1、復合地基,一、 復合地基概述 二、 復合地基的形成條件 三、 復合地基中幾個基本概念 四、 復合地基作用機理 五、 復合地基破壞模式 六、 復合地基的設計參數 七、 復合地基計算,主要內容,工業廠房地基,水泥土攪拌樁復合地基,房屋建筑粉噴樁復合地基,水下的碎石樁復合地基,碎石樁復合地基,強夯置換復合地基,碼頭,機場,一、 復合地基概述,復合地基與樁基的區別 1、承載特性 樁基上部荷載全部由樁承擔，復合地基上部荷載由樁和樁間土共同承擔。 2、構造特征,復合地基概述,復合地基的定義：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，或在天然地基中設置加筋材料，加固區是由基體（天然地基土體或被

2、改良的天然地基土體）和增強體兩部分組成的人工地基。復合地基較天然地基的承載力提高，沉降減小。,2、復合地基分類 復合地基根據地基中增強體的設,置方向可分為水平向增強體復合地基和豎向增強體復合地基兩大類,分為樁長相等和不相等,復合地基的常用型式 在工程實踐中應用的復合地基型式很多，可從下述三個方面來分類： （1）增強體設置方向； （2 ）增強體材料； （3 ）基礎剛度以及是否設置墊層。 復合地基中增強體除豎向設置和水平向設置外，還可斜向設置，如樹根樁復合地基。在 形成復合地基時，豎向增強體可以采用同一長度，也可采用長短樁形式，長樁和短樁可采用 同一材料制樁，也可采用不同材料制樁。采用不同材料制樁

3、時即形成多元復合地基。在深厚軟土地基中采用多元復合地基既可有效提高地基承載力，又可減小沉降，且具有較好的技術效果和經濟效益,對增強體材料，水平向增強體多采用土工合成材料，如土工格柵、土工織物等；豎向增強體可采用砂石樁、水泥土樁、土樁與灰土樁、CFG 樁等。 在建筑工程中，樁體復合地基承擔的荷載通常是通過鋼筋混凝土基礎傳給的，而在路堤工程中，荷載是由剛度比鋼筋混凝土基礎小得多的路堤直接傳遞給樁體復合地基的。前者基礎剛度比增強體剛度大，而后者路堤材料剛度往往比增強體材料剛度小。理論研究和現場實測表明剛性基礎下和路堤下復合地基性狀具有較大的差異,為敘述方便，將填土路堤下復合地基稱為柔性基礎下復合地基

4、。柔性基礎下復合地基的沉降量遠比剛性基礎下復合地基的沉降大。為了減小柔性基礎復合地基的沉降，應在樁體復合地基加固區上面設置一層剛度較大的“墊層”，防止樁體刺入上層土體,對剛性基礎下的樁體復合地基有時需設置一層柔性墊層以改善復合地基的受力狀態。 綜上所述，復合地基常用型式分類如下： 1增強體設置方向 （1 ）豎向； （2 ）水平向； （3 ）斜向。 2增強體材料 （1 ）土工合成材料，如土工格柵、土工織物等； （2 ）砂石樁； （3 ）石灰樁、水泥土樁等； （4 ）CFG 樁和低強度混凝土樁等； （5 ）兩種以上豎向增強體（多元復合地基）； （6 ）水平向和豎向增強體（樁網復合地基,按增強體長度

5、分類,長短樁復合地基,長短相間,外長中短,中長外短,由于增強體設置方向不同、增強體的材料組成差異、基礎剛度以及墊層情況不同、增強體長度不一定相同，復合地基的形式非常復雜，要建立可適用于各種類型復合地基承載力和沉降計算的統一公式是困難的，或者說是不可能的。在進行復合地基設計時一定要因地制宜，不能盲目套用一般理論，應該以一般理論作指導，結合具體工程進行精心設計,二 復合地基的形成條件,1、散體材料樁復合地基,復合地基形成條件： 樁土共同承擔荷載,2、剛性基礎下粘結材料樁與地基土體 形成復合地基的條件,EpEs1,EpEs1， EpEs2,3、路堤下粘結材料樁與地基土體 形成復合地基的條件,三、復合

6、地基中幾個基本概念,1、復合地基置換率 Ap：樁的橫截面積； A：該樁對應的加固影響面積,2、樁土應力比,樁土應力比與樁體材料、樁長、面積置換率有關。其他條件相同時，樁體材料剛度越大，樁土應力比越大；樁越長，樁土應力比越大；面積置換率越小，樁土應力比 越大,影響樁土應力比的因素分析,a、基礎剛度 剛性基礎下樁土應力比隨 荷變化曲線出現峰值，數 值較大。 柔性基礎下復合地基樁土 應力比隨荷變化曲線出現最 小值，數值小于剛性基礎下 復合地基,柔性基礎下復合地基,剛性基礎下復合地基,b、樁的剛度 剛性基礎下復合地基，樁 的剛度越大，樁土應力比越 大。 c、面積置換率m 樁土應力比隨置換率的減 小而增

7、加，但幅度不大。 d、地基土強度,剛性基礎下復合地基,樁土應力比隨原地基土強度增加而降低。 e、樁長 樁土應力比隨樁長增加而增大。存在有效樁長，當樁長 達到有效樁長后，樁土模量比隨樁長幾乎不再增加,f、時間 樁土應力比隨時間緩慢增大，然后穩定。 g、墊層厚度 樁土應力比隨墊層厚度的增加而減小，當墊層厚度增大 到一定值后，樁土應力比趨于穩定,復合地基樁土荷載分擔比 復合地基樁土荷載分擔比即樁與土分擔荷載的比例。復合地基中樁土的荷載分擔既可用 樁土應力比表示，也可用樁土荷載分擔比 表示,3、復合壓縮模量,復合模量表征復合土體抵抗變形的能力，數值上等于某一應力水平時復合地基應力與復 合地基相對變形之

8、比。通常復合模量可用樁抵抗變形能力與樁間土抵抗變形能力的某種疊加 來表示。計算式為,四、復合地基作用機理 復合地基在施工階段的作用機理主要表現為擠密效應和排水固結效應，工作階段的作用機理主要表現為樁體效應、墊層效應和加筋效應。 1、擠密效應：豎向增強體復合地基在施工過程中將樁位處的土部分或全部的擠壓到樁側，使樁間土體擠壓密實。 2、排水固結效應：增強體透水性強，是良好的排水通道，能有效地縮短排水距離，加速樁間飽和軟粘土的排水固結。 3、樁體效應：復合地基中樁體剛度大，強度高，承擔的荷載大，能將荷載傳到地基深處，從而使復合地基承載力提高，地基沉降量減小,4、墊層效應：復合地基的復合土層宏觀上可視

9、為一個深厚的復合墊層，具有應力擴散效應。 5、加筋效應：水平向增強體復合地基，在荷載的作用下，發生豎向壓縮變形，同時產生側向位移。復合地基中的加筋材料，將阻礙地基土側向位移，防止地基土側向擠出，提高復合地基中水平向的應力水平，改善應力條件，增強土的抗剪能力。 6、協作效應：增強體與周圍土體協調變形、共同工作、相得益彰。如豎向增強體復合地基，樁體強度高，剛度大，約束土體側向變形，改善土體的應力狀態，使土體在較高應力狀態下不致發生剪切破壞。同時，土體也約束樁體的側向變形，保持樁體的形狀，提高樁的強度和穩定性,A土體，B樁體,五、復合地基的破壞模式 復合地基有多種破壞模式，它與復合地基的類型，增強體

10、的材料性質，增強體的布置形式、長度，地基土的性質等因素有關。復合地基的破壞模式是建立復合地基承載力和沉降計算理論的依據。 1、豎向增強體復合地基的破壞模式,2、水平向增強體復合地基的破壞模式,非均質粘性土中碎石樁破壞機理,六、 復合地基的設計參數,復合地基的設計參數主要有處理范圍、處理深度、樁體直徑、間距、布置方式、增強體材料、面積置換率、配合比和樁土應力比等，其中面積置換率和樁土應力比是復合地基承載力確定和沉降計算的兩個基本參數。 1、處理范圍 地基處理范圍應根據建筑物的重要性、平面布置、地基土質條件和增強體的類型確定。一般應大于基礎底面積，滿足應力擴散的要求。對于剛性樁和部分半剛性樁，由于

11、基礎荷載主要由樁體承擔，并通過樁體傳到地基深處，樁可只布置在基礎底面。 2、處理深度 地基處理深度可根據地基處理目的、要求和地基土的性質確定,地基處理目的包括提高地基承載力、穩定性、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生鼓脹破壞。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沉降是有利的。 原則上，當土層厚度不大時，一般應達松軟土層底面；當松軟土層厚度較大時，對按穩定性控制的工程，應達最危險滑動面以下2m以上；對按變形控制的工程，應滿足處理后的地基變

12、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，應按要求的抗震處理深度確定,3、樁體直徑 樁體直徑可根據地基土的性質，處理深度，樁的類別、作用，當地經驗和選用的施工機械確定。 樁徑選擇過小，施工質量不易控制；過大，需增大褥墊層厚度，以保證樁土共同承擔荷載。當地基處理深度大時，樁直徑應大些；擠密樁直徑應大些；以承載為主的樁直徑應大些；兼有排水固結的樁直徑宜小些。 4、樁間距 樁距應根據設計要求的復合地基承載力、建筑物控制沉降量、土的性質、施工工藝等確定。 一般取樁徑的35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生不良影響。按擠密性，土分為易擠密土，如

13、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,5、布置方式 常用布置方式有等邊三角形、等腰三角形、正方形和矩形。 6、增強體材料和配合比 增強體材料應根據當地材料供應，處理方案、目的和要求，本著就地取材，充分利用工業廢料的原則，選擇強度高、性能穩定、透水性好或具有膠結性的材料，如砂石、粉煤灰、礦渣、石灰、灰土、水泥等。 對于濕陷性的黃土地基處理，應選擇透水性低的灰土或素土，以防水滲入地基，引起附加的濕陷沉降。 配合比一般應根據增強體的強度要求，由試驗確定,面積置換率應根據地

14、基土的性質，如孔隙比、滲透性、壓縮性和強度指標；地基處理要求，如處理后復合地基的密實性、滲透性、壓縮性、承載力和穩定性，通過現場試驗或施工性試驗確定,7、面積置換率 樁體的橫截面積與該樁體所分擔的處理地基面積的比值，即,等邊三角形布置,正方形布置,8、樁土應力比 樁頂的豎向應力與樁間土的平均豎向應力的比值，即,樁土應力比用于初步設計時復合地基承載力特征值的估算，在無實測資料時，可取24，原土強度高時取小值，原土強度低時取大值。影響因素有：荷載水平、樁土相對剛度、復合地基置換率、荷載歷時、樁尖土的性質、墊層厚度、基礎和上部結構的剛度等 。主要影響因素為樁土相對剛度、墊層厚度和樁的長徑比,樁土相對

15、剛度：樁土模量比Ep/Es越大，樁土應力比n越大，樁土模量比和樁土應力比近似呈線性關系,褥墊層厚度：褥墊層厚度大，樁土應力比減小。 樁的長徑比：樁的長徑比的增加，樁土應力比增大。但樁的長徑比達到某一數值后，樁土應力增加緩慢，最后趨于某一值?？梢?，對給定的樁土模量比，存在一個有效樁長l0，即當l l0后，樁土應力比保持不變。 面積置換率：樁土應力比n隨面積置換率m的增大而減小，但變化幅度不大,七、 復合地基的承載力,復合地基的承載力應通過現場復合地基載荷試驗確定，初步設計時可用理論公式估算。 基本要求為：Pkfspk 當偏心荷載作用時尚應符合: Pkmax1.2fspk Pk為相應于何在效應標準

16、組合時基礎底面處的平均應力（kpa） Pkmax相應于荷載效應標準組合時 基礎底面邊緣的最大壓力值 fspk 修正后的復合地基承載力特征值,七、 復合地基的承載力,按照應力復合法，認為復合地基在達到承載力的時候，復合地基中的樁和樁間土同時達到各自的承載力，因此按照下列公式計算：（公式見p231 14-2、14-3公式,應變復合法認為復合地基達到承載力的時候，只有樁達到了單樁承載力特征值，而樁間土承載力并沒有完全發揮：（公式見p231 14-4,面積比法： pt=mppf+(1-m)psf(樁和樁間土同時達到極限） 考慮復合地基的實際破壞模式，有如下修正 pt=k11mppt+k22(1-m)p

17、sf ppf樁體極限承載力 psf天然地基極限承載力,k1反應復合地基中樁體實際極限承載力與自由單樁極限承載力試驗測得的樁體極限承載力的區別的修正系數，一般大于1.0 k2反應復合地基中樁間土實際極限承載力與天然地基極限承載力的區別修正系數其值視具體情況，可能大于1.0，也可能小于1.0 1復合地基破壞時，樁間土發揮其極限強度的比例，可成為樁體極限強度發揮程度，樁體先達到極限強度，引起復合地基破壞則取1.0，若樁間土先達到極限強度取值小于1.0,規范： 復合地基極限承載力： 式中： ppf單樁極限承載力 psf天然地基極限承載力，單位kPa； k1反映復合地基中樁體實際極限承載力與單樁極 限承

18、載力不同的修正系數； k2反映復合地基中樁間土實際極限承載力與天然 地基極限承載力不同的修正系數,1,1復合地基破壞時，樁體發揮其極限強度的比例，稱為 樁體極限強度發揮度。若樁體先達到極限強度，則1 =1.0；若樁間土先達極限強度，則1 1.0； 2復合地基破壞時樁間土發揮其極限強度的比例，稱為 樁間土極限強度發揮度。若樁間土先達極限強度，則2 =1.0；若樁體先達到極限強度，則2 1.0； m 復合地基置換率,2、復合地基的容許承載力pcc 計算式為: (2) 式中，K 為安全系數。 當復合地基加固區下臥層為軟弱土層時，按復合地基 加固區容許承載力計算基礎的底面尺寸后，尚需對下臥層 承載力進

19、行驗算. 式（1）中，樁體和天然地基極限承載力可通過現場試 驗確定,散體材料樁在荷載作用下，樁體發生鼓脹，樁周土進 入塑性狀態，可通過計算樁間土側向極限應力計算單樁極 限承載力。其一般表達式可表示為 ppf =ruKp ， (3) 式中，ru為樁側土體所能提供的最大側限力, Kp為樁體 材料的被動土壓力系數。 在復合地基設計時有時還需要進行穩定分析。如路堤 下復合地基不僅要驗算承載力，還需要驗算穩定性。穩定 性分析方法很多，一般可采用圓弧分析法計算,1、復合地基加固區壓縮量S1計算,pi - 第i層復合土上附加應力增量； Hi - 第i層復合土層的厚度,加固區土層壓縮量的表達式為,復合模量：

20、Ecs=mEp+(1-m)Es,2、加固區下臥層的壓縮量S2,計算附加應力方法,復合地基沉降,2、等效實體法 等效實體法將復合地基的復合土層視為一個等效的實體基礎，基礎荷載由下臥層和等效實體基礎四周的土體共同承擔。復合土層下臥層頂面上的豎向附加應力為,復合土層下臥層中的附加應力計算和變形計算同天然地基,七、 復合地基的承載力,基礎底面的壓力 可按下列公式確定,當基礎寬度大于3m 或埋置深度大于0. 5 m 時 從載荷試驗或其它原位測試經驗值等方法確定的地基承載力特征值 尚應按下式修正,土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性,壓縮量的組成 固體顆粒的壓縮 土中水的壓縮 空氣的排出 水的排出,

21、占總壓縮量的1/400不到，忽略不計,壓縮量主要組成部分,說明：土的壓縮被認為只是由于孔隙體積減小的結果,透水性好，水易于排出,壓縮穩定很快完成,透水性差，水不易排出,壓縮穩定需要很長一段時間,土的固結：土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程,目的：研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規律,Vve0,Vs1,Vve,Vs1,土樣在壓縮前后變形量為s,土粒高度在受壓前后不變,整理,根據不同壓力p作用下，達到穩定的孔隙比e，繪制e-p曲線，為壓縮曲線,其中,整個過程中土粒體積和底面積不變,e,e0,p,e-p曲線,二、壓縮性指標,壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高,根據壓縮曲線可以得到三個壓縮性指標,1.壓縮系數a 2.壓縮模量Es 3.變形模量E0,p相等而 eA eB,所