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第三篇复合地基处理方法 均质地基处理方法 复合地基处理方法 软土 按人工地基类型 均质加固部分 第六章复合地基基本理论 一 复合地基的定义与分类 1 定义 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 和增强体两部分组成的人工地基 2 复合地基的分类 复合地基 水平向增强体复合地基 竖向增强体复合地基 加筋土地基 桩体复合地基 桩体复合地基 散体材料桩复合地基 粘结材料桩复合地基 碎石桩 砂桩 矿渣桩 特点 桩身材料无粘聚力 单独不能成桩 需依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体 1 按增强体方向和材料性质分类 粘结材料桩 柔性桩 半 刚性桩 土桩 灰土桩 石灰桩 水泥土搅拌桩 粉体喷射搅拌桩 旋喷桩 CFG桩 树根桩 特点 桩体有较强粘聚力 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 刚度较一般柔性桩大 但明显小于一般混凝土桩 复合地基常用的形式 2 按基础刚度和垫层分类 刚性基础下复合地基 柔性基础下复合地基 无垫层 有垫层 柔性 有垫层 刚性 无垫层 刚性基础与柔性基础下复合地基承载性状不同 柔性基础下复合地基的桩土荷载分担比要比刚性基础下的复合地基小 而其沉降要比刚性基础大 二 复合地基特点及形成条件 1 复合地基特点 1 加固区是由基体和增强体两部分组成 是非均质 各向异性的 区别于均质地基 2 在荷载作用下 基体和增强体共同直接承担荷载的作用 区别于桩基础 2 复合地基的形成条件 形成条件 在荷载作用下 增强体与天然地基土体通过变形协调共同承担荷载作用 刚性基础 Ep Es1 可压缩层Es2 Ep Es1Ep Es2 结论 复合地基 不可压缩层 Ep Es1 分析结果 难以形成复合地基 垫层Es2 Ep Es1Ep Es2 结论 复合地基 相对好土层Es2 最软弱土层 Ep Es1Es2 Es1 根据Ep Es1 Es2之间的大小关系分析判断 复合地基的组成 天然地基土 桩体 砂石垫层 垫层是保证形成复合地基的措施 但不是必要条件 一 作用机理 1 挤密作用砂桩 土桩 石灰桩 碎石桩等在施工过程中 由于振动 挤压 排土等原因 可对桩间土起到一定的密实作用 石灰桩具有吸水 发热和膨胀特性 对桩间土同样起到挤密作用 2 加速固结作用碎石桩 砂桩具有良好的透水性 可以加速地基的固结 水泥土类和混凝土类桩在一定程度上也可以加速地基固结 3 置换作用 三 复合地基作用机理与破坏模式 4 垫层和加筋作用垫层作用主要是指在较厚的软弱土层中 桩体没有打穿该软弱土层 这样 整个复合地基对于没有加固的下卧层起到垫层的作用 经垫层的扩散作用将建筑物传到地基上的附加应力减小 作用于下卧层的附加应力趋于均匀 从而使下卧层的附加应力在允许范围之内 这样就提高了地基的整体抵抗力 减少了沉降 加筋作用主要是指厚度不大的软弱土层 桩体可穿过整个软弱土层达到其下的硬层上面 此时 桩体在外荷载的作用下就会产生一定的应力集中现象 从而使桩间土承担的压力相应减小 其结果与天然地基相比 复合地基的承载力会提高 压缩量会减小 稳定性会得到加强 沉降速率会加快 还可用来改善土体的抗剪强度 加固后的复合桩土层将可以改善土坡的稳定性 这种加固作用即通常所说的加筋作用 二 复合地基破坏模式 破坏过程 1 桩间土首先破坏引起复合地基全面破坏 2 桩体首先破坏引起复合地基全面破坏 3 桩体与桩间土同时发生破坏 1 复合地基置换率 m 桩体横截面积 Ap 与该桩体所承担的加固面积 A 的比值 m Ap A 2 布桩形式与面积置换率的关系 四 复合地基的常用概念 一 面积置换率 二 桩土应力比 1 桩土应力比 n 在某一荷载作用下 单位面积上桩体和土体所受竖向平均应力之比 2 影响桩土应力比的因素 1 荷载水平 2 复合地基面积置换率 m增大 n减小 3 桩土模量比 桩土模量比增大 桩土应力比近于线性增长 4 原地基土强度 原地基土强度越高 n越小 原地基土强度低 n越大 5 桩长 桩土应力比n 随桩长增大而增大 但达到临界值Lc后 n值几乎不再增大 6 时间 n随时间的延续逐渐增大 这是由于桩间土的固结和蠕变使荷载向桩体集中 2020 3 19 17 桩土荷载分担比 桩 土分担荷载的比例 式中Pp 桩承担的荷载 Ps 桩间土承担的荷载 P 总荷载 三 桩土荷载分担比 桩土荷载分担比和桩土应力比的关系 1 已知桩土荷载分担比 2 已知桩土应力比 四 复合模量 定义 复合模量表征复合土体抵抗变形的能力 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 式中Ep 桩体压缩模量 Es 桩间土压缩模量 Esp 复合模量 n 桩土应力比 m 置换率 或 实际工程中 桩的模量直接测定比较困难 实用中可通过假定桩土模量比等于桩土应力比 或者采用复合地基承载力的提高系数计算复合模量 1 桩土应力比等于桩土模量比 式中Es 加固后桩间土模量 桩间土承载力提高系数 则 2 按承载力提高系数计算 式中 承载力提高系数 由 得 从而 五 竖向增强体复合地基承载力 一 复合地基承载力由静载荷试验确定荷载试验的操作与天然地基时相同 当实际基础埋深与和压板差别大时 应作宽 深度修正 二 经验公式估算法竖向增强体复合地基承载力计算通常有两种思路 1 先分别确定桩体的承载力和桩间土承载力 根据一定的原则叠加这两部分承载力得到复合地基的承载力 2 把桩体和桩间土组成的复合地基作为整体来考虑 通过地基滑弧稳定分析法确定复合地基极限承载力 式中ppf 单桩极限承载力 psf 天然地基承载力 K1 反映复合地基中桩体实际极限承载力与单桩极限承载力不同的修正系数 一般大于1 0 K2 反映复合地基中桩间土实际承载力与天然地基极限承载力不同的修正系数 根据具体工程情况确定 可能大于1 0 也可能小于1 0 1 复合地基破坏时 桩体发挥其极限强度的比例 若桩体先达到极限强度继而引起复合地基破坏 则为1 0 若桩间土比桩体先达到极限强度 则小于1 0 2 复合地基破坏时 桩间土发挥其极限强度的比例 一般情况下 复合地基中往往桩体先达到极限强度 其值通常在0 4 1 0之间 m 复合地基面积置换率 1 采用单桩及桩间土承载力计算 桩间土 桩体 式中fspk 复合地基的承载力特征值 fpk 桩体的竖向承载力特征值 fsk 桩间土加固后承载力特征值 桩间土承载力折减系数 若能有效确定复合地基中桩体和桩间土的实际承载力 而且破坏模式是桩体先破坏继而引起复合地基全面破坏 则可采用下式计算 桩间土承载力折减系数 1 桩体承载力特征值的确定a 对粘结材料桩复合地基 桩体承载力特征值可采用类似摩擦桩承载力特征值以及根据桩身材料强度分别计算 取小值 式中 桩端天然地基土的承载力折减系数 不同的桩取值不同 li 按土层划分的各段桩长 对柔性桩 桩长大于临界桩长时 计算桩长取临界桩长值 桩身强度折减系数 0 2 0 33 2 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 式中Kp 桩体材料的被动土压力系数 ru 桩间土能提供的侧向极限应力 计算桩侧土体所能提供的最大侧限力常用如下方法 Brauns 1978年 计算式 圆筒形孔扩张理论 Hughes和Withers 1974 计算式 WongH Y 1975 计算式 被动土压力法等 复合地基承载力汇总 2 将桩体和桩间土组成的复合地基作为整体考虑 常用稳定分析法计算 圆弧分析法中 假设的滑弧常经过加固区和未加固区 地基的强度应分区计算 未加固区采用天然土体强度指标 加固区采用复合土体综合强度指标 也可分别采用桩体和桩间土的强度指标计算 六 复合地基沉降计算