第五章_地基處理(第二講)

1、5.3 復合地基復合地基5.3.1 復合地基的概念與分類復合地基的概念與分類5.3.2 復合地基的作用機理復合地基的作用機理5.3.3 復合地基的破壞模式復合地基的破壞模式5.3.4 復合地基的有關設計參數(shù)復合地基的有關設計參數(shù)5.3.5 復合地基承載力的確定復合地基承載力的確定 5.3.6 復合地基變形計算復合地基變形計算發(fā)展概況發(fā)展概況復合地基（復合地基（Composite FoundationComposite Foundation）一詞,國外最早見于1962年。復合地基的概念已成為很多地基處理方法的理論分析及公式建立的基礎和根據(jù)。它已廣泛地運用于如碎石樁、砂樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁和石

2、灰樁等加固地基的理論分析中。初期 后來 主要指天然地基中設置碎石樁而形成的碎石樁復合地基 深層攪拌法和高壓噴射注漿法的應用，人們開始重視水泥土樁復合地基的研究 ?復合地基定義的爭論 復合地基復合地基是指兩種剛度（或模量）不同的材料（樁體和樁間土）所組成，在相對剛性基礎上兩者共同分擔上部荷載并協(xié)調變形（包括剪切變形）的地基。砂石樁復合地基或水泥土樁復合地基根據(jù)樁體的剛度樁體與基礎不相連與樁體剛度無關樁和樁間土共同承擔荷載根據(jù)其工作狀態(tài)v5.3.1 5.3.1 復合地基的概念與分類復合地基的概念與分類一、復合地基的概念一、復合地基的概念： 指天然地基在地基處理過程中部分土體被增強，或被置換，或在天

3、然地基中設置加筋材料，加固區(qū)由基體基體（天然地基土體）和增強體增強體兩部分組成的人工地基。二、復合地基的兩個基本特點二、復合地基的兩個基本特點： 1.加固區(qū)是由增強體和其周圍地基土兩部分組成，是非均質和各向異性的； 2.增強體和其周圍地基土體共同承擔荷載并共同承擔荷載并協(xié)調變形協(xié)調變形。三、復合地基的分類與形成條件三、復合地基的分類與形成條件（1）根據(jù)地基中增強體的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。均質人工地基水平向增強復合地基豎直向增強復合地基（2）根據(jù)復合地基工作機理可作下述分類：水平向增強體復合地基剛性樁復合地基半剛性樁復合地基柔性樁復合地基粘結材料樁復合地基散體材料樁

4、復合地基豎向增強體復合地基復合地基復合地基常用的形式水平向增強復合地基豎直向增強復合地基斜向增強復合地基長短樁復合地基地基復合地基樁基 的區(qū)別天然地基復合地基樁基礎四、我國復合地基技術發(fā)展：四、我國復合地基技術發(fā)展： 1990年 河北承德，由中國建筑學會地基基礎專業(yè)委員會黃熙齡院士主持召開了我國第一次我國第一次以復合地基為專題的學術討論會。應用領域 高等級公路房屋建筑鐵路堆場機場堤壩工業(yè)廠房地基房屋建筑粉噴樁復合地基水下的碎石樁復合地基樁體作用墊層作用加速固結作用擠密作用加筋作用 v5.3.2 5.3.2 復合地基的作用機理復合地基的作用機理v樁體作用樁體作用：復合地基是由許多獨立樁體與樁周土

5、共同作用，由于樁體的剛度比周圍土體大，在剛性基礎底面產(chǎn)生等量變形時，地基中的應力將重新分配，樁體產(chǎn)生應力集中而樁周土應力降低，于是復合地基承載力和整體剛度高于原地基，沉降量有所減小。v墊層作用：墊層作用：復合地基的墊層可調節(jié)樁土相對變形，避免荷載引起樁體應力集中，有效保證樁體正常工作。v加速固結作用加速固結作用：散體材料樁具有良好的透水性，可加速地基的固結。v擠密作用擠密作用：砂石樁等在施工過程中由于振動、擠壓等原因，可對樁間土起到一定的密實作用。v加筋作用加筋作用：通過在土層中埋設強度較大的土工合成材料、拉筋、受力桿件等達到提高地基承載力和整體剛度，減小沉降，或維持建筑物穩(wěn)定的作用。v5.3

6、.3 5.3.3 復合地基的破壞模式復合地基的破壞模式剛性樁柔性樁，如石灰樁、水泥攪拌樁散體材料樁v5.3.4 5.3.4 復合地基的有關設計參數(shù)復合地基的有關設計參數(shù)1.1.面積置換率面積置換率 在復合地基中，取一根樁及其所影響的樁周土所組成的單元體作為研究對象。樁體的橫截面面積（Ap）與該樁體所承擔的復合地基面積（Ae）之比為復合地基面積置換率（m），則：22/peemAAdd式中：d-樁身平均直徑； de-一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑。22/peemAAdd過大或過小的結果？v等邊三角形布樁：de=1.05sv正方形布樁：de=1.13ss、s1、s2分別為樁間距、縱向間距和橫向

7、間距。2.2.樁土應力比樁土應力比 在荷載作用下，設復合地基中樁體的豎向平均應力為 ，樁間土的豎向平均應力為 ，則樁土應力比n為：psspn/e1 2d =1.13 s s矩形布樁： 目前復合地基樁土應力比n的計算公式很多，但還沒有一個完善的計算模式。例如模量比公式，其假定在剛性基礎下，樁體和樁間土的豎向應變相等，即p=s。于是，樁體上豎向應力p=Epp，樁間土豎向應力s=Ess，樁土應力比n的表達式為： n=p/s=Ep/Es 式中：Ep、Es分別為樁和樁間土的壓縮模量。v3.復合壓縮模量 復合地基加固區(qū)由樁體和樁間土兩部分組成，呈非均質。在復合地基計算中，為了簡化計算，將加固區(qū)視作一均質的

8、復合土體，則與原非均質復合土體等價的均質復合土體的模量稱為復合地基的復合壓縮模量（Esp）。 一般按下列公式計算：(1)sppsEmEm E1(1)spsEm nE或v5.3.5 5.3.5 復合地基承載力的確定復合地基承載力的確定 復合地基承載力一般應通過現(xiàn)場復合地基荷載試驗確定，初步設計時也可按復合求和法估算。 關于復合地基荷載試驗確定復合地基承載力應按現(xiàn)行國家標準建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79-2002）的附錄A進行。 這里僅介紹計算復合地基承載力的復合求和法。復合求和法是先分別確定樁體的承載力和樁間土的承載力，再根據(jù)一定的原則疊加這兩部分承載力得到復合地基的承載力。v砂石樁（散體材料

9、樁）復合地基承載力可按下式計算：(1)spkpkskfmfm f1(1)spkskfm nf/(1)spkapskfmRAm fv對小型工程的黏性土地基如無現(xiàn)場荷載試驗資料，初步設計時也可按下式估算：v水泥土粉煤灰碎石樁（水泥土類樁、混凝土類樁）復合地基承載力可按 下式計算：v式中：fspk、fpk、fsk分別為復合地基、樁體和樁間土承載力特征值（kPa）； Ra 單樁豎向承載力特征值（kN）； Ap 樁的截面積； 樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗取值。v5.3.6 5.3.6 復合地基變形計算復合地基變形計算 在各類計算復合地基變形的方法中，通常把復合地基沉降量分為兩部分：復合地基加固區(qū)變

10、形量和加固區(qū)下臥層變形量。21sss加固區(qū)壓縮量 下臥層壓縮量 1、加固區(qū)壓縮量計算方法、加固區(qū)壓縮量計算方法 （1）復合模量法（Ecs法） sspscsEmmEE)1 ( （2）應力修正法（Es法）pnmppss) 1(1 （3）樁身壓縮量法（Ep法）pnmnpppp) 1(1 2、下臥層壓縮量計算方法、下臥層壓縮量計算方法（1）分層總和法 （2）應力擴散法 該法假定復合地基頂面的荷載p在復合地基加固區(qū)內按壓力擴散角傳遞。對于寬度為b長度為L的矩形荷載，設加固區(qū)厚度為h，則作用在下臥層頂面上的附加應力為：(2 tan )(2 tan )hL b ppbhLh 對寬度為b的條形荷載，僅考慮寬度

11、方向的擴散，則： （3）等效實體法2 tanhb ppbh5.4 5.4 排水固結法排水固結法排水固結法： 它是采用預壓、降低地下水位、電滲等方法促使土層排水固結，以減少地基的沉降和不均勻沉降，提高承載力。 主要用于處理軟弱粘性土地基。 排水固結法加固軟土地基是一種比較成熟、應用廣泛的方法，它可以解決以下兩個方面問題： 1沉降問題：使地基的沉降在加載預壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生較大的沉降。 原理：在建筑場地上先加一個和上部結構相同的壓力進行加載預壓使土層固結，然后卸除荷載，再施工建筑物，可以使地基沉降減少，如進行超載預壓(預壓荷載大于建筑物荷載)效果將更好，但預壓荷載不

12、應大于地基土的容許承載力。 2穩(wěn)定問題：加速地基土抗剪強度的增長，從 而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。 原理：飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結變形。同時，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。 土層的排水固結效果和它的排水邊界條件有關，粘性土固結所需的時間與排水距離的平方成正比，土層越厚，加固延續(xù)的時間越長。為加速土層的固結，最有效的方法是先增加土層的排水途徑，縮短排水距離。然后分級加載預壓(也可利用建筑物本身重)，使軟土中孔隙加快排出水，地基土固結沉降加快完成，強度也得到相應提高，當土質條件較好時，也可在天然地基上直接

13、加載預壓。一、砂井堆載預壓法一、砂井堆載預壓法 軟粘土滲透系數(shù)很低，為了縮短加載預壓后排水固結的歷時，對較厚的軟土層，常在地基中設置排水通道，使土中孔隙較快排出水?？稍谲浾惩林性O置一系列的豎向排水通道(砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，在軟土頂層設置橫向排水砂墊層如下圖所示，借此縮短排水途程，增加排水通道，改善地基滲透性能。 砂井堆載預壓 砂井地基的設計砂井地基的設計1砂井的直徑和間距： 砂井的直徑和間距主要取決于土的固結特性和施工期的要求。從原則上講，為達到相同的固結度，縮短砂井間距比增加砂井直徑效果要好，即以“細而密”為佳，不過，考慮到施工的可操作性，普通砂井的直徑為300-500mm。砂井的

14、間距可根據(jù)地基土的固結特征和預定時間內所要求達到的固結度確定，間距可按為直徑的6-8倍選用。2砂井深度： 砂井深度主要根據(jù)土層的分布、地基中的附加應力大小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。當軟土不厚（一般為10-20m）時，盡量要穿過軟土層達到砂層；當軟土過厚（超過20m）,不必打穿粘土，可根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性和變形的要求確定。對以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度應超過最危險滑動面2.0m以上。 3砂井排列： 砂井的平面布置可采取正方形或等邊三角形，在大面積荷載作用下，認為每個砂井均起獨立排水作用。為了簡化計算，將每個砂井平面上的排水影響面積以等面積的圓來代替，可得一根砂井的有效排

15、水圓柱體的直徑de和砂井間距l(xiāng)的關系按下式考慮：等邊三角形布置 llde05. 132正方形布置 llde128. 144砂井的布置范圍：由于在基礎以外一定的范圍內仍然存在壓應力和剪應力，所以砂井的布置范圍應比基礎范圍大為好，一般由基礎的輪廓線向外增加2-4m。 5砂料：砂料宜用中、粗砂，必須保證良好的透水性，含泥量不應超過3%，滲透系數(shù)應大于10-3cm/s。 6砂墊層：為了使砂井有良好的排水通道，砂井頂部應鋪設砂墊層，墊層砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般為0.5 m-1 m。 二、袋裝砂井和塑料排水板預壓法二、袋裝砂井和塑料排水板預壓法 用砂井法處理軟土地基如地基土變形較大或施工質量稍差常

16、會出現(xiàn)砂井被擠壓截斷，不能保持砂井在軟土中排水通道的暢通，影響加固效果。近年來普通在砂井的基礎上，出現(xiàn)了以袋裝砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井不連續(xù)缺點，而且施工簡便、加快了地基的固結，節(jié)約用砂，在工程中得到日益廣泛的應用。 (一一)袋裝砂井預壓法袋裝砂井預壓法 目前國內應用的袋裝砂井直徑一般為70-120mm，間距為1.0m-2.0m(井徑比n約取15-20)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等長鏈聚合物編織制成，應具有足夠的抗拉強度、耐腐蝕、對人體無害等特點。裝砂后砂袋的滲透系數(shù)不應小于砂的滲透系數(shù)。灌入砂袋的砂應為中、粗砂并振搗密實。砂袋留出孔口長度應保證伸入砂墊層至少300mm，

17、并不得臥倒。 袋裝砂井的設計理論、計算方法基本與普通砂井相同，它的施工已有相應的定型埋設機械，與普通砂井相比，優(yōu)點是：施工工藝和機具簡單、用砂量少；它間距較小，排水固結效率高，井徑小，成孔時對軟土擾動也小，有利于地基土的穩(wěn)定，有利于保持其連續(xù)性。袋裝砂井多孔單一結構型塑料排水板 復合結構塑料排水板 塑料排水板塑料排水板施工施工后的塑料排水板三、天然地基堆載預壓法三、天然地基堆載預壓法 天然地基堆載預壓法是在建筑物施工前，用與設計荷載相等(或略大)的預壓荷載(如砂、土、石等重物)堆壓在天然地基上使地基軟土得到壓縮固結以提高其強度(也可以利用建筑物本身的重量分級緩慢施工)，減少工后的沉降量，待地基承載力、變形達到設計預期要求后，將預壓荷載撤除，在經(jīng)預壓的地基上修建建筑物。 此方法費用較少，但工期較長。 如軟土層不太厚，或軟土中夾有多層細、粉砂夾層滲透性能較好，不需很長時間就可獲得較好預壓效果時可考慮采用，否則排水固結時間很長，應用就受到限制。此法設計計算可用一維固結理論。四、真空預壓法和降水位預壓法四、真空預壓法和降水位預壓法 真空預壓法實質上是以大氣壓作為預壓荷重的一種預壓固結法。在需要加固的軟土地基表面鋪設砂墊層，然后埋設垂直排水通道(普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，再用不透氣的封閉薄膜覆蓋軟土地基，使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土