第三章5復(fù)合地基理論簡(jiǎn)述

2023/2/61

復(fù)合地基理論簡(jiǎn)述

一、概述

1、復(fù)合地基的概念及分類(lèi)

⑴概念

復(fù)合地基一般指由兩種剛度（或模量）不同材料（增強(qiáng)體和原地基土）所組成，在相對(duì)剛性基礎(chǔ)下兩者共同分擔(dān)上部荷載并協(xié)調(diào)變形（包括剪切變形）的地基。

增強(qiáng)體有豎向、水平向和斜向三種基本形式。豎向增強(qiáng)體以樁的形式出現(xiàn)；水平向增強(qiáng)體多是土工聚合物或其他加筋材料；斜向增強(qiáng)體如土釘、土錨、樹(shù)根樁等。

2023/2/62復(fù)合地基豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基柔性樁復(fù)合地基半剛性樁復(fù)合地基剛性樁復(fù)合地基（樁體復(fù)合地基）⑷研究方法是在眾多根樁所加固地基中，選擇一根或數(shù)根樁及其影響的樁周土所組成的單元體作為研究對(duì)象。⑶復(fù)合地基的基本特點(diǎn)

①加固區(qū)是由增強(qiáng)體和基體（天然地基土體）兩部分組成，是非均質(zhì)和各向異性的；

②在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載并協(xié)調(diào)變形。（按增強(qiáng)體方向）⑵復(fù)合地基的分類(lèi)斜向增強(qiáng)體復(fù)合地基2023/2/63

⑸復(fù)合地基與天然地基和樁基的關(guān)系

復(fù)合地基與天然地基同屬地基范疇；兩者之間有內(nèi)在聯(lián)系，但又有本質(zhì)的區(qū)別；豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基與樁基都是采用以樁的形式處理地基，故兩者具有相似之處，但復(fù)合地基屬地基的范疇，而樁基屬于基礎(chǔ)范疇，兩者又有其本質(zhì)的區(qū)別。

2023/2/64復(fù)合地基中樁體與基礎(chǔ)往往不是直接相連，它們之間通過(guò)褥墊層過(guò)渡；樁基中樁體與基礎(chǔ)直接相連，二者形成一個(gè)結(jié)構(gòu)整體。褥墊層樁基復(fù)合地基

增強(qiáng)體2023/2/65

復(fù)合地基主要受力層在加固體內(nèi)，而樁基的主要受力層是在樁尖以下一定范圍內(nèi)。由于復(fù)合地基理論的最基本的假設(shè)為樁與樁間土的協(xié)調(diào)變形。因此，從理論而言，復(fù)合地基中不存在類(lèi)似樁基中的群樁效應(yīng)。

褥墊層2023/2/662、復(fù)合地基中樁的分類(lèi)

按材料：散體土類(lèi)樁―如碎石樁、砂樁等；水泥土類(lèi)樁―水泥土攪拌樁、旋噴樁、水泥土夯實(shí)樁等；混凝土類(lèi)樁―CFG樁、素砼樁、樹(shù)根樁等。

按強(qiáng)度（剛度）：柔性樁―散體材料類(lèi)樁，其與樁身材料的密實(shí)度有關(guān)；半剛性樁―水泥土類(lèi)樁，其與水泥的摻入比有關(guān)；剛性樁―混凝土類(lèi)樁，其與砼的強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)。

柔性樁復(fù)合地基、半剛性樁復(fù)合地基、剛性樁復(fù)合地基。2023/2/67二、復(fù)合地基的作用機(jī)理

1）樁體作用

由于樁體的強(qiáng)度較樁間土為大，在剛性基礎(chǔ)等量變形時(shí)，地基中的應(yīng)力將按材料的模量進(jìn)行分布，在樁體上產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，大部分荷載由樁體承擔(dān)，樁間土上應(yīng)力減少。

2）墊層作用

樁與樁間土組成的復(fù)合層，由于其性能優(yōu)于原天然地基，它可起到類(lèi)似墊層的換土、均勻地基應(yīng)力、增大應(yīng)力擴(kuò)散角的作用。2023/2/68

在樁體沒(méi)有貫穿整個(gè)軟弱土層時(shí)的復(fù)合地基中，墊層的作用尤其明顯。

3）加速固結(jié)作用

除碎石樁和砂樁具有良好的透水性，可加速地基的固結(jié)外，水泥土類(lèi)、混凝土類(lèi)樁也可加速地基的固結(jié)。因?yàn)榈鼗墓探Y(jié)不僅與地基土的排水性能有關(guān)，而且還與地基的變形特性有關(guān)。水泥土類(lèi)樁會(huì)降低地基土的滲透系數(shù)。但它也會(huì)減少地基土的壓縮系數(shù)。而且壓縮系數(shù)的減少幅度比滲透系數(shù)的減少幅度要大，因而使加固后的水泥土的固結(jié)系數(shù)大于加固前原地基土的系數(shù)，起到加速固結(jié)的作用。

Cv=k(1+e。)/γw·a；t=2.47H2/Cv

式中：Cv－固結(jié)系數(shù)；k－滲透系數(shù)；e。－天然孔隙比；γw－水的重度；a－壓縮系數(shù)；H－土層固結(jié)的厚度。T－最終沉降完成所需時(shí)間。

水泥土類(lèi)樁使k降低，同時(shí)使a減小，而且后者的減小幅度要比前者為大。2023/2/694）擠密作用

砂樁、土樁、夯實(shí)樁、砂石樁等由于施工過(guò)程中對(duì)樁周土具有擠密作用；生石灰樁由于其材料吸水、發(fā)熱和膨脹等作用，對(duì)樁周土也具有擠密作用；其它類(lèi)樁如CFG樁等對(duì)樁周土也具有擠密作用。

5）加筋作用

各種樁土復(fù)合地基不僅可提高地基土的承載力，還可提高土體的抗剪強(qiáng)度，增加土坡的抗滑能力。如用于基坑開(kāi)挖時(shí)的支護(hù)、路基或路堤的加固等，都利用了復(fù)合地基中樁體的加筋作用。2023/2/610路堤滑動(dòng)面復(fù)合地基增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定樹(shù)根樁增強(qiáng)斜坡穩(wěn)定2023/2/611三、復(fù)合地基的破壞模式及其影響因素(p163)

(a)刺入破壞(b)鼓脹破壞(c)整體剪切破壞(d)滑動(dòng)破壞abcd2023/2/612

1)

不同類(lèi)型的樁，可具有不同的破壞模式。如CFG樁是刺入破壞；而碎石樁則是鼓脹破壞；

2）相同類(lèi)樁，由于樁身強(qiáng)度的不同，可是不同的破壞模式；

3）樁長(zhǎng)的不同，可具有不同的破壞模式；

4）土層的不同，可具有不同的破壞模式。

碎石樁破壞機(jī)理2023/2/613四、應(yīng)力特征1、復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)（p164）

⑴面積置換率（m）

AAP⑵樁土應(yīng)力比（n）σPσS樁體⑶復(fù)合模量——與原非均質(zhì)復(fù)合土體等價(jià)的均質(zhì)復(fù)合土體的模量。2023/2/6142、樁土應(yīng)力比（n）

⑴樁土應(yīng)力比的影響因素

與荷載水平

樁土模量比、

樁土面積置換

率、軟地基土

的強(qiáng)度、樁長(zhǎng)

固結(jié)時(shí)間和墊

層情況等因素

有關(guān)。

2023/2/615B139②

n與樁土模量比

的關(guān)系

應(yīng)力一定時(shí)，Ep/Es越大n越大。

①

n與p的關(guān)系

n先隨p的增加而增加，達(dá)樁的塑性狀態(tài)后又隨之減小。2023/2/616③碎石樁復(fù)合地基n與m的關(guān)系

n隨著m的增大而減小。

B1402023/2/617

④n與L的關(guān)系

n隨著L增加而增大，但當(dāng)樁長(zhǎng)達(dá)到某一值時(shí)，n值基本上不再增加。因而，存在一臨界樁長(zhǎng)Le。B141⑤

n與t的關(guān)系因樁間土固結(jié)和蠕變，使n隨時(shí)間的延續(xù)而逐漸增大。2023/2/618建筑物施工過(guò)程中碎石樁復(fù)合地基實(shí)測(cè)n與t的變化情況碎石樁復(fù)合地基n與固結(jié)度的關(guān)系曲線⑥

n與地基土強(qiáng)度的關(guān)系原地基土強(qiáng)度越低（模量比越大）n越大，反之越小。2023/2/619⑵應(yīng)力比計(jì)算公式由于影響樁土應(yīng)力比的因素很多，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在考慮不同因素和假設(shè)條件下，根據(jù)不同的理論提出了很多計(jì)算公式，但目前還沒(méi)有一個(gè)較完善的計(jì)算公式，我國(guó)普遍采用的是模量比計(jì)算公式：假設(shè)在剛性基礎(chǔ)下，樁體和樁間土的豎向應(yīng)變相等，即：則有故σS樁體σP△S2023/2/620五、復(fù)合地基承載力計(jì)算

⒈復(fù)合地基承載力公式及修正假定豎向增強(qiáng)體（樁）與樁間土等應(yīng)變，且二者同時(shí)達(dá)到極限狀態(tài)，復(fù)合地基極限承載力是二者的簡(jiǎn)單疊加，用面積加權(quán)平均法，其簡(jiǎn)化計(jì)算公式為：式中：Pcf——復(fù)合地基極限承載力；

Ppf——樁的極限承載力；

Psf——樁間土的極限承載力；

m——面積置換率。2023/2/621

研究表明，復(fù)合地基中的樁實(shí)際極限承載力往往比獨(dú)立單樁極限承載力大；樁間土的實(shí)際承載力與原天然地基的承載力也存在差異；而且復(fù)合地基達(dá)到極限破壞時(shí)，樁和樁間土達(dá)到極限狀態(tài)的先后不同，即極限強(qiáng)度發(fā)揮的程度不同。因而，上述復(fù)合地基極限承載力公式可修正為：式中：λ1——復(fù)合地基破壞時(shí)，樁體發(fā)揮其極限強(qiáng)度的比例，稱(chēng)為樁體極限強(qiáng)度發(fā)揮度。若樁體先達(dá)到極限強(qiáng)度引起復(fù)合地基破壞，則λ1=1。否則，λ1＜1；2023/2/622λ2——復(fù)合地基破壞時(shí)，樁間土極限強(qiáng)度發(fā)揮的比例（發(fā)揮度）。通常復(fù)合地基中的樁體往往先達(dá)到極限強(qiáng)度，λ2在0.4~1.0之間。K1——反映復(fù)合地基中樁體實(shí)際極限承載力的修正系數(shù)，一般大于1。K1主要反映復(fù)合地基中樁體實(shí)際極限承載力比由單樁靜載荷試驗(yàn)得到的大。（鄰樁荷載使樁間土對(duì)樁的側(cè)向壓力增加）K2——反映復(fù)合地基中樁間土實(shí)際極限承載力的修正系數(shù)，可能大于1，也可能小于1。應(yīng)考慮諸多影響因素，除土質(zhì)條件外，還有成樁過(guò)程中對(duì)樁間土的擾動(dòng)和擠密；樁與土的側(cè)向互相約束作用；樁體材料與樁間土的物化反應(yīng)；土的固結(jié)等。2023/2/623

用上述公式計(jì)算時(shí)，除了確定上述參數(shù)外，還要確定Ppf和Psf。

⒉樁間土或天然地基的極限承載力Psf的確定：

①靜力載荷試驗(yàn)確定；

②根據(jù)土工試驗(yàn)資料由相應(yīng)的規(guī)范查取；

③理論公式計(jì)算⒊樁體極限承載力Ppf的確定

Ppf的計(jì)算公式較多。由于柔性樁、半剛性樁和剛性樁受力后的側(cè)向變形與荷載傳遞機(jī)理不同，因此它們的極限承載力算法也不同。

⑴柔性樁（散體材料樁）極限承載力(p169)2023/2/624⑵半剛性樁和剛性樁的極限承載力半剛性樁與剛性樁的極限承載力Ppf

的大小取決于樁側(cè)摩阻力和端阻力的發(fā)揮以及樁體的材料強(qiáng)度。

①根據(jù)樁身強(qiáng)度計(jì)算

式中：q——樁體材料的抗壓強(qiáng)度；

Ap——樁體截面積。2023/2/625②根據(jù)樁側(cè)摩阻力與端阻力計(jì)算式中：fi——第i層土的樁側(cè)摩阻力；

li——第i層土的厚度；

Up——樁截面周長(zhǎng)；

Ap——樁截面積；

R——樁端土的極限承載力；

λ——端承力折減系數(shù)，對(duì)半剛性樁取0.4~0.6；

取以上兩式所計(jì)算的較小值作為樁的極限承載力。

2023/2/626

在求出樁的極限承載力和樁間土的極限承載力后，即可計(jì)算出復(fù)合地基極限承載力，從而求出復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值：

fk=Pcf/k式中：k——承載力安全系數(shù)，一般取2~2.5。六、復(fù)合地基沉降計(jì)算工程中復(fù)合地基沉降計(jì)算一般采用簡(jiǎn)化方法計(jì)算，其中將加固區(qū)與下臥層分別考慮的沉降計(jì)算方法是目前普遍采用的，即：

S=S1+S2式中：S1、S2—分別為加固區(qū)復(fù)合土層和下臥層的壓縮量。

2023/2/627⒈加固區(qū)壓縮量（S1）的計(jì)算目前有三種計(jì)算方法：復(fù)合模量法、應(yīng)力修正法和樁身壓縮量法。

復(fù)合模量法（Ec法）：將復(fù)合地基加固區(qū)視為均一化復(fù)合土或分層均一化復(fù)合土。引入復(fù)合壓縮模量Ec，采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)的壓縮量，即：式中：△Pi——第i