基础工程复合地基理论课件

华东交通大学土木建筑学院课程团队：徐长节、胡文韬、耿大新、可文海、陈丹华基础工程学国家精品在线开放课程申报6复合地基理论主讲人——可文海本节脉络复合地基概述复合地基关键设计参数复合地基的设计复合地基承载力计算复合地基沉降计算复合地基稳定性分析学术前沿简介复合地基的定义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体，由天然地基土体和增强体两部分组成共同承担荷载的人工地基。复合地基的作用1.增加地基土的剪切强度2.降低地基土的压缩性3.改善地基的透水特性4.改善动力特性5.改善特殊土的不良地基的特性复合地基的分类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竖直向增强体复合地基人工地基分类换土垫层法（水平向增强复合地基）

砂垫层换土垫层法是挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗料径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。换填的材料主要有砂、碎石、高炉干渣和粉煤灰等，应具有强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性等良好的工程特性。

换填垫层法设计的主要指标是垫层厚度和宽度，一般可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算方法进行设计。竖向向增强复合地基竖向复合地基桩体基体当天然地基松散土厚度过大，如果采用换垫层处理则需要设置过深的厚度，这样造成施工困难，也不经济。这时可采用竖向增强复合地基。竖向增强复合地基往往通过不同的施工方法在天然地基中打入桩，挤密周围土体，提高周围土体承载力，而桩本身也会进行承载，这类方法也被称为挤密法。竖向增强复合地基中，竖向增强体被称为桩体，桩间土体被称为基体。为何选用复合地基复合地基的独有优势造价工期充分利用浅层土强度a.桩基础b.复合地基由桩体承担荷载基体和增强体共同承担荷载垫层承台复合地基适用范围深层搅拌桩复合地基可用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、素填土、软塑～可塑黏性土、松散～中密粉细砂、稍密～中密粉土、松散～稍密中粗砂及黄土等地基。当地基土的天然含水量小于30％或黄土含水量小于25％时，不宜采用喷粉搅拌法。高压旋喷桩复合地基适用于处理软塑～可塑的黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。当土中含有较多大直径块石、大量植物根茎或有机质含量较高时，不宜采用。复合地基适用范围灰土挤密桩复合地基

适用于填土、粉土、粉质黏土、湿陷性黄土和非湿陷性黄土、黏土以及其他可进行挤密处理的地基。夯实水泥土桩复合地基

适用于处理深度不超过10m，在地下水位以上为黏性土、粉土、粉细砂、素填土、杂填土等适合成桩并能挤密的地基。石灰桩复合地基

适用于处理饱和黏性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等土层；用于地下水位以上的土层时，应根据土层天然含水量增加掺和料的含水量并减少生石灰用量，也可采取土层浸水等措施。复合地基适用范围挤密砂石桩复合地基适用于处理松散的砂土、粉土、粉质黏土等土层，以及人工填土、粉煤灰等可挤密土层。置换砂石桩复合地基适用于处理饱和黏性土地基和饱和黄土地基，可按施工方法分为振动水冲（振冲）置换碎石桩复合地基和沉管置换砂石桩复合地基。强夯置换墩复合地基适用于加固高饱和度粉土、软塑～流塑的黏性土、有软弱下卧层的填土等地基。复合地基适用范围刚性桩复合地基适用于处理黏性土、粉土、砂土、素填土和黄土等土层。对淤泥、淤泥质土地基应按地区经验或现场试验确定其适用性。长-短桩复合地基适用于深厚淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、湿陷性黄土、可液化土等土层。桩网复合地基适用于处理黏性土、粉土、砂土、淤泥、淤泥质土地基，也可用于处理新近填土、湿陷性土和欠固结淤泥等地基。CFG桩复合地基CFG桩复合地基是水泥粉煤灰碎石桩的简称，也是复合地基的代表。它由水泥、粉煤灰、碎石加水拌和形成高粘结强度桩，其中碎石为骨料，石屑为细骨料，水泥做粘结剂。CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。CFG桩复合地基示意图CFG桩复合地基现场图关键设计参数复合地基面积置换率

竖向增强体复合地基中，竖向增强体习惯上称为桩体，基体即为桩间土体。若桩体的横截面面积为Ap，该桩体所承担的加固面积为Ae，则复合地基面积置换率的定义为：

实际工程中，由于地基土性质的变化、上部结构荷载的不均匀性以及基础平面尺寸等因素的影响，不可能在整个基础下都是等间距布桩。对只在基础下布桩的复合地基，桩的截面面积之和与基础总面积相等的复合土体面积之比，称为平均面积置换率。关键设计参数复合地基面积置换率

桩体在平面上的布置形式最常用的有三种：等边三角形布置、正方形布置和矩形布置。当采用直径为d的圆柱形桩体时，复合地基面积置换率为：关键设计参数复合地基桩土应力比

对某一复合土体单元，在荷载作用下，假设桩顶应力为σp

，桩间土表面应力为σs

，桩土应力比为：关键设计参数

实际工程中，即使是单一桩型的复合地基，由于桩处在基础下的部位不同或桩距不同，桩土应力比也不同。将基础下桩的平均桩顶应力与桩间土平均应力之比定义为平均桩土应力比。一般情况下，桩土应力比与桩体材料、桩长、面积置换率有关。其他条件相同时，桩体材料刚度越大，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。关键设计参数复合模量

复合压缩模量表示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。通常复合压缩模量可用桩抵抗变形能力与桩间土抵抗变形能力的某种叠加来表示。关键设计参数

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=mEp+(1-m)Es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。复合地基承载力计算在工程应用中，复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定。由理论公式确定复合地基承载力，目前主要有两种计算模式：第一种是将复合地基作为整体来考虑，这方面的研究成果不多；第二种是分别确定桩体和土的承载力，然后按一定的原则将这两部分承载力叠加得到复合地基的承载力。复合束地基稼承载蹲力计淹算承载力计能算《复合浑地基技投术规程塑》中即乓采用了葵第二种婶计算方习法，公填式如下暗：fsp遍k=kpλpmRa/Ap+ksλs(1-部m)斤fsk式中：Ap—单桩截面蚁积Ra—单桩竖向顺抗压承载犬力特征值fsk—地基承带载力特钞征值m—置换皆率λp—桩体兰抗压艘承载失力发午挥系因数λs—桩间阴土承绘载力垂发挥笋系数沉降里计算断方法复合地侵基的沉明降由垫束层压缩宽变形（切量值较劳小一般乳可忽略硬）加固续区复合预土层压耍缩变形翁量与加暴固区下低卧土层梦压缩变滤形量构成。复合地基吃承载力沉钟降值可按汁照下式估件算：S=姑S1含+S逢2式中：S1—复合地基逮加固区复充合土层压厘缩变形量。S2—加固区下甲卧土层压妇缩变形量。复合地基沉降加固区面沉降量把S1的总计算—纹复合模骨量法Esp—复合附土层军的压像缩模纵量（MPa）；a—系数千，可虾取1.旱1～1.3，成骄孔对淹桩周挖土挤括密效碎应好讽或置焦换率青大时饱取高携值：n—桩土应跪力比，训可取3～4，长电桩取蚂大值彻。Es窗—天然上眨的压缩宜模量（MP腾a）。Espi—第i层土的复毁合模量△pi—第i层土薯的平聚均附率加应坚力△Hi—第i层土的单厚度桩端以馆下压缩互区沉降值量S2县的计算m—桩端平矿面以下标压缩层寻范围内秃土层总长数。Esj,客i—桩端平右面下第栽j层土绪第i个番分层在范自重应宿力至自搅重应力争加附加脾应力作私用段的酒压缩模岩量。n—第j层土寨的计算分结层数。hj,i—第j层洁土第i钳个分层凝厚度σj,i—第j杀层土灶第i制个分俭层土岭的竖惭向附动加应破力复合喇地基酿理论昨的不闲足复合模量井法公式的传前提是桩土压缩捆量相等，这匙对桩牌土相倒对刚姨度较承大的邻复合票地基姐不实朽用。鹅简而恶言之蔬，该里计算阳方法晃不适抽用于刚性舌桩复御合地如基部踢分，但可进翁行柔性桩贡段的计算阻。稳定性武分析稳定应性分窝析复合狱地基窄应采前用圆堪弧滑乳动总督应力湾法进拣行稳待定性梢分析低：K=Ts/饿Tt式中魄：Ts—最危恶险滑有动面个上的萝总抗剪切力。Tt—荷载狸标准责组合串对应贩最危盟险滑