第二章 复合地基资料
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第二章 复合地基
e 1i − e 2 i hi = 1 + e 1i
n
∑
i =1
Hi
σ
σc(i-1)
zi
E si
hi
p1i
σz(i-1) Δp1i σzi
σz线 p1i=(σci+σc(i-1))/2 Δpi=(σzi+σz(i-1))/2
计算下限
σci
σc
σz=0.2或0.1σc
加固区的计算方法：
一、复合模量法 将桩和土视为一复合体，采用复合压缩模量法来评价复合 将桩和土视为一复合体， 土体的压缩量： 土体的压缩量： n
第二章
复合地基理论
合肥工业大学 资源与环境工程学院
复合地基 由两种刚度不同材料组成共同承受上部荷载并协调变形的人 工地基。 工地基。 变形协调指桩和土变形一致、共同变形。 变形协调指桩和土变形一致、共同变形。
砂 桩
散体桩复合地基
碎石桩
按 材 料 分 类
土 桩 灰土桩
柔性桩复合地基
石灰桩 粉喷桩 旋喷桩 树根桩
4、加筋作用： 提高土体 τ f 增强土体抗滑能力
5、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 桩与桩间土复合形成的复合地基或称复合层， 于原天然地基，它可起到类似垫层的换土 类似垫层的换土、 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 等作用。 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， 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。
f pu = σ ru k p = (σ z0 + aCu )k p = a′Cu k p
σ ru 侧向极限应力 σ z 0 深度Z处的初始总侧向应力 深度Z
复合地基
复合地基示意图
粉喷桩复合地基
（2）复合地基分类
复合地基
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
竖直向增强 体复合地基
图2-2 人工地基分类
2）复合地基中桩的分类
4)挤密作用
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。
σp
σs
图2－8复合地基计算简图
3.复合模量
复合地基
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 (2-4a) (2-4b)
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 。
K2—反映复合地基中桩间土实际极限承载力的修正系数 ，可能大于1.0，也可能小于1；
λ1— 反映桩的极限承载力发挥程度的系数，若桩体先达到极限强度引起复合 地基破坏，则λ1 ＝1.0，否则，桩间土先达极限强度则λ1 ﹤1.0； λ2— 反映桩间土的极限承载力发挥程度的系数，在0.4－1.0之间 ;
第2章 复合地基简述
1) 对于不同类型的桩，可具有不同的破坏模式。如 CFG桩是刺入破坏；而碎石桩是鼓胀破坏； 2）相同类桩，由于桩身强度不同，可能是不同 的破坏模式； 3）桩长的不同，可具有不同的破坏模式； 4）土层的不同，可具有不同的破坏模式。
碎石桩破坏机理
复合地基破坏的模式比较复杂，一般认为其取决 于桩体与桩间土的破坏特性，其中桩体的破坏特性是主 要的。
复合地基的p--n关系曲线（桩与土的模量影响）
n与桩土模量比的关系 应力一定时，Ep/Es 越大，n越大
碎石桩复合地基n与m 的关系
n随着m的增大而 减小，但幅度不大
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。
第 2章
复合地基理论概要
（Composite Subgrade)
一、概述 二、作用机理和破坏模式 三、复合地基应力特征 四、桩体复合地基承载力计算 五、复合地基沉降计算 六、基础刚度和垫层对桩体复合地基性状的影响
一、概述
1、概念
复合地基一般指由两种刚度（或模量）不同材料 （桩体和桩间土）所组成，在相对刚性基础下两者共 同分担上部荷载并协调变形（包括剪切变形）的地基。 其研究方法是在众多根桩所加固地基中，选择一 根桩及其影响的桩周土所组成的单元体作为研究对象。
六、基础刚度和垫层对桩体复合地基 性状的影响
1. 刚性基础下复合地基和柔性基础下复合地基：
刚性基础下复合地基示意图
柔性基础（路堤）下复合地基示意图
2. 基础刚度对桩体复合地基性状影响：
a. 参数相同时，柔性基础下复合地基的桩土荷载分担比 小（即：刚性基础下复合地基中桩体承担的荷载要比 柔性基础下复合地基中桩体承担的荷载大）。 b. 当荷载不断增大时，柔性基础下复合地基破坏是由土 体先破坏造成的，刚性基础下复合地基破坏是由桩体 先破坏造成的）。 c. 条件相同时，刚性基础下复合地基比柔性基础下复合 地基的极限承载力大。
4.复合地基理论与设计
5.垫层的作用：
理论研究和试验研究表明，基础和复合地基加固 区之间设置垫层不仅可保证各类增强体与桩间土 形成复合地基共同承担上部荷载，而且可以有效 改善复合地基中浅层的受力状态，如减小桩土荷 载分担比、提高桩间土的抗剪强度、提高增强体 承受竖向荷载的能力等。
二、桩体复合地基承载力计 1. 复合地基承载力：
二、桩体复合地基承载力计算 1. 复合地基承载力：
2）桩间土极限承载力计算
二、桩体复合地基承载力计算 2.复合地基加固区下卧层承载力验算：
当复合地基加固区下卧层为软弱土层时，按复合地基加 固区容许承力计算基础的底面尺寸后，尚需要对复合地基 下卧层承载力进行验算。要求作用在下卧层顶面处附加应 力和自重应力之和不超过下卧层土的容许承载力，即
一、概述 3.浅基础、桩基础和复合地基
3）复合地基
特点：复合地基中，上部结构荷载通过基础板直接 同时将荷载传递给土体和基础板下地基土体。
4. 小结
由上面分析可以看出，浅基础、桩基 础和复合地基的分类主要是考虑了荷载传 递路线。荷载传递路线也是上述三种地基 基础形式的基本特征。简言之， 1. 对于浅基础，荷载直接传递给地基土体； 2. 对于桩基础，荷载通过桩体传递给地基土 体； 3. 对于复合地基，荷载一部分通过桩体传递 给地基土体，一部分直接传递给地基土体。
量为△，则相应加固区土层的压缩量s1的计算式为：
三、复合地基沉降计算
2.下卧层土层压缩量s2的计算方法
三、复合地基沉降计算
2.下卧层土层压缩量s2的计算方法
在计算下卧层压缩量s2时，作用在下卧层上的荷载是比 较难以精确计算的。日前在工程应用上，常采用下述几 种方法计算。 1）压力扩散法
若复合地基上作用荷载为p，复合地基加固区压力扩散角 为β ，则作用在下卧土层上的荷载Pb可用下式计算：
复合地基设计书
第四章 素混凝土桩复合地基的设计与计算....................................................................25 4.1 素混凝土桩复合地基的主要参数........................................................................25 4.2 素混凝土桩复合地基的主要设计步骤................................................................25 4.3 素混凝土桩复合地基的沉降计算........................................................................27
4.3.1 加固区土层压缩量 S1 的计算方法.............................................................. 27
4.3.2 下卧层土层压缩量 S2 的计算方法..............................................................30 第五章 素混凝土桩复合地基的施工................................................................................35
第二章 复合地基................................................................................................................14 2.1 人工地基的类型....................................................................................................14 2.2 复合地基分类........................................................................................................15 2.3 复合地基处理技术的发展....................................................................................16
4.3.1 加固区土层压缩量 S1 的计算方法.............................................................. 27
4.3.2 下卧层土层压缩量 S2 的计算方法..............................................................30 第五章 素混凝土桩复合地基的施工................................................................................35
第二章 复合地基................................................................................................................14 2.1 人工地基的类型....................................................................................................14 2.2 复合地基分类........................................................................................................15 2.3 复合地基处理技术的发展....................................................................................16
复合地基加固法资料
复合地基加固法第一节复合地基基本理论一、复合地基的定义和分类（一）定义复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到加强或被置换，或在天然地基中设置加筋材料。
加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。
在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载。
根据地基中增强体方向又可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基（桩体复合地基）。
复合地基通常由桩（增强体）、桩问土（基体）和褥垫层组成（如图5 -1所示）。
（二）桩体复合地基分类桩体复合地基可以根据其增强体的不同特性进行分类如下：1、按增强体材料：分为散体材料（砂石、矿渣、渣土等）、石灰、灰土、水泥土、混凝土及土工合成材料等。
2、按增强体黏结性：分为无黏结性（散体材料）和黏结性两大类，其中黏结性的又可根据黏结性的大小分为：低黏结强度（石灰、灰土等）、中等黏结强度（水泥土）、高黏结强度（混凝土、CFG桩等）。
3、按增强体相对刚度：分为柔性（如石灰、灰土）、半刚性（水泥土）、刚性（混凝土、CFG桩等）。
4、按增强体方向：分为竖向、斜向和水平向（如加筋土复合地基）三种。
5、按增强体形式：分为单一型（桩身材料、断面尺寸、长度相同）（如图5-1a所示）、复合型（如混凝土芯水泥土组合桩复合地基）（如图5-2a所示）、多桩型（如碎石——CFG 桩复合地基等）（如图5—2b所示）、长短桩结合型（如图5-2 c所示）。
上述分类疗法汇总见表5-l。
对于增强体刚度及黏结性大小的划分，目前工程上尚无统一的定量标准，上述定性划分原则仅供参考。
如水泥土桩，桩身刚度及黏结性会因桩身水泥土强度不同而有较大变化，当水泥掺入量较低时，可能属于低黏结强度的柔性桩，而对于高强度的水泥土，力学特性又会接近于低标号混凝土，亦有文献将散体材料桩并入柔性桩进行分析，或将灰土桩、生石灰桩等低黏结强度桩视为散体材料桩。
按照复合地基增强体工程特性进行的分类表5-1续表注：桩的刚柔是相对的，不能只由桩体模量确定。
第2章 复合地基理论
成，是非均质的、各向异性的； ②在荷载作用下，基体和增强体共 同直接承担荷载的作用。
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
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
水泥土桩体与桩间 土应力应变关系
复合地基的二次屈服现象
4 复合地基承载力计算（桩体复合地基）
4.1桩体复合地基承载力计算模式
复合地基的承载力特征值的估算：
f spk
Ra = mf pk + b (1- m) f sk = m + b (1- m) f sk Ap
4.2 桩体极限承载力计算
1、粘结材料桩极限承载力计算
（1）成桩时的挤密作用 （2）振动、扰动引起的孔压升高，土体强度下降，而后的触变恢复。 （3）桩体材料对桩间土的影响。（吸水、放热、离子交换等） （4）桩体透水时的排水固结作用。
以上因素大多是使桩间土极限承载力高于天然地基承载力
2、桩间土极限承载力计算方法 通常桩间土极限承载力取相应的天然地基极限承载力值。 除载荷试验或查规范外，常用Skempton极限承载力公式计算：
水 下 的 碎 石 桩 复 合 地 基
碎石桩复合地基
强夯置换复合地基
码头
机场
2 复合地基的分类与形成条件
（1）根据地基中增强体的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。
均质人工地基
双层地基
水平向增强 复合地基
竖直向增强 复合地基
（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
初期
主要 指天 然地基 中 设 置碎石 桩而 形成的 碎 石桩复合地基
后来
深层搅拌法和高压喷
射注浆法的应用，人们开 始重视水泥土桩复合地基
的研究
复合地基定义的争论
地基处理-2.复合地基理论概要
Dr. Han WX
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
地基处理新技巧(复合地基)精华课件
石灰桩法
总结词
将生石灰、火山灰、粘性土等材料混合搅拌后填入孔中，经过硬化形成石灰桩，提高地基承载力和防渗性能。
详细描述
石灰桩法是一种利用生石灰、火山灰、粘性土等材料进行地基处理的方法。将这些材料混合搅拌后填入孔中，经 过硬化形成石灰桩。石灰桩具有较好的承载力和防渗性能，适用于处理软弱地基和液化土地基。该方法具有施工 简便、成本低等优点。
地基变形计算
总结词
预测地基在不同压力作用下的变形量，确保 建筑物安全。
详细描述
地基变形是指地基在外力作用下产生的位移 或变形。在复合地基设计中，需要计算不同 压力作用下的地基变形量，包括沉降、水平 位移等。通过合理的地基变形计算，可以预 测建筑物的沉降和倾斜趋势，从而采取相应
的措施，确保建筑物的安全。
某高速公路的路基处理
高速公路的特点
处理效果
高速公路对路基的稳定性和平整度要 求非常高，需要承受较大的车辆荷载。
经过复合地基处理后，高速公路的路 基稳定性和平整度得到显著提高，减 少了路面的损坏和维护成本。
地基处理方法
采用砂石垫层、排水固结、深层搅拌 等复合地基处理方法，提高路基的稳 定性和平整度。
04 施工工艺与质量控制
施工前的准备
现场勘查
对施工现场进行实地勘察， 了解地形、地质、水文等 条件，以便制定合适的施 工方案。
设计交底
组织设计单位向施工单位 进行技术交底，明确设计 意图、施工要求和注意事 项。
施工组织设计
根据工程规模、特点等因 素，制定合理的施工组织 设计，确保施工进度、质 量和安全。
施工工艺流程
成孔
采用合适的钻机或人工挖掘成 孔，孔径、孔深应符合设计要 求。
注浆
地基处理—2复合地基
土体受到扰动
挤密效应比较显著 置换效应、加速排水效应比较显著
柔性桩复合地基
主要通过置换作用提高地基承载力， 承载力大于散体桩复合地基。 主要通过置换作用提高地基承载力， 承载力大于柔性桩复合地基。
半刚性桩复合地基
2、破坏形式 破坏形式——刺入破坏、鼓胀破坏、桩体剪切破坏、整体滑动破坏。
刺入破坏
鼓胀破坏
2.1 概述
1、复合地基与地基处理的关系
处理结果上
地基处理
通过夯实、排水固结等方法使天然土体整体物理性质 得到改良的地基。（图2.1）
在天然地基中添加了与天然土体不一样的材料，通过 加入材料和天然土体协同作用的地基——复合地基
图2.1
2、复合地基的定义与分类
复合地基——天然地基在地基处理过程中，添加了其他非天然地基的材料， 从而形成了增强体，这种人工地基即为复合地基。
有效桩长的部分，由于桩土同步压缩，桩体基本上不再承担荷载的作用。
2.3 复合地基的承载力
1、承载力计算通用公式 复合地基的承载力——依据一定的原则，将桩体和桩间土的承载力进行叠加 得到的承载力。（主要由于桩和土体不是同时达到极限状态）
f spk m
f ห้องสมุดไป่ตู้pk
Ra
Ra (1 m) f sk Ap
柔性桩复合地基（例如深层搅拌桩、旋喷桩复合地基）
竖向增强体材料的 刚度
半刚性桩复合地基（例如水泥粉煤灰碎石桩复合地基， CFG桩）
刚性桩复合地基（例如钢筋混凝土桩复合地基）
散体材料桩复合地基的特点——桩体无粘聚力，单独不能成桩，只有依靠周围土 体的
围箍作用才能形成桩体。
柔性桩复合地基的特点——桩体有较强的粘聚力，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。
挤密效应比较显著 置换效应、加速排水效应比较显著
柔性桩复合地基
主要通过置换作用提高地基承载力， 承载力大于散体桩复合地基。 主要通过置换作用提高地基承载力， 承载力大于柔性桩复合地基。
半刚性桩复合地基
2、破坏形式 破坏形式——刺入破坏、鼓胀破坏、桩体剪切破坏、整体滑动破坏。
刺入破坏
鼓胀破坏
2.1 概述
1、复合地基与地基处理的关系
处理结果上
地基处理
通过夯实、排水固结等方法使天然土体整体物理性质 得到改良的地基。（图2.1）
在天然地基中添加了与天然土体不一样的材料，通过 加入材料和天然土体协同作用的地基——复合地基
图2.1
2、复合地基的定义与分类
复合地基——天然地基在地基处理过程中，添加了其他非天然地基的材料， 从而形成了增强体，这种人工地基即为复合地基。
有效桩长的部分，由于桩土同步压缩，桩体基本上不再承担荷载的作用。
2.3 复合地基的承载力
1、承载力计算通用公式 复合地基的承载力——依据一定的原则，将桩体和桩间土的承载力进行叠加 得到的承载力。（主要由于桩和土体不是同时达到极限状态）
f spk m
f ห้องสมุดไป่ตู้pk
Ra
Ra (1 m) f sk Ap
柔性桩复合地基（例如深层搅拌桩、旋喷桩复合地基）
竖向增强体材料的 刚度
半刚性桩复合地基（例如水泥粉煤灰碎石桩复合地基， CFG桩）
刚性桩复合地基（例如钢筋混凝土桩复合地基）
散体材料桩复合地基的特点——桩体无粘聚力，单独不能成桩，只有依靠周围土 体的
围箍作用才能形成桩体。
柔性桩复合地基的特点——桩体有较强的粘聚力，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。
地基及复合地基基本知识
地基及复合地基基本知识（一）天然地基凡是基础直接建造在未经加固的天然岩土层上时，这种地基称之为天然地基。
作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。
1.岩石：自然界各种各样的矿物，并不是孤立的个体，而是以一定的规律结合在一起的。
由一种或多种矿物组成的集合体叫岩石。
分为岩浆岩、沉积岩、变质岩。
岩石地基在我们日常工作中遇到的不多，我们经常遇到的第四系松散物“碎石土、砂土、粉土、粘性土”。
2.碎石土：为粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。
碎石土分为：1）漂石：圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒含量超过全重50%2) 块石：棱角形为主3) 卵石：圆形、亚圆为主粒径大于20mm的颗粒含量超过全重50%4) 碎石：棱角形为主5）圆砾：圆形、亚圆粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%6）角砾：棱角形为主3.砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。
可分为：1）砾砂：粒径大于2mm的颗粒含量占全重25%～50%。
2) 粗砂：粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重50%。
3) 中砂：粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50%。
4) 细砂：粒径大于0.075mm的颗粒含超过全重85%。
5）粉砂：粒径大于0.075mm的颗粒含超过全重50%。
4.粘性土：塑性指数Ip大于10的土。
Ip>17 粘土10<Ip≤17 粉质粘土5.粉土：介于砂土与粘性土之间，塑性指数Ip≤10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%的土。
6.人工填土：素填土、压实填土、杂填土、冲填土。
（二）人工地基当天然地基不能满足建筑基础要求时，需要对地基进行加固处理，这样的地基统称为人工地基。
这有两层概念：1、天然地基很软弱，不能满足地基强度和变形等要求；2、随着结构物的荷载日益增大，对变形的要求越来越严，因而原来被评价是良好的地基，也可能在特定的条件下需要处理。
2复合地基PPT.
初期
复合地基一词最早 出现在1962年，用来形 容采用碎石桩加固的地 基
后来
深层搅拌法和高压 喷射注浆法的应用，人 们开始重视水泥土桩复 合地基的研究
2.复合地基概念与分类
复合地基
（1）概念：
复合地基（composite foundation）是指部分土体被增强 或被置换形成增强体，由增强体和周围地基土共同承担上 部荷载并协调变形的人工地基。
(2)复合地基桩体破坏模式
复合地基
复合地基中，桩体破坏模式可分为以下4种：刺 入破坏、鼓胀破坏、整体剪切破坏和滑动破坏
图2-6 复合地基中桩体可能破坏模式 (a) 刺入破坏；(b) 鼓胀破坏；(c) 整体剪切破坏；(d) 滑动破坏
复合地基
破坏模式
a.刺入破坏（图2-6a） 桩体刚度较大，地基土强度较
竖直向增强 复合地基
斜向增强 复合地基
图2-3 复合地基常用的形式
长短桩复 合地基
3. 复合地基特点
复合地基
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
天然地基
复合地基
图2-4 地基——复合地基区别
复合地基与桩基比较
复合地基
2.2 复合地基的作用机理与破坏模式
（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
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。
柔性桩复合地基—如石灰桩、土（或灰土）桩；
复合地基理论概要
复合地基的破坏模式
复合地基的破坏模式
复合地基的破坏模式
（1）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刺入破 坏。 （2）在荷载作用下，桩间土不能提供足够的围压来 阻止桩体发生过大的侧向变形，从而产生桩体的鼓 胀破坏。桩体发生鼓胀破坏引起复合地基全面破坏。 散体材料桩复合地基较易发生这类破坏。
复合地基沉降计算
34
第2章
复合地基理论概要
第1节 概述 第2节 桩体复合地基承载力计算 第3节 复合地基沉降计算 第4节 基础刚度和垫层对桩体复合地基
性状影响
第5节 工程实例
35
第2章
复合地基理论概要
第1节 概述 第2节 桩体复合地基承载力计算 第3节 复合地基沉降计算 第4节 基础刚度和垫层对桩体复合地基
复合地基中的重要参数
复合地基的重要参数-桩土应力比
• 在复合地基加固区的上表面，桩体的竖向应力和 桩间土的竖向应力之比 称为桩土应力比。
p n s
第2章
复合地基理论概要
第1节 概述 第2节 桩体复合地基承载力计算 第3节 复合地基沉降计算 第4节 基础刚度和垫层对桩体复合地基
性状影响
第5节 工程实例
复合地基中的重要参数
复合地基的重要参数-置换率
20
复合地基中的重要参数
复合地基的重要参数-复合模量
与真实非均质复合土体等价的均质复合土 体的模量称为复合地基土体的复合模量。复合 模量的计算公式可以用材料力学方法，由桩土 变形协调条件推演得：
E mE 1 m E
SP P
复合地基
地基处理目的包括提高地基承载力、稳定性、降低 地基压缩性、减小渗透性、特殊目的（全部或部分消除 液化、湿陷性等）。 柔性桩和半刚性桩易发生鼓胀破坏。就承载力而言 存在着一个有效桩长，桩长大于有效桩长后，承载力不 再随桩长的增加或增加的幅度很小，从这一角度桩长不 宜过长。但增加桩长对减少基础沉降是有利的。 原则上，当土层厚度不大时，一般应达松软土层底 面；当松软土层厚度较大时，对按稳定性控制的工程， 应达最危险滑动面以下2m以上；对按变形控制的工程， 应满足处理后的地基变形量不超过建筑物的地基变形允 许值并满足软弱下卧层承载力的要求；在可液化地基中， 应按要求的抗震处理深度确定。
碎石桩复合地基
强夯置换复合地基
码头
机场
一、 复合地基概述
复合地基与桩基的区别
1、承载特性 桩基上部荷载全部由桩承担，复合地基上部 荷载由桩和桩间土共同承担。 2、构造特征
复合地基概述
复合地基的定义：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 基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地 基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两 部分组成的人工地基。复合地基较天然地基的 承载力提高，沉降减小。 。
右图中，桩落在不可压缩层 上，在基础下设置柔性垫层。一 般情况在荷载作用下，通过柔性 垫层的协调，也可保证桩和桩间 土两者共同承担荷载。 如果桩和桩间土之间可能产 Ep 生的最大差异变形超过垫层的协 调能力，则虽然设置了柔性垫层, 也不能保证桩和桩间土始终能够 共同直接承担荷载。
刚性基础 垫层 Es2 Es1 不可压缩层
右图中，桩落在不可压缩层 上，且未设置垫层。在荷载作用 下，开始时增强体和桩间土体中 的竖向应力大小大致上按模量比 分配，但是随着土体产生蠕变， 荷载向增强体上转移。特别是遇 地下水位下降等因素，桩间土体 进一步压缩，可能不再承担荷载。 在这种情况下两者难以共同承担 荷载，也就是说桩和桩间土不能 形成复合地基。
第二章 复合地基
3.基础刚度和垫层设置 （1）刚性基础，设垫层； （2）刚性基础，不设垫层； （3）柔性基础，设垫层； （4）柔性基础，不设垫层。 4.增强体长度 （1）等长度； （2）不等长度（长短桩复合地基）
2.3 复合地基的常用概念
2.3.1 复合地基面积置换率
Ap——为桩体的横截面积（m2）； Ae——为桩体所承担的加固面积（m2） 平均面积置换率：对于只在基础下布设桩体的复合地基， 桩体的横截面面积之和与基础总面积相等的复合土体面积之 比。
Es p mE p (1 m)Es
E p ——桩体压缩模量； E s ——桩间土压缩模量； Es p ——复合地基的复合模量。 上式在某些理想条件下导出的，（1）复合地基的上的基础 为绝对刚性；（2）桩端落在坚硬的土层上，即桩没有向下 的刺入变形。 上式缺陷在于不能反映桩长的作用和桩的端阻效应。
（2）竖向增强体复合地基： 工程上习惯把竖向增强体成 为桩，常称为桩体复合地基。 工程上应用较多，有碎石桩、 砂桩、水泥土桩、石灰桩等。
桩体复合地基中，桩体由散体材料组成还是粘结材料组成， 以及粘结材料的刚度大小，都会影响复合地基荷载传递的性状。
桩体复合地基可分为散体材料桩复合地基、柔性桩复合地 基、刚性桩复合地基。
（1）散体材料桩复合地基包括碎石桩复合地基和砂桩复合地 基，桩只有靠周围土体围箍作用才能成桩。
（2）根据桩体刚度不同，将粘结材料分为柔性桩和刚性桩。 柔性桩复合地基如水泥土桩复合地基、灰土桩和石灰桩复合地 基等。 （3）刚性桩复合地基如钢筋混凝土复合地基、CFG桩复合地 基和低强度混凝土复合地基。
2.1.2 复合地基的分类
（3）复合地基
天然地基在地基处理过程中，部分土体的强度得到提高或 者被置换，或天然地基中设置加筋材料，加固区由基体和增强 体两部分组成的人工地基，荷载由两部分共同承担。 复合体根据增强体设置的不同方向，可分为：水平向增强 体复合地基和竖向增强体复合地基。
复合地基
A f sp n pQ f s As A
采用第二种思路，复合地基承载力确定的核心是确定 复合地基的抗剪强度ps，一般可按桩体和基体均发挥抗剪 强度，由此可得到
ps m p(1 m) s
(1 m)[c s ( s p s z ) cos2 tan s ] m[c p (n s p p z ) cos2 tan p ]
复合地基概论
基本概念 复合地基承载力 复合地基沉降
基本概念
复合地基是指天然地基经加固处理，部分土 体得到加强，或被置换，或在天然地基中设置加 筋材料，形成的基体（天然土体）和增强体复合 而成的人工地基。 复合地基是人工地基加固的主要形式之一， 应用十分广泛。
根据增强体的性质和布置方向，又可将复合地基 进一步分为
下卧层沉降S2的计算中，土的变形规律和指标均与 传统分层总和法相同。 下卧层的附加应力的计算，方法不尽相同。 常见的方法是首先算出加固区底面附加应力pb，再 按Boussenessq弹性理论求解下卧层中的附加应力，pb 的计算以应力扩散法和等效实体法最具代表性。 近年来，有人尝试采用Boussenessq解和Mindlin解 积分相耦合方法计算下卧层附加应力，显然这需已知桩 体的荷载传递规律，应用起来并不十分方便。 此外，有限单元法等数值计算方法，应用于复合地 基沉降计算，但参数确定缺少简单、有效方法，直接应 用于工程设计尚有困难。
柔性桩（散体材料桩）复合地基
竖向增强体
复合地基 半刚性桩（水泥搅拌桩）复合地基 水平向增强体 加筋体复合地基
复合地基中， 人工增强体存在，区别于天然地基 增强体与基体共同承担荷载的特性，不同于桩基础。 由于其组成和受力的复杂性，相对天然地基和桩基础， 复合地基工作机理和计算理论的研究相对更加不完善， 甚至可以说复合地基理论体系尚在形成和发展中。
采用第二种思路，复合地基承载力确定的核心是确定 复合地基的抗剪强度ps，一般可按桩体和基体均发挥抗剪 强度，由此可得到
ps m p(1 m) s
(1 m)[c s ( s p s z ) cos2 tan s ] m[c p (n s p p z ) cos2 tan p ]
复合地基概论
基本概念 复合地基承载力 复合地基沉降
基本概念
复合地基是指天然地基经加固处理，部分土 体得到加强，或被置换，或在天然地基中设置加 筋材料，形成的基体（天然土体）和增强体复合 而成的人工地基。 复合地基是人工地基加固的主要形式之一， 应用十分广泛。
根据增强体的性质和布置方向，又可将复合地基 进一步分为
下卧层沉降S2的计算中，土的变形规律和指标均与 传统分层总和法相同。 下卧层的附加应力的计算，方法不尽相同。 常见的方法是首先算出加固区底面附加应力pb，再 按Boussenessq弹性理论求解下卧层中的附加应力，pb 的计算以应力扩散法和等效实体法最具代表性。 近年来，有人尝试采用Boussenessq解和Mindlin解 积分相耦合方法计算下卧层附加应力，显然这需已知桩 体的荷载传递规律，应用起来并不十分方便。 此外，有限单元法等数值计算方法，应用于复合地 基沉降计算，但参数确定缺少简单、有效方法，直接应 用于工程设计尚有困难。
柔性桩（散体材料桩）复合地基
竖向增强体
复合地基 半刚性桩（水泥搅拌桩）复合地基 水平向增强体 加筋体复合地基
复合地基中， 人工增强体存在，区别于天然地基 增强体与基体共同承担荷载的特性，不同于桩基础。 由于其组成和受力的复杂性，相对天然地基和桩基础， 复合地基工作机理和计算理论的研究相对更加不完善， 甚至可以说复合地基理论体系尚在形成和发展中。
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▪ 3.基础刚度和垫层设置 ▪ （1）刚性基础，设垫层； ▪ （2）刚性基础，不设垫层； ▪ （3）柔性基础，设垫层； ▪ （4）柔性基础，不设垫层。 ▪ 4.增强体长度 ▪ （1）等长度； ▪ （2）不等长度（长短桩复合地基）
2.3 复合地基的常用概念
▪ 2.3.1 复合地基面积置换率
▪ Ap——为桩体的横截面积（m2）； Ae——为桩体所承担的加固面积（m2） 平均面积置换率：对于只在基础下布设桩体的复合地基，
（1）散体材料桩复合地基包括碎石桩复合地基和砂桩复合地 基，桩只有靠周围土体围箍作用才能成桩。
（2）根据桩体刚度不同，将粘结材料分为柔性桩和刚性桩。 柔性桩复合地基如水泥土桩复合地基、灰土桩和石灰桩复合地 基等。
（3）刚性桩复合地基如钢筋混凝土复合地基、CFG桩复合地 基和低强度混凝土复合地基。
2.1.2 复合地基的分类
1.根据复合地基的工作机理分：
▪
散体材料桩
▪
竖向增强体复合地基
柔性桩
▪
粘结材料桩
复合地基
刚性桩
▪
水平向增强体复合地基
2.竖向增强体复合地基两个基本的特点：
▪ （1）加固区由基体和增强体两部分组成，桩体复合地基是非 均质的、各向异性的；
▪ （2）在外荷载作用下，桩体复合地基中基体和增强体共同承 担荷载的作用。
（3）复合地基
天然地基在地基处理过程中，部分土体的强度得到提高或 者被置换，或天然地基中设置加筋材料，加固区由基体和增强 体两部分组成的人工地基，荷载由两部分共同承担。
复合体根据增强体设置的不同方向，可分为：水平向增强 体复合地基和竖向增强体复合地基。
水平向增强体复合地基
竖向增强体复合地基
（1）水平向增强体复合地基： 主要指加筋土地基，是一种新 型的复合地基。加筋材料主要 有土工织物、土工膜、土工格 栅和土工格室等土工合成材料。
复合地基的破坏分两种情况：（1）桩体先破坏，要估计 桩间土的承载力发挥度；（2）桩间土先破坏，要估计桩体的 承载力发挥度。两者不可能同时达到极限状态。
桩体复合地基中，散体材料桩、柔性桩和刚性桩的荷载传 递机理各不相同。基础刚度的大小、是否设置垫层、垫层厚度 等对复合地基的受力性状有较大影响，在计算中需要考虑这些 因素。
在实际工程中，直接测量桩的模量比较困难。一般通过假 定桩土模量比等于桩土应力比，采用复合地基承载力的提高系 数来计算复合模量。
复合地基承载力提高系数ξ， fspk
fak
ξ也是模量提高系数，复合土层的复合模量为
Esp=ξEs
2.4 竖向增强体复合地基承载力计算
桩体复合地基承载力是由桩体的承载力和地基承载力两部 分组成，合理估计两者对复合地基承载力的贡献是计算的关键。
2.3.3复合地基桩土荷载分担比 复合地基桩土荷载分担比即桩与土分担荷载的比例
Pp——桩承担的荷载； Ps——桩间土承担的荷载； P——总荷载。
当平均面积置换率m已知后，桩土荷载分担比和桩土应力比 可以相互表示。
已知 ，桩土应力
已知 n,土荷载分担比
s
Ps P
1 m 1 m(n 1)
2.3.4复合地基的复合模量
桩体的横截面面积之和与基础总面积相等的复合土体面积之 比。
桩体在平面上常见的布置形式：等边三角形布置、正方形布置 和矩形布置。 ▪ 若桩体为圆柱形，直径为d，复合地基面积置换率分别为：
▪ 等边三角形布置
正方形布置
矩形布置
l——等边三角形布桩和正方形布桩时的桩间距； l1、l2——矩形布桩时的行间距和列间距。
2.2 复合地基的常用形式
▪ 1.增强体设置方向 ▪ （1）竖向； ▪ （2）水平向； ▪ （3）斜向—树根桩复合地基。 ▪ 2.增强体材料 ▪ （1）土工合成材料，如土工格栅、土工织物等； ▪ （2）砂石桩； ▪ （3）水泥土桩、土桩、灰土桩、渣土桩、石灰桩等； ▪ （4）CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）和低强度混凝土桩等； ▪ （5）两种以上竖向增强体（多元复合地基）； ▪ （6）水平向和竖向增强体（桩网复合地桩体承担的竖向应力与桩间土 承担的竖向应力之比称为桩土应力比
▪
——为桩顶竖向应力；
▪
——为桩间土表面竖向应力。
▪ 平均桩土应力比：基础下桩的平均桩顶应力与桩间应力之 比。是反映桩土荷载分担的一个参数 。
▪ 在其他条件相同时，桩体材料的刚度越大，桩土应力比就 越大；桩越长，桩土应力比就越大；面积置换率越小，桩 土应力比就越大。
（2）竖向增强体复合地基： 工程上习惯把竖向增强体成 为桩，常称为桩体复合地基。 工程上应用较多，有碎石桩、 砂桩、水泥土桩、石灰桩等。
桩体复合地基中，桩体由散体材料组成还是粘结材料组成， 以及粘结材料的刚度大小，都会影响复合地基荷载传递的性状。
桩体复合地基可分为散体材料桩复合地基、柔性桩复合地 基、刚性桩复合地基。
均质人工地基承载力和变形基本上与天然均质地基的计算 方法相同。
（2）双层地基
天然地基经地基处理形成的均质加固区的厚度与荷载作用 面积或者与其相应的持力层和压缩层厚度相比较小时，在荷载 作用影响区内，地基由两层性质相差较大的土体组成。
采用换填法和表层压实法处理形成的人工地基，可属于双层 地基。
双层人工地基承载力和变形计算方法基本上与天然双层地基 的计算方法相同。
第二章
复合地基
2.1 概述
▪ 2.1.1 人工地基的类型 经过加固处理后形成的人工地基分为三类：
（1）均质地基 （2）双层地基 （3）复合地基
（1）均质地基
加固区土体性质得到全面改良，加固区土体物理力学性质 基本上相同，加固区土体（平面位置和深度范围）已经满足 一定的要求。
均质的饱和粘性土地基采用排水固结法加固后形成的地基， 由于在加固范围内粘性土性质变的比较均匀，可认为均质地基。
复合模量是表示复合土体抵抗变形的能力，在数值上等于 某一应力水平时复合地基应力与复合地基相对变形之比。
Es p mE p (1 m)Es
▪ E p ——桩体压缩模量；
▪ Es——桩间土压缩模量； ▪ E s p——复合地基的复合模量。
上式在某些理想条件下导出的，（1）复合地基的上的基础 为绝对刚性；（2）桩端落在坚硬的土层上，即桩没有向下 的刺入变形。 上式缺陷在于不能反映桩长的作用和桩的端阻效应。