多元復(fù)合地基法[全面]

1、第15章 多元復(fù)合地基法Chapter 15 Multi-element Composite Foundation,回顧與復(fù)習(xí)（Review）,復(fù)合地基的定義：是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體或被改良的天然地基土體）和增強體兩部分組成的人工地基。復(fù)合地基較天然地基的承載力提高，沉降減小。,復(fù)合地基分類,復(fù)合地基根據(jù)地基中增強體的方向可分為豎向增強體復(fù)合地基 和水平向增強體復(fù)合地基 兩類。豎向增強體復(fù)合地基又稱為樁體復(fù)合地基。 豎向增強體復(fù)合地基根據(jù)增強體性質(zhì)又可分為散體材料樁 復(fù)合地基、柔性樁 復(fù)合地基和剛性樁 復(fù)

2、合地基。,本章要學(xué)習(xí)的內(nèi)容Main Contents in This Chapter,一、概述 二、多元復(fù)合地基的定義及分類 三、多樁型復(fù)合地基法 四、雙向增強體復(fù)合地基法,15.1 概述,鑒于水平向增強體、豎向增強體復(fù)合地基中的三種類型樁（即散體材料樁、柔性樁和剛性樁）的承載能力和變形特性不同，且由于每種地基處理方法都不是萬能的，每種地基處理方法都有其適用范圍和優(yōu)缺點，可將水平向增強體、或豎向增強體中的三種類型樁中的兩種甚至三種樁綜合應(yīng)用于加固軟土地基，形成多元復(fù)合地基，以充分發(fā)揮水平向增強體以及各樁型的優(yōu)勢，大幅度地提高地基承載力，減小地基沉降，從而取得良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。,15.2

3、 多元復(fù)合地基的定義及分類15.2 Definition and Classification of Multi-element Composite Foundation,一、定義 多元復(fù)合地基是指由水平向增強體、豎向增強體中的剛性樁、柔性樁、散體材料樁中的兩種或兩種以上的增強體，采取不同的組合方式對天然地基加固所形成的復(fù)合地基。 二、分類 主要分為三大類： （1)多樁型復(fù)合地基 （2)雙向單樁型復(fù)合地基 （3)雙向多樁型復(fù)合地基,在多樁型復(fù)合地基中，可將樁身強度較高的樁稱為主樁，將強度較低的樁稱為次樁?？蓪⒍鄻缎蛷?fù)合地基分為兩類：在第一類多樁型復(fù)合地基中，主樁作用為主，次樁為輔；在第二類多樁

4、型復(fù)合地基中，主樁的數(shù)量較少，僅布置在節(jié)點或荷載較大處，其主要目的是減小沉降，地基承載力提高主要依靠次樁的置換作用。,三、多樁型復(fù)合地基,雙向增強體復(fù)合地基由水平向的增強體和豎向的增強體與天然地基土體共同組成。在雙向增強體復(fù)合地基中，如果豎向的增強體只有一種樁型，那么可稱之為雙向單樁型復(fù)合地基(見圖15-2)；如果豎向的增強體有兩種或兩種以上的樁型，那么可以稱之為雙向多樁型復(fù)合地基（見圖15-3）。,四、雙向增強體復(fù)合地基,多樁型復(fù)合地基（Multi-Pile Composite Foundation),雙向單樁型復(fù)合地基,雙向多樁型復(fù)合地基,15.3.1 多樁型復(fù)合地基承載力的計算 1. 第

5、一類多樁型復(fù)合地基承載力計算,15.3 多樁型復(fù)合地基法15.3 Bearing Capacity of Multi-pile Composite Foundation,復(fù)合地基承載力由三部分組成 （1）當(dāng)次樁為強度較高的柔性樁（例如深層攪拌水泥土樁）時，采用下式計算復(fù)合地基承載力,（2）當(dāng)次樁為強度較低的柔性樁（例如石灰樁、灰土擠密樁等）或散體材料樁（例如碎石樁）時，采用下式計算復(fù)合地基承載力,2. 第二類多樁型復(fù)合地基承載力計算 對于第二類多樁型復(fù)合地基，主樁的數(shù)量較少，僅布置在節(jié)點或荷載較大處，其主要目的是減小沉降，地基承載力提高主要依靠次樁的置換作用。 在實際工程中，可按兩種情形考慮：

6、,第一種情形 考慮主樁分擔(dān)一定的荷載，根據(jù)樁的類型及地質(zhì)條件采用經(jīng)驗參數(shù)法計算單樁承載力，扣除主樁承受的荷載后，剩余荷載由次樁形成的復(fù)合地基承擔(dān)。 第二種情形 將主樁的承載作用作為安全儲備，僅考慮次樁形成的復(fù)合地基承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，此種情形即由兩樁型復(fù)合地基退化為普通的單一樁型復(fù)合地基。復(fù)合地基承載力按通常單一樁型復(fù)合地基的承載力計算公式計算。,15.3.2 多樁型復(fù)合地基沉降計算,1. 第一類多樁型復(fù)合地基沉降計算方法 (1) 第一種情形（主樁與次樁樁長相等） s = s1 + s2 加固區(qū)土層壓縮量s1可采用復(fù)合模量法計算。 復(fù)合壓縮模量E cs通過面積加權(quán)法計算，也可通過試驗確定。 Ec

7、s = m1Ep1+ m2Ep2+ (1-m1-m2)Es,加固區(qū)下臥土層壓縮量s2可采用分層總和法計算。,其次討論復(fù)合地基加固區(qū)下臥土層壓縮量s2的計算方法。由于在第一類多樁型復(fù)合地基中，主樁的置換率較大，主樁起主要的置換作用，而且由于主樁較長，建議宜采用實體基礎(chǔ)法計算作用在下臥土層上的附加應(yīng)力，采用分層總和法計算下臥土層壓縮量s2。,2. 第二類多樁型復(fù)合地基沉降計算方法,在第二類多樁型復(fù)合地基中，由于主樁的置換率很小，主樁的置換作用較小，絕大部分荷載由次樁及樁間土承擔(dān)，而主樁僅布置在節(jié)點或荷載較大處，因此第二類多樁型復(fù)合地基的沉降計算方法與第一類多樁型復(fù)合地基的沉降計算方法有較大區(qū)別，下

8、面建議兩種計算方法。,第一種計算方法：采用復(fù)合模量法計算加固區(qū)土層的壓縮量s1，采用改進(jìn)的Geddes法計算下臥土層的壓縮量s2。 第二種計算方法為工程中的實用簡化計算方法，即將總荷載扣除樁體承受的荷載后的剩余荷載作用在復(fù)合地基加固區(qū)上，其加固區(qū)土層和下臥層土層上的附加應(yīng)力計算方法與天然地基中應(yīng)力計算方法相同 。,1 多樁型復(fù)合地基中的單樁檢測 對于多樁型復(fù)合地基中的單樁樁身質(zhì)量，可依照各類樁的檢測辦法分別進(jìn)行檢測，例如，剛性樁可采用低應(yīng)變動力檢測法檢測樁身完整性，深層攪拌水泥土樁可采用輕便動力觸探或抽芯檢測，石灰樁可采用靜力觸探或輕便動力觸探檢測樁身強度和成樁質(zhì)量，碎石樁可采用重型動力觸探檢

9、測成樁質(zhì)量。,15.3.3 多樁型復(fù)合地基檢測方法15.3.3 Verification Test of Multi-pile Composite Foundation,2 多樁型復(fù)合地基承載力檢測方法（直接法）,(1) 規(guī)范方法 對于一般的復(fù)合地基加固效果檢測，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ 79-2002規(guī)定采用復(fù)合地基靜載荷試驗，若為單樁復(fù)合地基靜載荷試驗，壓板可采用圓形或方形，面積為單根樁承擔(dān)的處理面積。多樁復(fù)合地基載荷試驗的壓板可采用方形或矩形，其尺寸按實際樁數(shù)所承擔(dān)的處理面積確定。,采用矩形壓板，是否合適？,采用異性壓板，是否合適？,(2) 平行四邊形壓板法 建議對于工程中有時采用矩形

10、或方形壓板難以準(zhǔn)確合理地檢測多樁型復(fù)合地基承載力時，在多樁型復(fù)合地基靜載荷試驗中可采用平行四邊形壓板。,平行四邊形壓板,采用平行四邊形壓板時，應(yīng)注意以下事項： （1）當(dāng)按相對變形s/b取值時，b 應(yīng)取平行四邊形較短的一個高；或取與平行四邊形面積相等的正邊形的邊長； （2）平行四邊形相鄰邊邊長及平行四邊形相鄰內(nèi)角之差不宜過大，否則平行四邊形的兩銳角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而使土體過早產(chǎn)生擠出破壞； （3）由于板的平面尺寸比相同面積的方形板大，因此壓板應(yīng)具有較高的剛度。,3 多樁型復(fù)合地基承載力檢測（間接法）,所謂間接法就是分別對主樁或次樁進(jìn)行單樁或復(fù)合地基靜載荷試驗，然后利用多樁型復(fù)合地基的承載力計算

11、公式計算出多樁型復(fù)合地基的承載力。,工程實例一:深層攪拌樁與石灰樁聯(lián)合加固雜填土（該項目完成于1994年） 工程實例二:鉆孔壓灌混凝土樁與水泥粉噴樁聯(lián)合加固深厚軟土（該項目完成于2000年）,15.3.4 多樁型復(fù)合地基法的工程實踐15.3.4 Case Histories of Multi-pile Composite Foundation,15.4 雙向增強體復(fù)合地基,雙向增強體復(fù)合地基法近些年來在工程中開始逐漸得到應(yīng)用。但是，由于目前這種新型的復(fù)合地基的作用機理尚不十分清楚，既沒有現(xiàn)成的設(shè)計理論和設(shè)計方法，也沒有成熟的施工工藝和控制措施，更缺乏施工質(zhì)量的檢驗驗收標(biāo)準(zhǔn)，沒有形成技術(shù)規(guī)范和設(shè)

12、計指南。也就是說，目前雙向增強體復(fù)合地基的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其工程實踐。雖然目前的工程應(yīng)用停留在邊摸索邊總結(jié)的經(jīng)驗狀態(tài)，但是，其有限的應(yīng)用卻顯示出非常好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益，具有開展進(jìn)一步深入研究和擴大應(yīng)用范圍的重要價值。,15.4.1 雙向增強體復(fù)合地基,所謂雙向增強體復(fù)合地基就是對天然地基的下部采用豎向增強體（包括剛性樁、柔性樁和散體材料樁等）加固，而上部采用水平向增強體加固，豎向增強體、水平向增強體與天然地基共同作用所形成的人工地基。該類復(fù)合地基可發(fā)揮水平向增強體和豎向增強體的各自的優(yōu)勢，共同有效地承擔(dān)上部荷載，大大減小地基變形。 雙向增強體復(fù)合地基法也稱為樁網(wǎng)復(fù)合地基法和樁承式加筋復(fù)合

13、墊層法。,15.4.2 雙向增強體復(fù)合地基形成的背景,雙向增強體復(fù)合地基法是在單一增強體復(fù)合地基存在一些不足的背景下產(chǎn)生的。 （1）水平向增強體(土工合成材料、金屬材料格柵等)不足之處：不方便在較深的土層下施工，難以用于基坑特別是深基坑支護(hù)；不能充分調(diào)動下部土的承載潛力；應(yīng)用于軟土地基處理時，所需沉降變形時間往往較長，不利于加快工程進(jìn)度。 （2）單一的豎直向增強體(通常稱為樁體)不足之處：沒有加筋、過濾、防滲功能；在高邊坡情況下往往要設(shè)專用抗滑斜樁，難以施工；有時因特殊情況需要，仍嫌其沉降變形達(dá)到穩(wěn)定的時間過長；受到柔性荷載或者基礎(chǔ)剛度不大時，豎向增強體的承載力難以充分發(fā)揮，導(dǎo)致承載力難以得到

14、大幅度提高，沉降也較大。,15.4.3 雙向增強體復(fù)合地基的優(yōu)點,雙向增強體復(fù)合地基綜合了水平向增強體和豎向增強體的優(yōu)勢，可以克服上述單一增強體復(fù)合地基的不足之處，通過不同增強體的合理組合，獲得較高的承載力，并大大減少沉降。 雙向增強體復(fù)合地基具有以下優(yōu)點。 (1) 雙向增強體復(fù)合地基具有樁體、墊層、排水、擠密、加筋、防護(hù)等綜合效能。 (2) 豎向增強體復(fù)合地基法比較容易實現(xiàn)在天然軟土地基上快速填筑穩(wěn)定的高路堤或堤壩。 (3) 當(dāng)豎向增強體按照稀疏間距布置時，采用減沉樁理論進(jìn)行設(shè)計和施工，可大幅度降低工程建設(shè)成本。 (4) 沉降較小且完成時間較短，工后沉降較易控制，可縮短工期，相對加快工程進(jìn)度

15、。 (5) 不需采用預(yù)壓來先期完成沉降，施工方便。,15.4.4 雙向增強體復(fù)合地基法的應(yīng)用范圍,由于雙向增強體復(fù)合地基法這一新技術(shù)在控制沉降和不均勻沉降有著具大的技術(shù)優(yōu)勢，且經(jīng)濟(jì)效益顯著，目前，逐步開始在國內(nèi)得到應(yīng)用，主要應(yīng)用范圍集中在以下這些方面： (l) 大面積堆載場地的地基處理； (2) 路堤軟土地基處理，比如高速公路和高速鐵路路基處理； (3) 軟土地基上新老路堤接合部的處理，以防止不均勻沉降； (4) 高層建筑物地基軟弱下臥層處理； (5) 橋臺過渡段地基處理，比如處理“橋頭跳車”現(xiàn)象； (6) 其他工程應(yīng)用，例如持力層為斜坡的樁基礎(chǔ)，以防止地基側(cè)向失穩(wěn)。,15.4.5 雙向增強體

16、復(fù)合地基的發(fā)展,1993年，南(寧)一昆(明)鐵路線永豐營車站的軟土地基處理采用了粉噴樁結(jié)合土工格柵這一樁承加筋土復(fù)合地基；,1998年，江蘇省泰州市首次利用“土工編織布(geotextile)加筋墊層+水泥粉噴攪拌樁”的復(fù)合地基方案，修復(fù)處理泰州市引江河嘶馬碼頭下的軟土地基；,國內(nèi)發(fā)展：,2001年，鐵道部科學(xué)研究院深圳分院采用了樁網(wǎng)復(fù)合地基處理不同處理技術(shù)路段的接合段來控制沉降和差異沉降；,2007年，在寧波鋼鐵廠軋鋼車間采用了素混凝土樁+水泥攪拌樁形成的兩種豎向增強體同雙層土工格柵形成的雙向增強體復(fù)合地基進(jìn)行地基處理；,15.4.6 雙向增強體復(fù)合地基的設(shè)計,1. 水平向土工格柵加筋墊層的設(shè)計 雙向增強體復(fù)合地基中土工格柵加筋墊層的設(shè)計主要是針對引起土工格柵張拉力的幾種形式進(jìn)行考慮，包括因豎向應(yīng)力和側(cè)向滑移導(dǎo)致的張拉力，滿足在工作條件下的張拉力要求。 為了評價土工