復(fù)合地基理論P(yáng)PT教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1復(fù)合地基理論復(fù)合地基理論n第一節(jié) 復(fù)合地基概述 n第二節(jié) 復(fù)合地基作用機(jī)理與破壞模式n第三節(jié) 復(fù)合地基的設(shè)計(jì)參數(shù) n第四節(jié) 復(fù)合地基的承載力 n第五節(jié) 復(fù)合地基沉降與沉降第1頁(yè)/共43頁(yè)置方向可分為水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基和豎向增強(qiáng)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)合地基概述第2頁(yè)/共43頁(yè)（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(qiáng)體的方向分類l水平向增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)體復(fù)合地基豎直向增強(qiáng)體復(fù)合地基第3頁(yè)/共43頁(yè)碎石樁復(fù)合地基強(qiáng)夯置換復(fù)合地基第4頁(yè)/共4

2、3頁(yè)碼頭機(jī)場(chǎng)第5頁(yè)/共43頁(yè)（2）根據(jù)復(fù)合地基工作機(jī)理可作下述分類；復(fù)合地基常用的形式水平向增強(qiáng)復(fù)合地基豎直向增強(qiáng)復(fù)合地基斜向增強(qiáng)復(fù)合地基長(zhǎng)短樁復(fù)合地基水平向增強(qiáng)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(qiáng)體復(fù)合地基復(fù)合地基第6頁(yè)/共43頁(yè)3. 3. 復(fù)合地基特點(diǎn)復(fù)合地基特點(diǎn)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(qiáng)體增強(qiáng)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(diǎn)使復(fù)合地基區(qū)別于均質(zhì)地基。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)別墊墊層層第7頁(yè)/共43頁(yè) 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(qiáng)度。

3、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(qiáng)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，它們之間通過間通過墊層（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，兩者形來過渡；而樁基中樁體與基礎(chǔ)直接相連，兩者形成一個(gè)整體。成一個(gè)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(qiáng)體基體和增強(qiáng)體兩部分兩部分共同承

4、擔(dān)上部荷載、協(xié)同工作；而樁基的主要受力層是在共同承擔(dān)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)，一定范圍內(nèi)，主要由主要由樁體承擔(dān)荷載作用樁體承擔(dān)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(tái)承臺(tái)第8頁(yè)/共43頁(yè)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

5、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(duì)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。 第9頁(yè)/共43頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 復(fù)合地基作用機(jī)理和破壞模式復(fù)合地基作用機(jī)理和破壞模式加速固結(jié)作用（1）復(fù)合地基作用機(jī)理作用機(jī)理1 1）樁體作用）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(kuò)散角等作用。可起到類似墊層的換土、均勻地基應(yīng)力和增大應(yīng)力擴(kuò)散角等作

6、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(dòng)、擠壓、排土等原因，可使樁間土起到一定的密實(shí)作在施工過程中由于振動(dòng)、擠壓、排土等原因，可使樁間土起到一定的密實(shí)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(qiáng)度，增加土坡的抗滑能力。目前在

7、國(guó)內(nèi)的深層攪拌樁、粉體噴攪的抗剪強(qiáng)度，增加土坡的抗滑能力。目前在國(guó)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)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)合地基中樁體的加筋作用。合地基中樁體的加筋作用。第10頁(yè)/共43頁(yè) 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(dòng)破壞滑動(dòng)破壞第11頁(yè)/共43頁(yè)a.刺入破壞刺入破壞: :樁體剛度較大，地基土強(qiáng)度較低的情況下較易發(fā)生樁樁體剛度較大，地基土強(qiáng)度

8、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(dān)荷載，進(jìn)而引起樁體刺入破壞。樁體發(fā)生刺入破壞后，不能承擔(dān)荷載，進(jìn)而引起樁間土發(fā)生破壞，導(dǎo)致復(fù)合地基全面破壞。間土發(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)較易發(fā)生此類破壞。生此類破壞。Fk第12頁(yè)/共43頁(yè)（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

9、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)生此類型式的破壞。Fk第13頁(yè)/共43頁(yè)第14頁(yè)/共43頁(yè)非均質(zhì)粘性土中碎石樁破壞機(jī)理第15頁(yè)/共43頁(yè)（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(dòng)面上樁和土體均發(fā)生剪切破壞。，在滑動(dòng)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。第16

10、頁(yè)/共43頁(yè)第17頁(yè)/共43頁(yè)第18頁(yè)/共43頁(yè) 復(fù)合地基的設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jì)算的兩個(gè)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(qiáng)體的類型確定。一般應(yīng)大于基礎(chǔ)底面積，滿足應(yīng)力擴(kuò)散的要求。對(duì)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(dān)，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。第19頁(yè)/共43頁(yè) 地基處理目的包括提高地基承載力、穩(wěn)定性、

11、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(gè)有效樁長(zhǎng)，樁長(zhǎng)大于有效樁長(zhǎng)后，承載力不再隨樁長(zhǎng)的增加或增加的幅度很小，從這一角度樁長(zhǎng)不宜過長(zhǎng)。但增加樁長(zhǎng)對(duì)減少基礎(chǔ)沉降是有利的。 原則上，當(dāng)土層厚度不大時(shí)，一般應(yīng)達(dá)松軟土層底面；當(dāng)松軟土層厚度較大時(shí)，對(duì)按穩(wěn)定性控制的工程，應(yīng)達(dá)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面以下2m以上；對(duì)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。第20頁(yè)/共43頁(yè) 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

12、圖破壞形式荷載傳遞機(jī)理散體樁復(fù)合地基：第21頁(yè)/共43頁(yè)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：第22頁(yè)/共43頁(yè)3、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，當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)和選用的施工機(jī)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(dān)荷載。當(dāng)?shù)鼗幚砩疃却髸r(shí)，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(jì)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(duì)已打樁產(chǎn)生不良影響。按擠密性

13、，土分為易擠密土，如松散的粉細(xì)砂、粉土、人工填土；可擠密土，如不太密實(shí)的非飽和粉質(zhì)粘土；不可擠密土，如飽和軟粘土或密實(shí)性很高的粘性土、砂土。對(duì)于不可擠密土和擠土成樁工藝宜采用較大的樁間距。第23頁(yè)/共43頁(yè)1. 1. 面積置換率面積置換率m m 研究復(fù)合地基時(shí)，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(duì)象。若樁體的橫截面積為Ap，樁身平均直徑為d,該樁體對(duì)應(yīng)的加固面積為A，該樁體所對(duì)應(yīng)的加固面積的等效圓直徑為de，則面面積置換率積置換率m m： 第24頁(yè)/共43頁(yè)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(dān)的處理基礎(chǔ)面積為A,

14、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：第25頁(yè)/共43頁(yè)等效直徑算法22438ld2232）（ldllde05. 132三角形排列時(shí)：llde13. 14正方形排列時(shí)：224ld224）（ld第26頁(yè)/共43頁(yè)2. 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(qiáng)度、樁長(zhǎng) 目前復(fù)合地基樁土應(yīng)力比n 的計(jì)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

15、s=Ess，樁土應(yīng)力比n的表達(dá)式為： n=p/s=Ep/Es （2-3）式中：Ep、Es-分別為樁和樁間土的壓縮模量。第27頁(yè)/共43頁(yè)第28頁(yè)/共43頁(yè) 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(jì)算中，為了簡(jiǎn)化計(jì)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)合模量第29頁(yè)/共43頁(yè)第四節(jié) 復(fù)合地基的承載力復(fù)合地基的承載力

16、應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)可用理論公式估算。豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力計(jì)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(dān)，若復(fù)合地基所受的總荷載為P，由樁體分擔(dān)荷載為PP，樁間土分擔(dān)荷載為Ps，則有： sppppAfpsppppAfp sssAfp spssppspfmmffAAfAAf)1 ( 第30頁(yè)/共43頁(yè)pnipisippkAqlquf/ )(1單樁承載力特征值：樁的周長(zhǎng)，m；：樁長(zhǎng)范圍內(nèi)劃分的土層數(shù)；：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。punsiqp

17、pil第31頁(yè)/共43頁(yè)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(jì)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(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，如無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，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(yàn)或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值。當(dāng)無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按以下原則取值：當(dāng)不考慮樁間軟土作用時(shí)，取=0；對(duì)柔性樁取=1.0；對(duì)剛性和半剛性樁，當(dāng)樁端土為軟土?xí)r，取=0.5-1.0；當(dāng)樁端土為硬土?xí)r，取=0.1-0.4。skpkspkfmmff)1 ( 第32頁(yè)/共43頁(yè)第33頁(yè)/共43頁(yè)第34頁(yè)/共43頁(yè)i

18、pspiEiHn11iispiiHEpS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(duì)樁周土擠密效應(yīng)好或置換率大時(shí)取高值：n：樁土應(yīng)力比，可取34，長(zhǎng)樁取大值。Es：天然上的壓縮模量（MPa）；sspEnmE1)-(1第35頁(yè)/共43頁(yè)mjiisjijijpEhS1nj1,2m ：樁端平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(gè)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(jì)算分層數(shù)。 ：第j層土第i個(gè)分層厚度 ：第j層土第i個(gè)分層土的豎向附加應(yīng)力isjE,ijh,ij,第36頁(yè)/共43頁(yè)第37頁(yè)/共43頁(yè)第38頁(yè)/共43頁(yè)第39頁(yè)/共43頁(yè)解: 1.求復(fù)合地基的置換率；22222222112283. 046 . 014. 34A:mm600196. 045 . 014. 34A:mm50047.47234.158 .30A:mDmDmpp的單樁面積直徑為的單樁面積直徑為基礎(chǔ)總面積%4