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第三篇 复合地基处理方法均质地基处理方法均质地基处理方法复合地基处理方法复合地基处理方法软软 土土按人按人工地工地基类基类型型均质加固部分均质加固部分第六章 复合地基基本理论一、复合地基的定义与分类一、复合地基的定义与分类1.1.定义定义 天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。体（天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。2.2.复合地基的分类复合地基的分类复合地基水平向增强体复合地基水平向增强体复合地基竖向增强体复合地基竖向增强体复合地基加筋土地基桩体复合地基桩体复合地基桩体复合地基散体材料桩复合地基散体材料桩复合地基粘结材料桩复合地基粘结材料桩复合地基碎石桩砂桩矿渣桩特点：桩身材料无粘聚力，单独不能成桩，需依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体。（1）按增强体方向和材料性质分类粘结材料桩粘结材料桩柔性桩柔性桩（半）刚性桩（半）刚性桩土桩灰土桩石灰桩水泥土搅拌桩粉体喷射搅拌桩旋喷桩CFG桩树根桩特点：桩体有较强粘聚力，但模量和刚度远比混凝土小，在大荷载作用下会变形过量甚至断桩。刚度较一般柔性桩大，但明显小于一般混凝土桩复合地基常用的形式复合地基常用的形式水平向增强复合地基水平向增强复合地基竖直向增强复合地基竖直向增强复合地基斜向增强复合地基斜向增强复合地基长短桩复合地基长短桩复合地基（2）按基础刚度和垫层分类刚性基础下复合地基刚性基础下复合地基柔性基础下复合地基柔性基础下复合地基无垫层无垫层有垫层（柔性）有垫层（柔性）有垫层（刚性）有垫层（刚性）无垫层无垫层 刚性基础与柔性基础下复合地基承载性状不同：柔性基础下复合地基的桩土荷载分担比要比刚性基础下的复合地基小，而其沉降要比刚性基础大。二、复合地基特点及形成条件二、复合地基特点及形成条件1.复合地基特点 （1）加固区是由基体和增强体两部分组成，是非均质、各向异性的。区别于均质地基。（2）在荷载作用下，基体和增强体共同直接承担荷载的作用。区别于桩基础。2.2.复合地基的形成条件复合地基的形成条件 形成条件：在荷载作用下，增强体与天然地基土体通过变形协调共同承担荷载作用。刚性基础EpEs1可压缩层可压缩层 E Es2s2 EpEs1EpEs2结论：复合地基结论：复合地基刚性基础刚性基础EpEs1不可压缩层不可压缩层EpEs1分析结果：难以形成复分析结果：难以形成复合地基。合地基。垫层 Es2EpEs1不可压缩层不可压缩层不可压缩层不可压缩层刚性基础刚性基础EpEs1EpEs2结论：复合地基结论：复合地基刚性基础刚性基础EpEs1相对好土层相对好土层 E Es2s2 最软弱土层EpEs1Es2Es1根据根据E Ep p、E Es1s1、E Es2s2之间之间的大小关系分析判断的大小关系分析判断复合地基的组成：复合地基的组成：天然地基土桩体砂石垫层垫层是保证形成复合地基垫层是保证形成复合地基的措施，但不是必要条件。的措施，但不是必要条件。（一）作用机理（一）作用机理 1.1.挤密作用挤密作用 砂桩、土桩、石灰桩、碎石桩等在施工过程中，由于振动、挤压、排土等原因，可对桩间土起到一定的密实作用。石灰桩具有吸水、发热和膨胀特性，对桩间土同样起到挤密作用。2.2.加速固结作用加速固结作用 碎石桩、砂桩具有良好的透水性，可以加速地基的固结，水泥土类和混凝土类桩在一定程度上也可以加速地基固结。3.3.置换作用置换作用三、复合地基作用机理与破坏模式三、复合地基作用机理与破坏模式 4.4.垫层和加筋作用垫层和加筋作用 垫层作用主要是指在较厚的软弱土层中，桩体没有打穿该软弱土层，这样，整个复合地基对于没有加固的下卧层起到垫层的作用，经垫层的扩散作用将建筑物传到地基上的附加应力减小，作用于下卧层的附加应力趋于均匀，从而使下卧层的附加应力在允许范围之内，这样就提高了地基的整体抵抗力，减少了沉降。加筋作用主要是指厚度不大的软弱土层，桩体可穿过整个软弱土层达到其下的硬层上面此时，桩体在外荷载的作用下就会产生一定的应力集中现象，从而使桩间土承担的压力相应减小，其结果与天然地基相比，复合地基的承载力会提高，压缩量会减小，稳定性会得到加强，沉降速率会加快，还可用来改善土体的抗剪强度，加固后的复合桩土层将可以改善土坡的稳定性，这种加固作用即通常所说的加筋作用。（二）复合地基破坏模式（二）复合地基破坏模式 破坏过程：（1）桩间土首先破坏引起复合地基全面破坏；（2）桩体首先破坏引起复合地基全面破坏；（3）桩体与桩间土同时发生破坏。1.1.复合地基置换率（复合地基置换率（mm）：）：桩体横截面积（桩体横截面积（A Ap p）与该桩体）与该桩体所承担的加固面积（所承担的加固面积（A A）的比值，）的比值，m=Am=Ap p/A A。2.2.布桩形式与面积置换率的关系布桩形式与面积置换率的关系 正方形布置：正方形布置：正方形布置：正方形布置：等边三角形布置：等边三角形布置：等边三角形布置：等边三角形布置：网格状布置：网格状布置：网格状布置：网格状布置：四、复合地基的常用概念四、复合地基的常用概念（一）面积置换率（一）面积置换率（二）桩土应力比（二）桩土应力比1 1桩土应力比（桩土应力比（n n）：）：在某一荷载作用下，单位面积上桩在某一荷载作用下，单位面积上桩体和土体所受竖向平均应力之比。体和土体所受竖向平均应力之比。2 2影响桩土应力比的因素影响桩土应力比的因素（1 1）荷载水平；）荷载水平；（2 2）复合地基面积置换率：）复合地基面积置换率：mm增大，增大，n n减小。减小。钢或钢筋砼桩钢或钢筋砼桩钢或钢筋砼桩钢或钢筋砼桩CFGCFGCFGCFG桩桩桩桩水泥搅拌桩（含水泥搅拌桩（含水泥搅拌桩（含水泥搅拌桩（含水泥水泥水泥水泥5%5%5%5%12%12%12%12%）石灰桩石灰桩石灰桩石灰桩碎石桩碎石桩碎石桩碎石桩50 50 50 50 2020202050 50 50 50 3 3 3 312 12 12 12 2.52.52.52.55 5 5 5 1.31.31.31.34.4 4.4 4.4 4.4 （3 3）桩土模量比：）桩土模量比：桩土模量比增大，桩土应力比近于线性桩土模量比增大，桩土应力比近于线性增长。增长。（4 4）原地基土强度：）原地基土强度：原地基土强度越高，原地基土强度越高，n n越小；原地越小；原地基土强度低，基土强度低，n n越大；越大；（5 5）桩长：）桩长：桩土应力比桩土应力比n n，随桩长增大而增大，但达到，随桩长增大而增大，但达到临界值临界值L Lc c后，后，n n值几乎不再增大；值几乎不再增大；（6 6）时间：）时间：n n随时间的延续逐渐增大，这是由于桩间土随时间的延续逐渐增大，这是由于桩间土的固结和蠕变使荷载向桩体集中。的固结和蠕变使荷载向桩体集中。2024/2/29 周四周四17桩土荷载分担比：桩土荷载分担比：桩、土分担荷载的比例。桩、土分担荷载的比例。式中式中 P Pp p 桩承担的荷载；桩承担的荷载；P Ps s 桩间土承担的荷载；桩间土承担的荷载；P P 总荷载。总荷载。（三）桩土荷载分担比（三）桩土荷载分担比桩土荷载分担比和桩土应力比的关系：桩土荷载分担比和桩土应力比的关系：（1 1）已知桩土荷载分担比）已知桩土荷载分担比（2 2）已知桩土应力比）已知桩土应力比（四）复合模量（四）复合模量 定义：定义：复合模量表征复合土体抵抗变形的能力，数值上等于复合模量表征复合土体抵抗变形的能力，数值上等于某一应力水平时复合地基应力与复合地基相对变形之比。某一应力水平时复合地基应力与复合地基相对变形之比。式中式中 E Ep p桩体压缩模量；桩体压缩模量；E Es s桩间土压缩模量；桩间土压缩模量；E Espsp复合模量；复合模量；n n桩土应力比；桩土应力比；mm置换率。置换率。或 实际工程中，桩的模量直接测定比较困难。实用中可通过假实际工程中，桩的模量直接测定比较困难。实用中可通过假定桩土模量比等于桩土应力比，或者采用复合地基承载力的提定桩土模量比等于桩土应力比，或者采用复合地基承载力的提高系数计算复合模量。高系数计算复合模量。（1 1）桩土应力比等于桩土模量比）桩土应力比等于桩土模量比式中式中 E Es s 加固后桩间土模量。加固后桩间土模量。（桩间土承载力提高系数）桩间土承载力提高系数）则（2 2）按承载力提高系数计算）按承载力提高系数计算式中式中 承载力提高系数承载力提高系数由：得从而五、竖向增强体复合地基承载力五、竖向增强体复合地基承载力 （一）复合地基承载力由静载荷试验确定（一）复合地基承载力由静载荷试验确定 荷载试验的操作与天然地基时相同。当实际基础埋深与和压荷载试验的操作与天然地基时相同。当实际基础埋深与和压板差别大时，应作宽、深度修正。板差别大时，应作宽、深度修正。（二）经验公式估算法（二）经验公式估算法 竖向增强体复合地基承载力计算通常有两种思路：竖向增强体复合地基承载力计算通常有两种思路：（1 1）先分别确定桩体的承载力和桩间土承载力，根据一定的）先分别确定桩体的承载力和桩间土承载力，根据一定的原则叠加这两部分承载力得到复合地基的承载力；原则叠加这两部分承载力得到复合地基的承载力；（2 2）把桩体和桩间土组成的复合地基作为整体来考虑，通过）把桩体和桩间土组成的复合地基作为整体来考虑，通过地基滑弧稳定分析法确定复合地基极限承载力。地基滑弧稳定分析法确定复合地基极限承载力。式中式中 p ppfpf 单桩极限承载力；单桩极限承载力；p psfsf 天然地基承载力；天然地基承载力；K K1 1 反映复合地基中桩体实际极限承载力与单桩极限承载力不同的修正反映复合地基中桩体实际极限承载力与单桩极限承载力不同的修正 系数，一般大于系数，一般大于1.01.0；K K2 2 反映复合地基中桩间土实际承载力与天然地基极限承载力不同的修反映复合地基中桩间土实际承载力与天然地基极限承载力不同的修 正系数，根据具体工程情况确定，可能大于正系数，根据具体工程情况确定，可能大于1.01.0，也可能小于，也可能小于1.01.0；1 1 复合地基破坏时，桩体发挥其极限强度的比例。若桩体先达到极限复合地基破坏时，桩体发挥其极限强度的比例。若桩体先达到极限 强度继而引起复合地基破坏，则为强度继而引起复合地基破坏，则为1.01.0，若桩间土比桩体先达到极，若桩间土比桩体先达到极 限强度，则小于限强度，则小于1.01.0；2 2 复合地基破坏时，桩间土发挥其极限强度的比例。一般情况下，复复合地基破坏时，桩间土发挥其极限强度的比例。一般情况下，复 合地基中往往桩体先达到极限强度，其值通常在合地基中往往桩体先达到极限强度，其值通常在0.40.41.01.0之间；之间；m m 复合地基面积置换率。复合地基面积置换率。1采用单桩及桩间土承载力计算桩间土桩体式中式中 f fspk spk 复合地基的承载力特征值；复合地基的承载力特征值；f fpk pk 桩体的竖向承载力特征值；桩体的竖向承载力特征值；f fsk sk 桩间土加固后承载力特征值；桩间土加固后承载力特征值；桩间土承载力折减系数。桩间土承载力折减系数。若能有效确定复合地基中桩体和桩间土的实际承载力，而且破坏模式是若能有效确定复合地基中桩体和桩间土的实际承载力，而且破坏模式是桩体先破坏继而引起复合地基全面破坏，则可采用下式计算：桩体先破坏继而引起复合地基全面破坏，则可采用下式计算：石灰桩石灰桩振冲桩振冲桩夯实水泥土桩夯实水泥土桩水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩高压喷射注浆法高压喷射注浆法CFGCFG桩桩 1.051.051.21.21 10.90.91 1 0.10.10.40.4（桩端土（桩端土好）好）0.50.50.90.9（桩端土（桩端土差）差）0.50.50.90.9（摩擦桩）（摩擦桩）0.00.00.50.5（端承桩）（端承桩）0.750.750.950.95桩间土承载力折减系数桩间土承载力折减系数（1 1）桩体承载力特征值的确定）桩体承载力特征值的确定a对粘结材料桩复合地基，桩体承载力特征值可采用类似摩擦桩承载力特征值以及根据桩身材料强度分别计算，取小值。式中 桩端天然地基土的承载力折减系数，不同的桩取 值不同；li 按土层划分的各段桩长，对柔性桩，桩长大于临界 桩长时，计算桩长取临界桩长值；桩身强度折减系数，0.20.33。（2 2）对散体材料桩复合地基，桩体极限承载力主要取决于桩）对散体材料桩复合地基，桩体极限承载力主要取决于桩侧土体所能提供的最大侧限力。侧土体所能提供的最大侧限力。式中式中 K Kp p桩体材料的被动土压力系数；桩体材料的被动土压力系数；ruru桩间土能提供的侧向极限应力。桩间土能提供的侧向极限应力。计算桩侧土体所能提供的最大侧限力常用如下方法：计算桩侧土体所能提供的最大侧限力常用如下方法：BraunsBrauns（19781978年）计算式、圆筒形孔扩张理论、年）计算式、圆筒形孔扩张理论、HughesHughes和和WithersWithers（19741974）计算式、）计算式、Wong H.Y.Wong H.Y.（19751975）计算式）计算式 、被、被动土压力法等。动土压力法等。复合地基承载力汇总复合地基承载力汇总可取可取可取可取0.40.40.40.40.60.60.60.6；=0.1=0.1=0.1=0.10.90.90.90.9；=0.20=0.20=0.20=0.200.300.300.300.30（干法），（干法），（干法），（干法），=0.25=0.25=0.25=0.250.330.330.330.33（湿法）（湿法）（湿法）（湿法）f fspkspk=mm R Ra a/A Ap p+(1-(1-(1-(1-mm)f fsksk 水泥土搅拌法水泥土搅拌法水泥土搅拌法水泥土搅拌法 =0=0=0=00.50.50.50.5；=0.33=0.33=0.33=0.33高压喷射注浆法高压喷射注浆法高压喷射注浆法高压喷射注浆法=0.9=0.9=0.9=0.91.01.01.01.0；=0.20=0.20=0.20=0.200.300.300.300.30（干法）干法）干法）干法）=0.25=0.25=0.25=0.250.330.330.330.33（湿法）（湿法）（湿法）湿法）夯实水泥土桩法夯实水泥土桩法夯实水泥土桩法夯实水泥土桩法 =0.75=0.75=0.75=0.750.950.950.950.95；=0.33=0.33=0.33=0.33 f fspkspk=mm R Ra a/A Ap p+(1 1-mm)f fskskCFGCFGCFGCFG桩法桩法桩法桩法 柔柔柔柔性性性性桩桩桩桩和和和和刚刚刚刚性性性性桩桩桩桩柱锤冲扩桩法柱锤冲扩桩法柱锤冲扩桩法柱锤冲扩桩法 砂石桩法砂石桩法砂石桩法砂石桩法 桩土应力比桩土应力比桩土应力比桩土应力比n n n n，在无实测资料时，在无实测资料时，在无实测资料时，在无实测资料时，可取可取可取可取2 2 2 24 4 4 4，原土强度低取大值，原土强度低取大值，原土强度低取大值，原土强度低取大值，原土强度高取小值。原土强度高取小值。原土强度高取小值。原土强度高取小值。振冲法振冲法振冲法振冲法 散散散散体体体体材材材材料料料料桩桩桩桩名称名称名称名称 桩型桩型桩型桩型 备备备备 注注注注 初步设计时承载力估算公式初步设计时承载力估算公式初步设计时承载力估算公式初步设计时承载力估算公式地基处理方法地基处理方法地基处理方法地基处理方法 2 2将桩体和桩间土组成的复合地基作为整体考虑，常用稳将桩体和桩间土组成的复合地基作为整体考虑，常用稳定分析法计算。定分析法计算。圆弧分析法中，圆弧分析法中，假设的滑弧常经过假设的滑弧常经过加固区和未加固区。加固区和未加固区。地基的强度应分区地基的强度应分区计算。计算。未加固区采用天然土体强度指标，加固区采用复合土体综合强度指标，也可分别采用桩体和桩间土的强度指标计算。六六、复合地基沉降计算方法、复合地基沉降计算方法式中式中 s s1 1加固区土体压缩量，加固区土体压缩量，s s2 2加固区下卧层土体压缩量。加固区下卧层土体压缩量。复合地基总沉降量复合地基总沉降量s s:加固区压缩加固区压缩量计算方法量计算方法桩身压缩量法桩身压缩量法（E Ep p法）法）分层总和法分层总和法复合模量法（复合模量法（E Ec c法）法）应力修正法（应力修正法（E Es s法）法）（1 1）复合模量法（）复合模量法（E Ec c法）法）（2 2）应力修正法（）应力修正法（E Es s法）法）（3 3）桩身压缩量法（）桩身压缩量法（E Ep p法）法）下卧层压缩量下卧层压缩量计算方法计算方法分层总和法应力扩散法应力扩散法等效实体法等效实体法2024/2/29 周四周四32