3章-复合地基

6）复合地基承载力 -- 现场载荷试验 ；
-- 计算： fsp,k m f p,k 1 m fs,k
小型工程的粘性土地基：
f sp,k 1 mn 1 f s,k f sp,k 1 mn 13 sv
n -- 桩土应力比 。无实测资料时可取2~4，原土强度低取大值，反之
2）粘结材料桩 – *柔性桩复合地基（土桩、灰土桩、水泥土桩….） *“刚性”桩复合地基（水泥粉煤灰碎石桩 –CFG桩）
3.2.1碎石桩
以块石、卵石等粗粒材料组成的“桩体”（竖向增强体）， 并与原地基土共同构成复合地基。
地基土体的承载力及沉降变形状况明显改善。 是典型的 “散体材料桩” 。 适用于 -- 处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土地基。
— 桩间土承载力折减系数，？？？；
Ra — 单桩竖向承载力特征值 kN ；
Ap — 桩体截面积 m2 。
对于小型工程的粘性土地基如无现场载荷试验资料：
fsp,k 1 m n 1 fs,k
fsp,k 1 mn 1 3sv
sv —桩间土十字板抗剪强度，
(2) 将“桩体”和“桩间土”作为整体考虑，确定极限承载力
（1）沉降折减系数法
假设：地基土各向同性； 刚性基础； 桩体长度已达到有支承能力的硬土层。
复合地基的最终沉降量为：
ssp ss
s s — 不加固情况下的地基沉降量；
一 沉降折减系数，
-- 地基处理后的最终沉降量与处理前的沉降量之比。


1
1
m n
1
(2)复合模量法
散体材料桩，柔性桩复合地基 复合模量法计算最终沉
-- 数值上为某一应力水平时的地基应力与相对变形之比。
计算： “桩体 ”和“桩间土 ”抗变形能力的某种“叠加”。 Esp mE P (1 m)Es Esp [1 m(n 1)]Es
计算条件：基础为绝对刚性体； 桩端置于坚硬土层； 桩体不发生刺入变形。
实际工程中，桩体模量不易直接测定。
降量。
处理后的地基视为复合土体，计算复合压缩量：
n
s
i1
pi Ecs i
Hi
pi — 第 i层复合土层的附加应力增量； H i — 第 i 层复合土层的厚度； Ei — 第 i 层复合土层的压缩模量，采用面积加权平均法计算；
Ei mE P (1 m)ES
EP - 桩体压缩模量；
p — 复合地基上的平均荷载密度；
P — 应力集中系数；
P

1
n
mn
1
若，桩侧摩擦力平均分布、桩端承载力密度为 pb0 ， 则，桩身压缩量为：
s P p pb0 l
2EP
l — 桩身长度，等于加固区厚度；
EP — 桩身压缩模量 MPa。
3.1.6 复合地基抗滑稳定计算
（1）综合抗剪强度法 复合土层的抗剪强度分别由桩体和原土两部分组成，可按面 积加权计算；
即桩体截面积之和与复合地基总面积之比。
等边三角形布桩 m d 2 / 2 3s 2
正方形布桩
m d2 / 4s2
矩形布桩
m d 2 / 4 s1s2
式中： s — 等边三角形、正方形布桩时的桩间距；
s1, s2 — 矩形布桩时的行间距和列间距；
d — 桩体直径。
（2） 桩、土应力比 反映桩、土荷载分担情况的基本参数之一。
第三章 复合地基
3.1 基本理论及有关的计算问题
3.1.1 复合地基的定义与分类 地基土层中设置 -- 非刚性“桩”体， 相对较好的桩体材料“置换”较弱的地基土 竖向增强体与地基土 -- 共同承担基础荷载。
竖向增强体复合地基 -- “桩”体复合地基。
工程中常用的“桩”体 – 碎石桩、砂桩、土桩、灰土桩、水泥土桩、石灰桩及水泥粉
2) 将“桩体”和“桩间土”作为整体考虑 -- 极限承载力。
(1) 根据“桩体”、“桩间土”的承载力，按面积置换原理叠 加计算
*散体材料，桩身强度较低的柔性复合地基：
f sp,k m f p,k 1 m f s,k
*桩身强度较高的柔性桩、刚性桩复合地基：
f sp,k m (Ra / Ap ) 1 m f s,k
（2） 复合地基的 “垫层” 作用
当桩体未透较厚的软弱土层时： 垫层作用 -- 荷载应力向四周扩散； 应力分布趋于均匀。
（3）“桩体” 的破坏形式 (a)刺入 -- 当桩体长度大于临界长度（约为桩径的4倍），
发生刺入破坏的可能性极小； (b)剪切 --只要基础底面不是太小或桩周土上有足够大的边载 约束，便不会发生剪切破坏； (c)鼓出 -- 桩体破坏的主要形式。
假定：桩土模量比等于桩、土应力比，
按地基承载力提高系数 ζ 计算复合模量。
Esp Es
f sp,k / f s,k
3.1.4 复合地基的承载力
复合地基承载力-- “桩体” 承载力 地基土承载力
复合地基的竖向承载力 -- 现场载荷试验确定。 以下两种思路分析计算：
1)根据“桩体”、“桩间土”的承载力，按面积置换原理 叠加计算;
按成桩施工方法的不同，碎石桩法分为：
振冲碎石桩法、 干振挤密碎石桩法、 沉管碎石桩法、 沉管夯扩碎石桩法、 强夯置换碎石桩法。
（1）碎石桩的应力-形变作用机理 a） 桩体的“应力集中”作用 桩体穿透软弱土层打入相对硬层：
桩体的压缩模量 ＞ 桩间土，桩、土的等量变形； 荷载应力集中到桩体上 桩间土附加应力相对减小。 与原地基相比 -- 承载力明显增高，压缩性显著降低。 b）复合地基的 “垫层” 作用 桩体未透较厚的软弱土层 -- “垫层”, 应力扩散、分布均匀。 c）碎石桩体的“排”水作用 碎石桩体 -- 良好的渗透性能。
试验测定的压缩模量 ES 估算：
ES /

1 2
1 2
ES
*振冲置换碎石桩加固处理的复合地基沉降模量，可按下式计算；
ESP' EP'm 1 m ES'
ESP' 1 mn 1 ES'
EP' 、ES '一分别为桩体和原土的沉降模量 ； m 一面积置换率；
ZiCi Zi1Ci1
计算式：第一部分为加固区的最终沉降量； 第二部分为下伏天然土层的最终沉降量。
(b)碎石桩体达到相对硬层：
SSP

p0 ESP '
n i1
ZiCi Zi C 1 i1

（4）桩身压缩量法
复合地基中，桩体分担的荷载为：
pP P p
SSP 1 mCu m SP cos
SP —桩体的抗剪强度（计算方法见教材）； Cu —桩间土不排水抗剪强度；
—滑弧切线与水平线的夹角。
（2）综合抗剪指标法
复合土层的抗剪指标、按下式计算：
CSP 1 CS SP tanP 1 tanS
Cs、 s -- 原土的抗剪指标；
式中：PP —桩体承担的荷载； PS —桩间土承担的荷载； P —总荷载。
在平均面积置换率已知的条件下，桩、土荷载分担比和 桩土应力比可以相互表示。
p Pp / P mn / 1 mn 1
S PS / P 1 m / 1 mn 1
（4） 复合模量 Esp 复合地基土体抵抗荷载作用变形的能力。
根据设计要求的复合地基承载力及压缩模量 反算推求桩间距的理论值； 然后参照该地区已有的工程经验加以调整。
4）桩长 垫层底面以下的实际长度。 ①相对硬层的埋深不大 按其埋深确定桩长； ②相对硬层埋深较大 按建筑物地基的变形允许值确定桩长； ③液化地基 -- 桩长应按设计要求的抗震处理深度确定。
一般不宜短于4m。 桩体全部制成后，将桩体顶段1m左右挖去，铺30~50cm厚的碎石 褥垫层，压实整平后再做基础。 5）桩体材料 含泥量不大的碎石、卵石、角砾、圆砾等硬质材料。 容许最大粒径不大于80mm。常用粒径 20~50mm。
有利于附加（超）孔隙水消散、有效应力增加， 土体强度和抗液化性能显著改善。
（2）设计与计算
1）处理范围 基础外缘应设置1~2排桩； 对于液化地基，基础外缘至少应设置2~4排桩体。
2）桩体布置形式 大面积满堂处理 独立或条形基础
等边三角形布置； 正方形、矩形或等腰三角形布置。
3）桩间距 桩间距 1.5 ~ 2.5m。 地区工程经验～理论计算:
C
、
p

--
p
桩体的抗剪指标，C
p
0；
-- 与桩体应力集中系数及面积置换率有关的系数。
mP
（ P 应力集中系数）
已知 C SP、SP 常规的稳定分析方法计算抗滑安全系数；
根据设计要求的安全系数 反求需要的取值。
3.2 复合地基的主要工程技术
1）散体材料桩 -- 桩周土的约束作用 （碎石桩、砂桩 …）
取小值； sv -- 桩间土十字板抗剪强度，可用处理前地基土的十字板抗剪强度
代替。
7）复合地基的压缩模量
Esp [1 m(n 1)]Es
8）填料总量
V NVpl l - 桩长；
V p - 每米桩体所需的填料量；
-富余系数，一般=1.1~1.2；
pc f K11 m p p f K22 (1 m) ps f
p p f — 桩体极限承载力； ps f — 天然地基极限承载力； 1, 2 — 复合地基破坏时，桩体及桩间土极限强度发挥度； K1, K2 — 桩体及桩间土实际极限承载力的修正系数。
若 -- 能确定“桩体”和“桩间土”的实际极限承载力； 破坏模式是桩体先破坏引起复合地基全面破坏。
煤灰碎石桩ห้องสมุดไป่ตู้。
（1）散体材料桩 -- 依靠桩周土的约束作用 （碎石桩、砂桩 等）
（2）粘结材料桩 – *柔性桩复合地基（土桩、灰土桩、水泥土桩、石灰桩 等） *“刚性”桩复合地基（水泥粉煤灰碎石桩 –CFG桩）
3.1.2 复合地基的应力-形变作用机理
（1） 桩体的 “应力集中” 作用
当桩体穿透软弱土层打入相对硬层时： 由于，桩体的压缩模量 ＞ 桩间土， 因此，荷载应力随桩、土的等量变形 集中到桩体上 ， 桩间土的附加应力相对减小。 应力集中作用 复合地基的承载力 ＞ 原地基； 压缩性 ＜ 原地基。
则计算式可简化为：
pc f m pp f (1 m) ps f
m — 复合地基面积置换率；
— 桩体破坏时，桩间土极限强度发挥度。
3.1.5 复合地基的沉降变形
复合地基的沉降变形总量 – 加固区压缩量+下卧层压缩量
s s1 s2
其中，下卧层压缩量 - - 分层总和法计算； 加固区压缩量 -- 计算方法主要有以下四种：
n —桩土应力比，可用3~5，原土强度低取低值，反之取高值。
已知复合地基的沉降模量，按分层总和法分以下两种情况计 算最终沉降量:
(a)碎石桩体未达到相对硬层：
nL
SSP
i1
p0 ESP ' i
ZiCi Zi1Ci1
n

p0
E ' inL 1 S i
- - “桩体顶面应力σP与桩间土表面应力σS之比”
n p / s
桩顶平均应力与桩间土平均应力之比 “平均桩、土应力比”。
“桩、土应力比”与桩体材料、桩长、面积置换率有关。 *与桩体材料刚度及桩长成正比； *与面积置换率成反比。
（3）桩、土的荷载分担比
“桩体 ”、“桩间土”分别承担总荷载的比例 p 、 S 。 p Pp / P S PS / P
ES - 桩间土压缩模量；
m - 面积置换率。
（3） 沉降模量法
地基土载荷试验 沉降模量：
E
/ S

p/ n
p — 单位面积荷重：
n— 沉降比，
n S /b
S 一承压板的沉降量；
b 一承压板的宽度；
土的沉降模量 不是一个常数，可将荷载试验资料整理成 ~ 曲线， 从中确定 E值。
*若无载荷试验资料，对于大面积加固处理，可用室内常规压缩
随深度增大 -- 产生塑性鼓出的可能性变小， 桩体上部易鼓出破坏。
现有的设计理论 --以鼓出破坏形式
为基础。
(a)
(b)
(c)
3.1.3 复合地基理论计算中的几个基本问题
（1） 面积置换率 “桩体 ” (竖向增强体) 截面积 AP 与其所承担的地基加固 面积 Ae 的比值。
m AP Ae
实际工程中 -- 常不能在整个地基中均匀布桩 因此 --“平均面积置换率”，