隨樁長的增加或增加的幅度很小，從這一角度樁長不宜過長。但增加樁長對減少基礎(chǔ)沉降是有利的。 原則上，當土層厚度不大時，一般應(yīng)達松軟土層底面；當

14、松軟土層厚度較大時，對按穩(wěn)定性控制的工程，應(yīng)達最危險滑動面以下2m以上；對按變形控制的工程，應(yīng)滿足處理后的地基變形量不超過建筑物的地基變形允許值并滿足軟弱下臥層承載力的要求；在可液化地基中，應(yīng)按要求的抗震處理深度確定。Henan Polytechnic University 散體樁復(fù)合地基樁側(cè)摩阻力f與樁身壓力Q隨深度變化圖破壞形式荷載傳遞機理散體樁復(fù)合地基：Henan Polytechnic University柔性樁復(fù)合地基側(cè)摩阻力與樁身壓力隨深度的變化柔性樁復(fù)合地基：Henan Polytechnic University3、樁體直徑樁體直徑可根據(jù)地基土的性質(zhì)，處理深度，樁的類別、作用，

15、當?shù)亟?jīng)驗和選用的施工機械確定。樁徑選擇過小，施工質(zhì)量不易控制；過大，需增大褥墊層厚度，以保證樁土共同承擔荷載。當?shù)鼗幚砩疃却髸r，樁直徑應(yīng)大些；擠密樁直徑應(yīng)大些；以承載為主的樁直徑應(yīng)大些；兼有排水固結(jié)的樁直徑宜小些。4、樁間距樁距應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求的復(fù)合地基承載力、建筑物控制沉降量、土的性質(zhì)、施工工藝等確定。一般取樁徑的3-5倍。從施工考慮，盡量選擇較大的樁距，以免新打樁對已打樁產(chǎn)生不良影響。按擠密性，土分為易擠密土，如松散的粉細砂、粉土、人工填土；可擠密土，如不太密實的非飽和粉質(zhì)粘土；不可擠密土，如飽和軟粘土或密實性很高的粘性土、砂土。對于不可擠密土和擠土成樁工藝宜采用較大的樁間距。Henan

16、Polytechnic University1. 1. 面積置換率面積置換率m m 研究復(fù)合地基時，是在眾多根樁所加固的地基中，選取一根樁及其影響的樁周土所組成的單元體作用為研究對象。若樁體的橫截面積為Ap，樁身平均直徑為d,該樁體對應(yīng)的加固面積為A，該樁體所對應(yīng)的加固面積的等效圓直徑為de，則面積置面積置換率換率m m： Henan Polytechnic University樁位布置：正方形和三角形布置2232/ldm等邊三角形布置： 設(shè)每根樁分擔的處理基礎(chǔ)面積為A,單樁樁身截面積為Ap,則復(fù)合地基的置換率為：224/ldAAmp正方形布置：Henan Polytechnic Univer

17、sity等效直徑算法22438ld2232）（ldllde05. 132三角形排列時：llde13. 14正方形排列時：224ld224）（ldHenan Polytechnic University2. 2. 樁土應(yīng)力比樁土應(yīng)力比 n n 在荷載作用下，設(shè)復(fù)合地基中樁體的豎向平均應(yīng)力為p，樁間土的豎向平均應(yīng)力為s，則樁土應(yīng)力比n： np/s荷載水平、樁土模量比、置換率、地基強度、樁長 目前復(fù)合地基樁土應(yīng)力比n 的計算公式很多，例如模量比公式，其假定在剛性基礎(chǔ)下，樁體和樁間土的豎向應(yīng)變相等，即p=s。于是，樁體上豎向應(yīng)力p=Epp，樁間土豎向應(yīng)力s=Ess，樁土應(yīng)力比n的表達式為： n=p/s

18、=Ep/Es （2-3）式中：Ep、Es-分別為樁和樁間土的壓縮模量。Henan Polytechnic UniversityHenan Polytechnic University 復(fù)合地基加固區(qū)由樁體和樁間土樁體和樁間土兩部分組成，呈非均質(zhì)。在復(fù)合地基計算中，為了簡化計算，將加固區(qū)視作一均質(zhì)的復(fù)合土體，則復(fù)合地基的復(fù)合模量Esp：Esp=m Ep+(1-m) Es 或 Esp=1+m(n-1)Es 式中:Esp復(fù)合地基壓縮模量,MPa ； m復(fù)合地基面積置換率； n樁土應(yīng)力比； Ep樁體壓縮模量,MPa； Es土體壓縮模量, MPa 。3.3.復(fù)合模量復(fù)合模量Henan Polytechn

19、ic University第四節(jié) 復(fù)合地基的承載力復(fù)合地基的承載力應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，初步設(shè)計時可用理論公式估算。豎向增強體復(fù)合地基承載力計算方法通常有二種：一種是面積置換率法，另一種是樁土應(yīng)力比法。1、面積置換率法基礎(chǔ)荷載由復(fù)合地基的樁體和樁間土共同承擔，若復(fù)合地基所受的總荷載為P，由樁體分擔荷載為PP，樁間土分擔荷載為Ps，則有： sppppAfpsppppAfp sssAfp spssppspfmmffAAfAAf)1 ( Henan Polytechnic UniversitypnipisippkAqlquf/ )(1單樁承載力特征值：樁的周長，m；：樁長范圍內(nèi)劃分的土層數(shù)

20、；：第i層土的樁側(cè)摩阻力特征值，kPa：樁端土承載力特征值，kPa；：第i層土的厚度，m。punsiqppilHenan Polytechnic University用承載力特征值表示，考慮到樁間土承載力的發(fā)揮程度，則復(fù)合地基承載力特征值計算公式為： 式中： fspk復(fù)合地基承載力特征值，kPa； fpk樁體承載力特征值，kPa； fsk處理后樁間土承載力特征值，kPa。宜按當?shù)亟?jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時，可取天然地基承載力特征值； 樁間土承載力折減系數(shù)，宜按試驗或當?shù)亟?jīng)驗取值。當無經(jīng)驗時可按以下原則取值：當不考慮樁間軟土作用時，取=0；對柔性樁取=1.0；對剛性和半剛性樁，當樁端土為軟土時，取=0

21、.5-1.0；當樁端土為硬土時，取=0.1-0.4。skpkspkfmmff)1 ( Henan Polytechnic University樁體如按成樁所采用的材料可分為：1) 散體土類樁：如碎石樁、砂樁等；2) 水泥土類樁：如水泥土攪拌樁、旋噴樁等；3) 混凝土類樁：樹根樁、CFG樁等。樁體如按成樁后的樁體的強度（或剛度）可分為：1) 柔性樁：水泥攪拌樁，旋噴樁等；2) 半剛性樁：CFG樁；3) 剛性樁：混凝土類樁。Henan Polytechnic University復(fù)合地基沉降計算思路及方法： 分別計算復(fù)合地基加固區(qū)和下臥層壓縮量，再把二者相加，即：S=S1+S2 S:為復(fù)合地基總的

22、沉降量 S1:為加固區(qū)的沉降量 S2:為樁端以下土體沉降量Henan Polytechnic University1.加固區(qū)沉降量S1的計算復(fù)合模量法ipspiEiHn11iispiiHEpS第i層土的復(fù)合模量 第i層土的平均附加應(yīng)力 第i層土的厚度 Esp：復(fù)合土層的壓縮模量（MPa）； a:系數(shù)，可取1.11.3，成孔對樁周土擠密效應(yīng)好或置換率大時取高值：n：樁土應(yīng)力比，可取34，長樁取大值。Es：天然上的壓縮模量（MPa）；sspEnmE1)-(1Henan Polytechnic University2.樁端以下壓縮區(qū)沉降量S2的計算mjiisjijijpEhS1nj1,2m ：樁端平

23、面以下壓縮層范圍內(nèi)土層總數(shù)。 ：樁端平面下第j層土第i個分層在自重應(yīng)力至自重應(yīng)力 加附加應(yīng)力作用段的壓縮模量。n ：第j層土的計算分層數(shù)。 ：第j層土第i個分層厚度 ：第j層土第i個分層土的豎向附加應(yīng)力isjE,ijh,ij,Henan Polytechnic Universityn復(fù)合模量法具有如下優(yōu)點： 1）從土體壓縮量的角度考慮，避開了計算樁端刺入沉降； 2）概念清楚，計算方便； 3）特別對柔性樁和散體材料樁加固區(qū)沉降計算比較實用。 4）在工程上應(yīng)用面積加權(quán)之和計算復(fù)合地基加固區(qū)沉降是 偏安全的。 缺點： 該復(fù)合模量公式的前提是樁土壓縮量相等，這對樁土相對剛度較大的復(fù)合地基不實用。簡而言

24、之，該計算方法不適用于剛性樁復(fù)合地基部分，但可進行柔性樁段的計算。Henan Polytechnic University工程實例：某一小區(qū)15A棟建筑面積6300m2.地下一層，地個12層，該樓主體采用框架結(jié)構(gòu)，僅電梯間為剪力墻，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，板厚1m,埋深4.4m,相當于黃海標高0.1m.基礎(chǔ)平面圖如下:Henan Polytechnic University基礎(chǔ)尺寸為30.8*15.34，基礎(chǔ)底板以下淤泥質(zhì)土，厚30m左右，經(jīng)過方案比較，采用復(fù)合地基進行地基處理。采用三種樁型。1）600mm的濕法深層水泥攪拌樁（44根）2）500mm的鉆孔灌注樁（45根）3）600mm的鉆孔灌注樁（15根）Henan Polytechnic University請求如下參數(shù)1.求復(fù)合地基的置換率；2.工程竣工后實測的基礎(chǔ)底板以下平均應(yīng)力為231kPa,土體壓應(yīng)力為60kPa,求荷載分擔比n與樁土應(yīng)力比n；3.若已知基礎(chǔ)底板下天然土體壓縮模量Es=3.1MPa,濕法深層攪拌樁壓