复合地基理论
复合地基理论及工程应用研究
2 复合地基理论的研究现状
复合地基是指天然地基在地基处理过程 中部分土体得到增强或被置换， 或在天然地墓 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， 复合地基 中增强体和基体是共同承担荷载的. 自20 实际60 年代， 国际上首次使用 “ 复 合地基” (ComPosite Foundation)一词以来， 复合地基理论已成为许多地基处理方法的理 论分析及公式建立的墓础和根据。且被大量 运用到如碎石桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、 石灰桩和灰土桩等加固地基的理论分析中。 近年来， 水泥粉煤灰碎石桩( CFG 桩) 、 树根 桩及疏桩基础也被引入复合地基理论范畴。 复合地基理论的研究已得到国内外岩土工程 界和学术界的重视。 复合地基的出现虽然才40 多年， 但其工
加剧 ， 甚至诱发地质病害。对工程地质特点 7结语 认识不足， 不能够及时预测和反馈地质病害， 地质勘察工作是山岭区高等级公路建设 只能被动地等待地质 病害的发生。在运营阶 成败的前期关键， 为此必须重视地质工作。 段， 地质工作目前还基本上是空白， 无法保证 山区高等级公路的安全顺畅。 参考文献 另 方面也是由于从事岩土工程的技术 【 JTJ 既 J I 碑一98， 公路工程地质勘察规范【 ， 1 5 人员本身能力有限所致。岩七工程在一定程 [2] JTG B01一 2003 ， 公路工程技术标淮1 5]. 度上属于经验学科， 技术人员的经验非常重 【 窦明健。 1 3 公路工程地质IM]， 人民交通出版 要， 由于技术人员水平参差不齐， 经常会出现 社. 错判、 漏判地质病害的现象。 公路行业以外的 4 1 ) 刘朝晖， 张映雪， 公路线形环境设计【 .北 Ml 地勘队伍往往对公路工程的特点及公路勘察 京: 人民交通出版社。 规范 了 解不够， 不能够有针对性的进行勘察， 资料经常不能满足设计要求。因此加强公路 岩土工程从业人员的技术水平是非常紧迫的 事情 。
复合地基
4、垫层效应：复合地基的复合土层宏观上可视为一个 深厚的复合垫层，具有应力扩散效应。 5、加筋效应：水平向增强体复合地基，在荷载的作用 下，发生竖向压缩变形，同时产生侧向位移。复合地基 中的加筋材料，将阻碍地基土侧向位移，防止地基土侧 向挤出，提高复合地基中水平向的应力水平，改善应力 条件，增强土的抗剪能力。 6、协作效应：增强体与周围土体协调变形、共同工作、 相得益彰。如竖向增强体复合地基，桩体强度高，刚度 大，约束土体侧向变形，改善土体的应力状态，使土体 在较高应力状态下不致发生剪切破坏。同时，土体也约 束桩体的侧向变形，保持桩体的形状，提高桩的强度和 稳定性。
由于增强体设置方向不同、增强体的材料组成差 异、基础刚度以及垫层情况不同、增强体长度不一
定相同，复合地基的形式非常复杂，要建立可适用
于各种类型复合地基承载力和沉降计算的统一公式 是困难的，或者说是不可能的。在进行复合地基设 计时一定要因地制宜，不能盲目套用一般理论，应
该以一般理论作指导，结合具体工程进行精心设计。
刚性基础下垫层作用机理
B1
A1
B2
A2
A—土体，B—桩体
A1处竖向应力比A2处的应力小。
柔性垫层作用：发挥桩间土的 B1处竖向应力比B2处应力大。 承载潜能，减小桩体中应力
路堤下垫层作用
土工格栅 加筋垫层
刚性垫层作用：有利于发挥桩的承 载潜能，提高复合地基承载力
五、复合地基的破坏模式
复合地基有多种破坏模式，它与复合地基的 类型，增强体的材料性质，增强体的布置形式、 长度，地基土的性质等因素有关。复合地基的 破坏模式是建立复合地基承载力和沉降计算理 论的依据。 1、竖向增强体复应用的复合地基型式很多，可从下 述三个方面来分类： （1）增强体设置方向； （2 ）增强体材料； （3 ）基础刚度以及是否设置垫层。 复合地基中增强体除竖向设置和水平向设置外， 还可斜向设置，如树根桩复合地基。在 形成复合地基时，竖向增强体可以采用同一长度， 也可采用长短桩形式，长桩和短桩可采用 同一材料制桩，也可采用不同材料制桩。采用不同 材料制桩时即形成多元复合地基。在深厚软土地基 中采用多元复合地基既可有效提高地基承载力，又 可减小沉降，且具有较好的技术效果和经济效益。
14 地基处理技术——复合地基理论
散体材料桩复合地基较易发生整体 剪切破坏，柔性桩复合地基在一定条
件下也可能发生此类破坏。
14.2 复合地基性状
❖14.2.2 复合地基桩体的破坏模式
（4）滑动破坏
在荷载作用下复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。 在滑动面上，桩体和桩间土均发生剪切破坏。
及复合地基效果的检验。
14.3.2 复合地基承载力计到
单桩承载力特征值。
认为复合地基在达到承载力的时候，复合地基中
的桩和桩间土同时达到各自的承载力，表达式如下：
fspk mfpk (1 m) fsk (14 2) 或fspk [1 m(n 1)] fsk (14 3)
基础宽度的地基承载力修正系数应取0； 基础埋深的地基承载力修正系数应取1.0。
对复合地基，当在受力范围内仍存在软弱下卧层 时，应验算下卧层的地基承载力。
14.3 复合地基承载力计算
❖14.3.1 复合地基承载力概念
复合地基承载力确定的两种方法：
采用理论公式计算，进行复合地基初步设计时采用； 通过现场载荷试验得到：用于复合地基详细设计以
当桩端土未经修正的承载力特征值小于桩周土的承
载力特征值的平均值时，可取0.5~0.9，差值大时或 设置褥垫层时均取高值。
14.3.3 规范中两种计算方法的应用
❖ 1.计算方法选择的具体规定如下
（5）对于旋喷桩复合地基，采用变形复合法；桩 间土折减系数，在无实测资料或经验时，取0~0.5，
承载力低时取低值。
14.3.3 规范中两种计算方法的应用
❖ 2.关于单桩承载力fpk规定如下
（1）可采用单桩承载力计算公式计算得到，不同 类型桩，计算公式不同；
复合地基理论发展综述
Ａ ｕ ｍ ａ ｙｏ ｖ ｌｐ ｅ ｔ ｆＣｏ ｐ ｓｔ ｕ ｄ ｔ ｎＴｈ ｏ ｙ Ｓ ｍ ｒ ｆ Ｄｅ ｅｏ ｍ ｎ ｍ ｏ ｉｅＦｏ ｎ ａｉ ｅ ｒ ｏ ｏ
Ｇ Ｏｙ －ｉ Ａ ｕｊ ｅ
（ｈｎ ｏ ｕｉａ ｏｓ ｌ ｎｎ ＆ Ｄ ｓ ｎ ｎｔｕｅｏ ｔｒ ｒｎｐｒ ｔ ｎ Ｂ ｉｎ ０ ０ ７ Ｃ ｉａ Ｃ ｉａ ｍｍ ｎｃｔ ｎ ａ ｉｇ Ｃ ｉ Ｐｎ ｅｉ ｓｔｔ ｆ Ｗａｅ ａｓｏ ａ ｏ， ｅ ｉｇ１０ ０ ， ｈｎ） ｇ Ｉ ｉ ｒ Ｔ ｔ ｉ ｊ
，
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玎同层 ／ 口
垫层
桩是按相对刚度来划分的。柔性桩复合地基和刚
性桩复合地基在竖 向荷载作用 下 ，增强体横 向变
形不显著 ，增强体按一定的传递规律 向基土传递 竖 向荷载。这类复合地基增强体 与基土的相互作 用 ，主要表现在桩与基土的荷 载传递规律和轴 向
￣ｂｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｓ ｍｍａ ｉ ｓｔ ｅｓａｕ ｆｔｅ ｒ ｓａｃ ｎ ｃ ｍｐ ｓｔ ｏ ｎ ａｉｎ ｔｅ ｒ ｎ ｉｅ ｎ ， ｔ ａ ｔ ｈ ａ ｅ ｕ ｒ ｅ ｈ ｔｔｓｏ ｈ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｏ ｏ ｉ ｆｕ ｄ ｔ ｈ ｏｙ ａ ｄ ｇｖ ｓａ ｚ ｅ ｏ
ｔ ｎ ｏ ｅｐ ｏ ｌ ｍｓ ｘ ｓｅ ｎ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｈ ｅ ｒ ． ｉ ｎｔ ｒ ｂ ｅ ｉｔ ｄ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｅ ｄ ｏ ｅｔ ｏ ｏ ｈ ｅ ｔ ｔ ｈ ｙ
Ｋｅ ｒ ： ｏ ｏ ｉ ｕ ｄ ｔ ｎ ｂ ａ ｎ ａ ａ ｉ ； ｅｔ ｍｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄｓ ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｏ ｎ ａｉ ； ｅ ｔ ｇｃ ｐ ｃｔ ｓ ｔ ｅ ｎ ｔｆ ｏ ｉ ｙ ｌ
复合地基
根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。
1、复合地基，不用细说拿刚性桩CFG桩复合地基来说。
其为地基，基础下传力与基础传给天然地基模式相同。
由增强体与桩间土共同作用，顶设散粒褥垫层。
其工作模式是浅基础工作模式。
A!fRpN2、复合桩基：为深基础，工作模式是上部荷载通过桩结点传递给深层土。
一般组成为单一承台与承台下多根桩组成。
桩与承台为刚性连接，考虑群桩折减与承台作用。
所谓刚性桩复合地基就是用钢筋混凝土桩或素混凝土桩这样的刚性桩作为增强体与周围土体共同承担上部荷载而形成的复合地基。
是近几年来涌现出的新的地基处理方式之一。
主要区别是基础通过褥垫层传载给增强体与桩间土，复合桩基是承台直接传载给桩与桩间土。
复合桩基属于复合地基的一部分,复合地基基本是通过加强或置换天然地基来提高地基承载力和减少沉降.设置褥垫层作用是让桩产生刺入变形,并把力协调传给桩和桩间土。
上海地区,土质很软,虽然埋身1.5左右的持力层对多层建筑来说可提供足够的承载力(80kpa),但是为了控制沉降,一般也会打一些长度16m左右的小方桩.我们管这个也叫复合桩基.复合地基与复合桩基相同的地方是两个都利用了浅层土体的承载力。
不同的就是前面提到的，复合地基是对软土本身的加固，在软土中设置了若干加强体，桩体与软土共同承担上部荷载；而复合桩基的桩则是将上部荷载传递到较深较好的土层中。
从荷载传递机理来说，复合地基与复合桩基有很大的区别。
从名字上就很能说明问题，复合地基主要是地基指的是加强体加固后整个地基。
而复合桩基是指桩基，指的是桩基的计算中考虑承台下土的贡献后的桩基。
不考虑与基础的连接,对摩擦型桩与CFG桩在竖向抗压承载理论是一致的!应该从传力路径上区别：复合桩基较复合地基传力更明确。
复合桩基：上部荷载-承台-桩-桩间土。
复合地基承载力p-s曲线
复合地基承载力p-s曲线复合地基承载力P-S曲线随着建筑技术的不断发展，土力学方面的研究也越来越受到关注。
复合地基是一种新型的地基加固材料，具有强度高、稳定性好等特点。
而其承载力P-S曲线是描述其基本力学性质的重要参数。
本文将从理论和实例分别探讨其复合地基承载力P-S曲线。
一、理论探讨承载力P-S曲线反映了土体受应力时的变形特性。
在进行复合地基的承载力计算时，需要准确绘制其P-S曲线。
P-S曲线是土体的荷载-变形曲线，通过分析曲线可以得到土体的很多力学性质。
曲线的斜率反映了初始刚度或初始弹性模量的大小，斜率变化越缓，初始刚度越大。
而曲线的屈曲点则对应了最大强度点，在此处的应变为基本变形。
复合地基材料与传统地基材料不同，其结构和性质也有所不同。
复合地基由钢板和土工合成材料组成，钢板固定在原有基础上，对于钢板以下的土体，其强度和刚度相对较低，而钢板上方的土体则更为坚硬。
因此，复合地基的P-S曲线有其独特的形态特征。
二、实例分析复合地基由于其较强的承载力和较好的稳定性，被广泛应用于各种建筑工程中。
为了验证复合地基的承载性能和P-S曲线，我们对某建筑工程进行了实例分析。
该工程是一座高楼大厦，建筑面积达10万平方米，地下三层，地上25层。
由于所在的地区土层较软，普通地基难以满足安全、稳定的要求，因此选择了使用复合地基进行加固。
我们根据实测的数据，绘制出了该建筑物的复合地基P-S曲线。
曲线的初始部分较平缓，表明初期的土体刚度较高，能够承受较大的荷载。
过了一定的变形量之后，曲线开始明显上升，表明土体的刚度下降，局部硬度增加。
在曲线的最高点，P-S曲线发生明显的变化，对应了复合地基的最大承载力。
在确保结构安全的前提下，我们可以按照曲线的特征进行更详尽的计算。
综上所述，复合地基承载力P-S曲线是确定其力学性质的重要参数之一，理论和实例分析中均可发现其重要性。
随着建筑工程的不断发展和工程性能的要求，研究复合地基的特性将会变得更加重要、迫切。
长短桩复合地基
10
11 12 总计
18
18 18
0
2 4
3
3 3 36
3
3 3 36
3+1
3 3 42
3
3
表2-3 14d无侧限抗压强度
序 号 1 2 3 4 5 6 7
*
14d抗压强度（MPa) 第1组 0.24 0.23 0.33 0.24 0.33 0.179 0.27 第2组 0.16 0.24 0.27 0.16 0.3 0.185 0.23 第3组 0.22 0.24 0.24 0.35 0.26 0.176 0.37
76
3.15 0.61 1.22 0.55 0.46 0.94 1.15
2.4室内试验和现场检测数据对比分析
室内试验的变异系数比现场检测数据的变异系数小，即室内
试验的影响因素比现场小，对分析数据有一定的优越性，但 不能模拟现场的复杂情况。
万环西路4标段现场检测试验数据大于室内试验数据较多，
平均值 （MPa) 0.21 0.24 0.28 0.25 0.30 0.18 0.29
均方差
0.06 0.01 0.06 0.13 0.05 0.01 0.10
变异系数
0.28 0.03 0.23 0.54 0.17 0.04 0.35
8
9 10 11 12
0.32
0.28 0.38 0.28 0.28
表2－1 粉喷搅拌法和浆液搅拌法比较
方法 比较内容 水份 初期强度 搅拌均匀程 度 计量 外掺剂 成桩质量 粉喷搅拌法 （干法） 浆液搅拌法 （湿法）
粉喷法在软土中能吸收较多的 浆喷法从浆液中带进较多的水分 水分有利于地基土密度的提高， 对地基加固不利 对含水量较高的粘土特别适用 粉喷法初期强度较高，对加快 浆喷法初期强度较低 填筑路堤较有利 粉喷法以粉体直接在土中进行 浆喷法以浆液注入土中容易搅拌 搅拌不易搅拌均匀 均匀 粉喷法涉及气固两相流量，计 喷浆法的液态计量容易控制 量粉值不够精确 粉喷法在大量施工中难以加入 浆喷法可较容易加入各种添加剂、 添加剂、外加剂等 外加剂 浆喷搅拌比较均匀，打到深部时 粉喷法成桩的上下部不易均匀， 挤压泵能自动调整压力，在一般 质量难以保持一致 情况下都能注浆液到软土中
复合地基基本理论
第五章 复合地基基本理论
地基处理
二、复合地基的分类
按增强体的方向
水平向增强体复合地基
竖向增强体复合地基
水平向增强体复合地基主要指加筋土地基。加筋 材料主要是土工织物、土工膜、土工格栅和土工 格室等。
竖向增强体习惯上称为桩，有时也称为柱，竖向 增强体复合地基通常称为桩体复合地基。
第五章 复合地基基本理论
第五章 复合地基基本理论
地基处理
§5.1 概述
一、复合地基的定义
当天然地基不能满足建筑物对地基的要求时，需 要进行地基处理，形成人工地基，以保证建筑的 安全与正常使用。
经过处理形成的人工地基通常有三种类型：均质 地基、复合地基和桩基。
1. 均质地基：
（1）天然地基在地基处理过程中加固区土体性 质得到全面改良；
复合地基中增强体方向不同，复合地基性状也不 同。桩体复合地基中，桩体是由散体材料组成， 还是由粘结材料组成，以及粘结材料桩的刚度大 小，都将影响复合地基荷载传递性状。根据复合 地基工作机理可做如下分类：
第五章 复合地基基本理论
地基处理
复合地基
散体材料桩 竖向增强体
粘结材料桩 水平增强体
柔性桩：如灰土桩、 石灰桩等
就使复合地基承载力较原地基有所提高，沉降量有
所减小。随着桩体刚度增加，其桩体作用发挥得更
加明显。
第五章 复合地基基本理论
地基处理
§5.2 复合地基作用机理
2.垫层作用 桩与桩间土复合形成的复合地基或称复合层，
由于其性能优于原天然地基，它可起到类似垫层的 换土、均匀地基应力和增大应力扩散角等作用。在 桩体没有贯穿整个软弱土层的地基中，垫层的作用 尤其明显。
第五章 复合地基基本理论
复合地基的承载力特征值
复合地基的承载力特征值1. 复合地基的基本概念说到复合地基，这可是个让不少工程师朋友们操碎了心的事。
简而言之，复合地基就是把几种不同的材料或结构组合在一起，用来提升地基的承载力。
这就好比咱们的日常生活，单靠一个人是没法支撑整个家庭的，但如果家里每个人都分担自己的责任，那就能把事情做得稳稳当当！同理，复合地基就是通过不同材料的相互配合，增强地基的稳固性。
想象一下，地基就像个大家庭，只有大家齐心协力，才能让房子屹立不倒。
1.1 复合地基的组成部分复合地基通常包括土、石、混凝土等材料，每种材料都有其独特的特性。
土壤就像是那种能包容一切的老大，虽然承载力不高，但适应性强；石材则是个坚硬的性格，承载力高却不太灵活；混凝土就像个“百变小天后”，可以根据需要调配成不同的形状和强度。
你要是把这些材料混合在一起，嘿，承载力就像坐上火箭一样猛增，稳得一逼！1.2 复合地基的优点谈到复合地基的优点，那可是数不胜数。
首先，它能显著提高承载力，减少地基沉降。
这就像咱们在搬家时，找个好帮手一起抬重东西，轻松多了。
其次，复合地基还可以改善地基的排水性能，避免水分过多导致的“积水成灾”。
最后，复合地基的施工相对简单，可以节省不少时间和成本，真是让人心里乐开了花！2. 承载力特征值的重要性要说复合地基的承载力特征值，这个可是个绕不开的话题。
承载力特征值就像是每个家庭成员的性格，决定着整个家庭的运作方式。
它是衡量地基能够承受多大负荷的一个关键指标，直接影响着建筑的安全性和稳定性。
2.1 影响承载力特征值的因素承载力特征值受多种因素影响，比如土壤的种类、深度、湿度等。
你想啊，就像我们每个人的能力受家庭背景、教育程度等因素影响，土壤的特性也同样决定着它的承载能力。
如果土壤是松软的沙子，那承载力肯定不行；但如果是坚硬的黏土，那就稳当多了。
还有一点，地基的形状和大小也会影响承载力特征值，毕竟大象站在细腿的椅子上，肯定是不稳当的嘛！2.2 计算承载力特征值的方法在计算承载力特征值时，工程师们常用的可不是一张嘴，而是一系列的公式和实验。
第2章 复合地基理论
地基处理
2.2 复合地基的作用机理与破坏模式
（1）复合地基的作用机理 ①桩体作用；②加速固结作用；③振密、挤密作用 ④加筋作用；⑤垫层作用
（2）复合地基的破坏模式
地基处理
2.3 复合地基的有关设计参数
（1）面积置换率
f. 时间 ②桩土应力比n的计算公式 a. 模量比公式
b. Baumann（1974）公式
c. Priebe公式
地基处理
2.3 复合地基的有关设计参数
d. Rowe剪胀理论的改进公式
如不考虑桩间土的剪胀性则式（2-9）变为:
e. 据复合地基和天然地基载荷试验p-s曲线推算公式
（3）复合模量
地基处理
2.4 复合地基承载力
（1）散体材料桩桩体承载力计算
①侧向极限应力法 ②被动土压力法 ③Brauns计算式 桩体极限承载力为：
根据极限承载力可由式（2-16）得出承载力标准值：
地基处理
2.4 复合地基承载力
（2）柔性桩桩体承载力
①按桩体材料强度计算
单桩竖向承载力标准值： ②按土的支持力计算 （3）刚性桩桩体承载力 （4）复合地基承载力
（3）桩身压缩量法
地基处理
Thank you
地基处理
复合地基置换率m为：
复合地基置换率分别为：
地基处理
2.3 复合地基的有关设计参数
（2）桩土应力比 桩土应力比n为： ①影响桩土应力比的因素 a. 荷载水平
b. 桩土模量比
地基处理
2.3 复合地基的有关设计参数
c. 复合地基面积置换率 d. 原地基土强度 e. 桩长
复合地基基本理论以及复习要点和例题
复合地基基本理论熟悉复合地基加固原理；掌握复合地基载荷试验要点；熟悉修正后的复合地基承载⼒特征值的计算⽅法；掌握复合地基承载⼒和沉降计算⽅法 2.1 复合地基的构成形式通过变形协调，增强体与天然地基⼟体共同承受上部结构传来的荷载，这是形成复合地基的基本条件。
在建筑⼯程中，通常在复合地基上设置刚度较⼤的扩展基础或筏形基础，也称为刚性基础(仅意味着基础刚度较⼤之意)下的复合地基。
⽽在道路⼯程中，荷载则通过刚度较⼩的道路⾯层传递，亦称为柔性基础下的复合地基。
理论研究和现场实测结果表明，刚性基础和柔性基础下的复合地基的性状有较⼤差异。
因此，增强体与天然地基⼟体在荷载作⽤下的变形协调关系是复合地基性状的主要特性。
设计时为了较充分地发挥天然地基⼟的承载作⽤，要求桩⼟间的荷载分担⽐在⼀个⽐较合理的范围内，这是复合地基设计中的关键所在。
【例题1】某软弱⼟层厚7.5m，下部为卵砾⽯层，视为不可压缩层，采⽤⽔泥⼟搅拌桩对地基进⾏处理，处理深度⾄卵砾⽯层顶⾯，处理后不设置褥垫层,则该地基是否为复合地基( )？A．是；B．不是；答案：B在基础下设置厚度为200～300mm的垫层可以改善地基中浅层⼟的受⼒状态，减⼩桩⼟荷载分担⽐。
垫层是复合地基的重要组成部分。
复合地基设计时，⼀般要求有⼀定的置换率，恰当的分担⽐。
置换率过低，复合地基承载⼒特征值低，桩⼟分担⽐⾼，桩⼟压⼒相差过⼤，使复合地基的均匀性变差，即使通过垫层调整若仍得不到明显改善时，将使桩⾝受⼒过于集中，并对基础底板受⼒不利。
【例题2】对某软弱地基进⾏⽔泥⼟搅拌桩地基处理后，基础以下铺设200mm的粗砂垫层，其⽬的是为了( )A．增⼤桩⼟荷载分担⽐；B．减⼩桩⼟荷载分担⽐；C．增⼤复合地基强度；D．减⼩复合地基强度；答案：B【例题3】某软弱地基进⾏地基处理后，基础以下铺设⽯屑垫层，有两种⽅案：A、垫层厚度为150mm；B、垫层厚度为500mm；试问：分别采⽤A、B两种⽅案，从理论上分析，桩⼟荷载分担⽐ra、rb相⽐较为( )A．ra>rb；B．raC、ra=rb；C．⽆法⽐较；答案：A【例题4】A、B两个⼯程地质条件相同，均采⽤夯实⽔泥⼟桩进⾏地基处理，桩径相同，置换率分别为ma=10%，mb=13%；要求处理后复合地基承载⼒特征值均为160kpa，基础以下铺设200mm的粗砂垫层；试问：A、B两⼯程的桩⼟荷载分担⽐ra、rb相⽐较为( )A．ra>rb；B．raC、ra=rb；C．⽆法⽐较；答案：A 2.2 复合地基承载⼒与载荷试验要点复合地基承载⼒特征值：由载荷试验测定的地基⼟压⼒变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压⼒值，其值为⽐例界限值。
地基处理-2.复合地基理论概要
第二章 复合地基理论概要
思考题
1. 简述复合地基的定义和分类. 2．简述复合地基与浅基础、桩基础在荷载传递路线方面的差别，试 说明什么是复合地基的本质。 3．简述桩体复合地基承载力的计算思路。 4．简述复合地基沉降计算方法。 5．评述刚性基础下桩体复合地基和柔性基础下桩体复合地基性状的 差异。 6．分析垫层对复合地基性状的影响。
第二章 复合地基理论概要
2.2 桩体复合地基承载力计算
Dr. Han WX
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。 散体材料桩在荷载作用下，桩体发生鼓胀，桩周土进入塑性状态，可通过 计算桩间土侧向极限应力计算单桩极限承载力。其一般表达式可用下式表示：
计算桩侧土体所能提供的最大侧 向极限力常用方法有Brauns(1978)计 算式，圆筒形孔扩张理论计算式等. Brauns认为，在荷载作用下，桩体产 生鼓胀变形。桩体的鼓胀变形使桩周 土进入被动极限平衡状态，桩周土极 限平衡区如图a:
Dr. Han WX
第二章 复合地基理论概要
2.1 概述
Dr. Han WX
从工程应用看，复合地基已与浅基础和桩基础成为土木工程建设中常用的 三种地基基础形式。
复合地基中的水平向增强体复合地基、散体材料桩复合地基、柔性桩复合地 基和刚性桩复合地基的荷载传递机理是不同的，它们的设计计算方法也不同， 在以下几节分别加以介绍。
第二章 复合地基理论概要
2.3 水平向增强体复合地基承载力计算
Dr. Han WX
第二章 复合地基理论概要
2.3 水平向增强体复合地基承载力计算
Dr. Han WX
第二章 复合地基理论概要
2.4 复合地基沉降计算
第三章5复合地基理论简述
2019/10/15
12
碎石桩破坏机理
四、应力特征 1、 复合地基设计参数（p164）
⑴ 面积置换率（m）
m AP A
⑵桩土应力比（n）
n P S
AP A
σP σS
桩
体
⑶ 复合模量
——与原非均质复合土体等价的均质复合土
201体9/10的/15 模量。
13
2、桩土应力比（n）
⑴ 桩土应力比的影响因素 与荷载水平 桩土模量比、 桩土面积置换 率、软地基土 的强度、桩长 固结时间和垫 层情况等因素 有关。
相等，即：
S P △S
则有 P EP P
S ES S
σP σS
桩
故
2019/10/15
n P EP S ES
体
19
五、复合地基承载力计算
⒈ 复合地基承载力公式及修正
假定竖向增强体（桩）与桩间土等应变，且
二者同时达到极限状态，复合地基极限承载力是 二者的简单叠加，用面积加权平均法，其简化计 算公式为：
S=S1+S2
式20中19/1：0/15S1、S2—分别为加固区复合土层和下卧层的压缩量。26
⒈ 加固区压缩量（S1）的计算
目前有三种计算方法：复合模量法、应力修 正法和桩身压缩量法。
复合模量法（Ec法）：
将复合地基加固区视为均一化复合土或分层 均一化复合土。引入复合压缩模量Ec，采用分层 总和法计算加固区的压缩量，即：
2019/10/15
3
复合地基中桩体与基础往往不是直接相连，它们 之间通过褥垫层过渡；桩基中桩体与基础直接相 连，二者形成一个结构整体。
增强体
褥垫层
桩基
第5章 复合地基理论概要
第5章复合地基理论概要本章提要复合地基所受荷载由基体和增强体共同承担，两者协调变形。
在发挥天然土体作用的同时，通过调整增强体参数（如桩长、桩径、间距和桩体模量等），复合地基承载力大幅度提高，沉降量大幅度减少，具有显著的技术经济效益和应用前景。
由于土体和增强体种类很多，特别是增强体的加强和联合，复合地基的受力特性和破坏形式等问题非常复杂。
在较长的时间内，复合地基技术将处于工程应用超前理论研究的阶段。
本章介绍复合地基定义、分类、常用术语、受力特性、破坏形式及复合地基承载力和沉降确定的基本方法。
5.1 概述5.1.1复合地基的定义复合地基（composite ground 或composite foundation）是指在地基处理过程中，部分土体得到增强，或被置换，或设置加筋体，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。
复合地基中，基体和增强体共同承担荷载，协调变形,基础、垫层、增强体与土始终密贴。
相比均质地基和桩基础，复合地基有两个基本特点：（1）加固区是由基体和增强体两部分组成，是非均质和各向异性的；（2）在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。
前一特点使复合地基区别于均质地基，后一特点使复合地基区别于桩基础。
自从复合地基概念在国际上于1962年首次提出以来，其涵义随着工程应用和理论研究而不断丰富和发展。
最初，复合地基主要是指碎石桩复合地基，随着深层搅拌法和高压喷射注浆法在地基处理中的推广应用，人们开始重视水泥土桩复合地基的研究，于是，复合地基由散体材料桩复合地基逐步扩展到粘结材料桩复合地基，概念发生了变化；后来，减少沉降量桩、低强度混凝土桩和土工合成材料在地基基础工程中的应用将复合地基概念进一步拓宽。
目前，学术界和工程界对复合地基的定义有狭义和广义两种，前者认为各类砂石桩和各类水泥土桩与地基土才形成复合地基，或者认为桩体与基础不相连接才形成复合地基；后者侧重在荷载传递机理上揭示复合地基的本质，认为共同承担上部荷载并协调变形的增强体与基体组成的复合体形成复合地基。
复合地基工程理论研究回顾与展望
Ｋｅ ｒ ｓ Ｃｏ ｐ ｓ ｔ ｏ ｎ ａ ｉ ｎ Ｒ ｇ ｄ ｐ ｌ ； ｌｘ ｂ ｅ ｐ ｌ ｙ ｗｏ ｄ ： ｍ ｏ ｉ ｆ ｕ ｄ ｔ ； ｉ ｉ ｉ Ｆ ｅ ｉ ｌ ｉ ｅ ｏ ｅ ｅ
ｌ 前 言
建 设 规 模 的扩 大 和 地 基 处 理 技 术 的 发 展 ， 复 合 地 基 的理 论 研 究 还 远 远 不 能 满 足 工 程 实 践 的 需 要 ， 特 别 是 复 合 地 基 承 载 力 计 算 和 沉 降 计 算 方 面 ，理 论 研 究 还 不 很 成 熟 。
Ｄ Ｉ １ ．９ ９ Ｊｉ ｎ１ ７ —６ ９ ．０１ ．９ ｏ Ｏ ： ５ ６ ／ ．ｓ．６ １ ５ ６２ ０ ０ ． ４ ｏ ｓ １
Ａｂ ｔａ ｔＴｈ ｈ ｏ ｉｓａ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｆｃ ｍ ｐ ｓｔ ｏ ｎ ａ ｉｎ ｉ ａ ｑ ｉ ｃｉｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｎ ｉ ｉｉ ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｓｒ ｃ ： ｅ ｔｅ ｒ ｎｄ ａ ｐ ｉ ｔ ｓｏ ｏ ｏ ｉ ｆ ｕ ｄ ｔ Ｓ ｕ ｔ ａ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｒｃ ｉ ｎ ｃｖｌ ｎ ｉｅ ｒｎ ｅ ｃ ｏ ｅ ｏ ｅ ｖ ｏ
NEW复合地基理论
问题2.下图哪几种形式是属于复合地基 ？
(a)
(b)
(d)
(f)
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复合地基理论
1 发展概况 2 复合地基的分类与形成条件 3 复合地基作用机理和破坏模式 4 复合地基的承载力 5 复合地基沉降
参考书：《地基处理》，魏新江主编，浙江大学出版社 《地基处理技术发展与展望》龚晓南主编 水利水电出版社
n = σ p / σs
桩土应力比的大小可以定性地反映复合地基的工作情况。
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3.复合地基作用机理和破坏模式 3.复合地基作用机理和破坏模式
3.1 作用机理
桩体作用
垫层作用
加速固结作用
挤密作用
加筋作用
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k c z
其中：PC——基础底面处土的自重压应力值 P PK——基础底面处的平均压应力值
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5.复合地基沉降
计算思路及方法： 分别计算复合地基加固区和下卧层压缩量，再 把二者相加，即：S=S1+S2
S:为复合地基总的沉降量 S1:为加固区的沉降量 S2:为桩端以下土体沉降量
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堆场水泥土搅拌桩复合地基
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房屋建筑粉喷桩复合地基
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水 下 的 碎 石 桩 复 合 地 基
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复合地基简述
L/d
桩的长径比L/d与n的关系曲线
n随着L增加而增大，但当桩长达到某一值时，n值基本上不再
增加。为此，存在一有效桩长Lo的概念。
碎石桩复 合地基n 与t的关系 曲线
建筑物施工过程中碎石桩 复合地基实测n与t的变化 情况Biblioteka 四、桩体复合地基承载力计算
1、复合地基极限承载力pcf ：
在桩体未有贯穿整个软弱土层时的复合地基中，垫层 的作用尤其明显。 3）加速固结作用 除碎石桩和砂桩具有良好的透水性，可加速地基的固 结外，水泥土类、混凝土类桩也可加速地基的固结。 Cv=k(1+e。)/γw· a t=2.47H2/Cv 式中：Cv－固结系数；k－渗透系数；e。－天然孔隙比； γw－水的重度；a－压缩系数；H－土层固结的厚 度；T－最终沉降完成所需时间。 水泥土类桩使k降低，同时使a减小，而且后者的减小 幅度要前者为大。
二、作用机理和破坏模式
1、作用机理
1）桩体作用 由于桩体的强度较桩间土为大，在刚性基础等量变形 时，地基中的应力将按材料的模量进行分布，在桩体上产 生应力集中现象，大部分荷载由桩体承担，桩间土上应力 减少。 2）垫层作用 桩与桩间土组成的复合层，由于其性能优于原天然地 基，它可起到类似垫层的换土、均匀地基应力、增大应力 扩散角的作用。
2、确定桩体极限承载力ppf
a. 桩体极限承载力ppf 可通过现场试验确定（首 选）。 b. 无试验资料时，对刚性桩复合地基和柔性桩复 合地基，桩体极限承载力可采用类似摩擦桩极 限承载力计算式计算，其表达式为：
p pf ( fSa Li Ap R) / AP
按上式计算桩体极限承载力外，尚需计算桩身 材料强度允许的单桩极限承载力，即：
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破坏形式荷载传递机理
散体桩复合地基：
散体桩复合地基桩侧摩阻力f与桩身压力Q随深度变化图
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柔性桩复合地基：
柔性桩复合地基侧摩阻力与桩身压力随深度的变化
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围压来阻止桩体发生过大的侧向变形，从而产生桩体鼓 胀破坏，并引起复合地基全面破坏。散体材料桩复合地 基往往发生鼓胀破坏，在一定的条件下，柔性桩复合地 基也可能产生此类型式的破坏。
Fk
鼓胀破坏
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碎石桩复合地基
强夯置换复合地基
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码头
机场
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（2）根据复合地基工作机理可作下述分类；
散体材料桩复合地基 柔性桩复合地基 竖向增强体复合地基 粘结材料桩复合地基 半刚性桩复合地基 复合地基 刚性桩复合地基 水平向增强体复合地基
或 Esp=〔1+m(n-1)Es
式中:Esp—复合地基压缩模量,MPa ；
m—复合地基面积置换率；
n—桩土应力比；
Ep—桩体压缩模量,MPa； Es—土体压缩模量, MPa 。
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第四节 复合地基的承载力
复合地基的承载力应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计 时可用理论公式估算。 竖向增强体复合地基承载力计算方法通常有二种：一种是面积置 换率法，另一种是桩土应力比法。 1、面积置换率法 基础荷载由复合地基的桩体和桩间土共同承担，若复合地基所受 的总荷载为P，由桩体分担荷载为PP，桩间土分担荷载为Ps，则有：
天然地基
地基 - 复合地基区别
复合地基
Henan Polytechnic University 复合地基与桩基比较
① 桩身材料与强度。复合地基中桩有散体材料桩、柔性桩、半刚性桩和刚性桩；
·
桩基中的桩均为刚性桩；
② 桩与上部结构的连接方式。复合地基中桩体与基础不是直接相连的，它们之间
通过垫层（碎石或砂石垫层）来过渡；而桩基中桩体与基础直接相连，两者形成 一个整体。 ③ 受力特性不同。复合地基的主要受力层在加固体内，由基体和增强体两部分共 同承担上部荷载、协同工作；而桩基的主要受力层是在桩尖以下一定范围内，主 要由桩体承担荷载作用。 ④ 群桩效应问题。由于复合地基的理论的最基本假定为桩与桩周土的协调变形。 为此，从理论而言，复合地基中也不存在类似桩基中的群桩效应。
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桩位布置：正方形和三角形布置
设每根桩分担的处理基础面积为A,单桩桩身截面积为Ap, 则复合地基的置换率为：
正方形布置：m Ap / A d 2 / 4l 2
等边三角形布置：m d / 2 3l
2
2
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3.复合模量
复合地基加固区由桩体和桩间土两部分组成，呈非均质 。在复合地基计算中，为了简化计算，将加固区视作一均质 的复合土体，则复合地基的复合模量Esp： Esp=m Ep+(1-m) Es
复合地基概述 复合地基作用机理与破坏模式 复合地基的设计参数 复合地基的承载力 复合地基沉降与沉降
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第一节 复合地基概述
一、复合地基的概念 复合地基（composite subgrade ）：部分土体被 增强或被置换形成增强体，由增强体和周围地基土共同 承担荷载的地基。增强体和周围地基土协调变形，共同 承担上部结构传下来的荷载。 二、复合地基分类 复合地基根据地基中增强体的设 置方向可分为水平向增强体复合地基 和竖向增强体复合地基两大类。
承台
由桩体 承担荷 载 基体和增 强体共同承 担荷载
垫层
a.桩基础
b.复合地基
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地基,复合地基,桩基的区别
荷载传递路线的不同是浅基础、复合地基和桩基础等三种地 基基础形式的基本特征。 浅基础：荷载直接传递给地基土体。 对桩基础：荷载通过桩体传递给地基土体。 复合地基：荷载一部分通过桩传递给地基土体，一部分直接 传递给地基土体。
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地基处理技术 Technical of Soil Improvement
复合地基理论
Theories of Composite Foundation
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第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
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复合地基的设计参数主要有处理范围、处理深度、 桩体直径、间距、布置方式、增强体材料、面积置换率、 配合比和桩土应力比等，其中面积置换率和桩土应力比是 复合地基承载力确定和沉降计算的两个基本参数。 1、处理范围 地基处理范围应根据建筑物的重要性、平面布置、地 基土质条件和增强体的类型确定。一般应大于基础底面积 ，满足应力扩散的要求。对于刚性桩和部分半刚性桩，由 于基础荷载主要由桩体承担，并通过桩体传到地基深处， 桩可只布置在基础底面。 2、处理深度 地基处理深度可根据地基处理目的、要求和地基土的性 质确定。
非均质粘性土中碎石桩破坏机理
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（c）整体剪切破坏：在荷载作用下，复合地基将出现下图 所示的塑性区，在滑动面上桩和土体均发生剪切破坏。散 体材料桩复合地基较易发生整体剪切破坏，柔性桩复合地 基在一定条件下也可能发生此类破坏。
塑性区
整体剪切破坏
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1. 面积置换率m
研究复合地基时，是在众多根桩所加固的地基中，选取一 根桩及其影响的桩周土所组成的单元体作用为研究对象。若桩 体的横截面积为Ap，桩身平均直径为d,该桩体对应的加固面积 为A，该桩体所对应的加固面积的等效圆直径为de，则面积置 换率m：
n＝σp/σs
荷载水平、桩土模量比、置换率、地基强度、桩长
目前复合地基桩土应力比n 的计算公式很多，例如模 量比公式，其假定在刚性基础下，桩体和桩间土的竖向应 变相等，即εp=εs。于是，桩体上竖向应力σp=Ep· εp， 桩间土竖向应力σs=Es· εs，桩土应力比n的表达式为： n=σp/σs=Ep/Es （2-3） 式中：Ep、Es---分别为桩和桩间土的压缩模量。
（d）滑动破坏：如图所示，在荷载作用下复合地基沿某一滑
动面产生滑动破坏。在滑动面上，桩体和桩间土均发生剪切破 坏。各种复合地基都可能发生这类型式的破坏。
滑动面
滑动破坏
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第三节 换率 m 桩土应力比 n 复合模量 Esp
复合地基常用的形式
水平向增强 复合地基
竖直向增强 复合地基
斜向增强复 合地基
长短桩复合 地基
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3. 复合地基特点
复合地基与天然地基比较： 复合地基加固区是由增强体和基体两部分组成，是非均 质和各向异性的，该特点使复合地基区别于均质地基。
垫 层
a.刺入破坏:
桩体刚度较大，地基土强度较低的情况下较易发生桩
体刺入破坏。桩体发生刺入破坏后，不能承担荷载，进而引起桩间 土发生破坏，导致复合地基全面破坏。刚性桩复合地基较易发生此 类破坏。
Fk
刺入破坏
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（b）鼓胀破坏：在荷载作用下，桩间土不能提供足够的
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（2）复合地基分类 1）根据地基中增强体的方向分类 水平向增强体复合地基:土工聚合物、金属材料格栅等 形成的复合地基 。 竖向增强体复合地基:桩体复合地基 。
均质人工地基
双层地基
水平向增强体 复合地基 人工地基分类
竖直向增强体 复合地基
加速固结作用
除碎石桩、砂桩具有良好的透水特性，可加速地基的固结外，水泥土类 和混凝土类桩在某种程度上也可加速地基固结。
在施工过程中由于振动、挤压、排土等原因，可使桩间土起到一定的密实作 用。
5)加筋作用
各种复合地基除了可提高地基的承载力和整体刚度外，还可提高土体的 抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。目前在国内的深层搅拌桩、粉体喷搅桩 和砂桩等以被广泛地用于高速公路等路基或路堤的加固，这都利用了复合 地基中桩体的加筋作用。
天然地基
复合地基
桩基础
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第二节 复合地基作用机理和破坏模式
（1）复合地基作用机理 1）桩体作用
复合地基承载力和整体刚度高于原地基，沉降量有所减少。
2) 垫层作用
可起到类似垫层的换土、均匀地基应力和增大应力扩散角等作用。
3)加速固结作用
4)挤密作用
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2 破坏模式 复合地基的破坏形式可分为以下四种： 刺入破坏、鼓胀破坏、桩体剪切破坏和整体滑动破坏 。