项目四 复合地基(一)

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其他复合地基同样具有上述特征
4.1.8复合地基基本术语
4.1.8复合地基基本术语
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:
非均质粘性土中碎石桩破坏机理
鼓胀破坏
4.1.6复合地基作用机理和破坏模式
(c)整体剪切破坏(图2-6c) 在荷载作用下,复合地基将出现 图2-6c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。
破坏模式 塑性区
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。如图2-5所示。
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。
(2)附加应力分布 国内外目前尚无复合地基附件应力计算公式;
• 复合地基中应力分布不均匀; 但总体上讲,仍然呈现出随 深度增加而明显衰减的特性。 因此,复合地基中的附加应 力的分布特点与天然地基中 的很接近,而与桩基础中的
相差较大。
4.1.7复合地基应力特性
3.桩土应力比,n 桩土应力比,n,是复合地基的一个重要
计算参数,它关系到复合地基承载力和 变形的计算,影响因素有: 1)荷载水平
23) )桩桩土土模面量积比置换率EEsp,m
4)原地基土强度 5)桩长 6)时间 7)垫层
4.1.7复合地基应力特性
4.复合地基动力特性 碎石桩或砂桩处理液化地基的效果在于
1)提高了地基土(桩间土)的密实度; 2)改善了地基的排水条件; 3)地基土受到一定时间的预振动; 4)由于桩对桩间土的约束作用,使得地基的刚度增大
(3)对深厚软土地基,可采用刚度较大的复合地基,适当增加桩体长度以减 少地基沉降,或常用长短桩复合地基的形式。
(4)刚性基础下采用粘结材料桩复合地基,若桩土相对刚度较大,且桩体强 度较小时,桩头与基础间宜设置柔性垫层。若桩土相对刚度较小,或桩体强度足 够时,也可不设褥垫层。
(5)填土路堤下采用粘结材料桩复合地基时,应在桩头上铺设刚度较好的垫 层(如土工格栅砂垫层、灰土垫层),垫层铺设可防止桩体向上刺入路堤,增加 桩土应力比,发挥桩体性能。
项目四 复合地基
教学目标
1.熟悉复合地基的定义及分类,掌握复合地基的特点及复合 地基基本术语;
2.了解复合地基设计的一般流程,熟悉竖向增强体复合地基 承载力和变形计算的方法;
3.熟悉振冲碎石桩、沉管砂石桩、土桩和灰土挤密桩、CFG 桩、旋喷桩、水泥土搅拌桩、夯实水泥土桩的概念机适用范 围;
4.了解各种复合地基的作用机理和设计基本流程;
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。
4.1.4复合地基与天然地基和桩基
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
图2-5 复合地基——桩基的区别
4.1.5复合地基应用领域 道路 工民建筑 机场 堤坝
复合地基常用型式分类如下:
• (1)增强体设置方向 ①竖向; ②水平向; ③斜向。
• (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石灰桩、水泥土桩
等;④CFG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
4.1.6复合地基作用机理和破坏模式
(a)刺入破坏(图2-6a) 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。
破坏模式 Fk
刺入破坏(图2-6a)
4.1.6复合地基作用机理和破坏模式
4.1.7复合地基应力特性
1.基地反力; 2.附加应力分布;
3.桩土应力比,n;
4.复合地基动力特性;
4.1.7复合地基应力特性
σp
σ s
图2-8复合地基计百度文库简图
4.1.7复合地基应力特性
1.基底反力 桩顶范围内应力集中明显; 桩间土反力仍保持类似天然地基时的马鞍形分布
4.1.7复合地基应力特性
桩的类型较多,性能变化较大。为此,可根据增强体(桩体)所采 用的材料以及成桩后桩体的强度(或刚度)来进行分类。
2.复合地基中桩的分类
4.1.2复合地基分类
散体材料桩复合地基—如碎石桩、砂桩、矿渣桩等; 柔性桩复合地基—如石灰桩、土(或灰土)桩; 半刚性桩—如水泥土搅拌桩、旋喷桩等; 刚性桩复合地基——混凝土类桩(如CFG桩等)。
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。
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。 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。
m= Ap/A 或 m= d2/ de2 (2-1)
式中:
正方形布桩等效圆直径: de=1.13s
矩形布桩等效圆直径: de 1.13 s1s2
s、s1、s2分别为桩间距、
纵向间距和横向间距。
de
图2-7a正方形布桩
4.1.8复合地基基本术语
等边三角形布桩等效圆直径: de=1.05s s为桩间距。
4.1.2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
图2-2 人工地基分类
竖直向增强 体复合地基
4.1.2复合地基分类
2.复合地基中桩的分类 在竖向增强体复合地基中,桩的作用是主要的,而地基处理中
4.1.4复合地基与天然地基和桩基
4.1.4复合地基与天然地基和桩基 1. 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 天然地基——复合地基区别
4.1.4复合地基与天然地基和桩基
2.复合地基与桩基比较 ·
5.掌握各种复合地基的施工要点及质量检测方法。
任务4.1 复合地基方法的选用
任务4.1 复合地基的选用 1 复合地基概念与分类 2 复合地基的作用机理与破坏模式 3 复合地基设计参数 4 复合地基承载力计算 5 复合地基沉降计算
4.1 .1复合地基概念
4.1.1复合地基概念
1.发展概况
复合地基的概念已成为很多地基处理方法的理论分析及公式建
桩中水泥掺入量的大小将直接影响桩体的强度。当掺入量较小时,桩体的 特性类似柔性桩;而当掺入量较大时,又类似于刚性桩。
4.1.3复合地基的选用 1.复合地基常用的形式
4.1.3复合地基的选用
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
图2-3 复合地基常用的形式
长短桩复合 地基
4.1.3复合地基的选用
Ae
3 L2 2
L
L
A
de
L
de 图2-7b正方形布桩
de
图2-7a正方形布桩
4.1.8复合地基基本术语
2. 桩土应力比n
在荷载作用下,设复合地基中桩体的竖向平均应力为σp,桩间土的 竖向平均应力为σs,则桩土应力比n:
n= σp/σs
σp
σ s
图2-8复合地基计算简图
4.1.8复合地基基本术语
4.1 .1复合地基概念
4.1.1复合地基概念
4.1.1复合地基概念
2.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。
复合地基与天然地基同属地基范畴。
复合地基示意图
粉喷桩复合地基
4.1.2复合地基分类
立的基础和根据。它已广泛地运用于如碎石桩、砂桩、水泥土搅
拌桩、旋喷桩和石灰桩等加固地基的理论分析中。
初期
后来
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
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
复合地基组成 天然地基土 土质桩或胶结掺料桩 砂石垫层 基础
4.1.6复合地基作用机理和破坏模式
复合地基破坏模式小结
综上所述,由于复合地基的破坏模式比较复杂,一般可以 认为取决与桩体和桩间土的破坏,其中桩体的破坏特性是主要 的。
散体土类桩复合地基,由于桩和桩间土的模量和破坏时的应 变值等一般相差不大,往往同时进入破坏状态;
水泥土类桩复合地基,水泥土的模量较大,破坏应变较小, 在同等应变条件下,水泥土率先进入破坏状态。
复合地基破坏模式小结
复合地基发生何种破坏模式, 与复合地基的桩型,桩身强度,土 层条件,荷载形式及复合地基上基 础结构的形式有关。 1)对于不同的桩型,有不同的破 坏模式。 2)对于同一桩型,当其桩身强度 不同时,也会有 不同的破坏模式。 3)对于同一桩型,当土层条件不 同时,也将发生 不同的破坏模式。

4.1.6复合地基作用机理和破坏模式
4.1.6复合地基作用机理及破坏模式 2.复合地基桩体破坏模式 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
整体剪切破坏(图2-6c)
(d)滑动破坏(图26d) 如图2-6d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。
4.1.6复合地基作用机理和破坏模式
滑动面
滑动破坏(图2-6d)
4.1.6复合地基作用机理和破坏模式
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)。
4.1.3复合地基的选用
2.复合地基选用原则
复合地基的选用原则如下: (1)水平向增强体复合地基主要用于提高地基稳定性。
(2)散体材料桩复合地基承载力主要取决于桩周土体所能提供的最大侧限力, 因此散体材料桩复合地基适用于加固砂性土地基,对饱和软粘土地基应慎用。
(b)鼓胀破坏(图2-6b) 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。
破坏模式 Fk
鼓胀破坏(图2-6b)
4.1.6复合地基作用机理和破坏模式 鼓胀破坏
4.1.5复合地基应用领域
工业厂房地基
碎石桩复合地基
工 民 建 筑
4.1.5复合地基应用领域
强夯置换复合地基 道路
4.1.5复合地基应用领域
码头 机场
4.1.5复合地基应用领域
水下的碎石桩复合地基
4.1.6复合地基作用机理和破坏模式
4.1.6复合地基作用机理及破坏模式
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。
σp
σs
图2-8复合地基计算简图
4.1.8复合地基基本术语
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