第三章

復(fù)合地基理論

復(fù)合地基是指由兩種剛度（或模量）不同的材料（樁體和樁間土）組成，共同承受上部荷載并協(xié)調(diào)變形的人工地基。根據(jù)樁體材料的不同，復(fù)合地基的分類(lèi)如下。第三章復(fù)合地基理論13第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件23.1復(fù)合地基作用機(jī)理與破壞模式一、作用機(jī)理1、樁體作用復(fù)合地基是樁體與樁間土共同工作，由于樁體的剛度比周?chē)馏w大，在剛性基礎(chǔ)下等量變形時(shí)，地基中應(yīng)力將重新分配，樁體產(chǎn)生應(yīng)力集中而樁間土應(yīng)力降低，這樣復(fù)合地基承載力和整體剛度高于原地基，沉降量有所減少。

2、加速固結(jié)作用碎石樁、砂樁具有良好的透水特性,可加速地基的固結(jié)。另外,水泥土類(lèi)和混凝土類(lèi)樁在某種程度上也可加速地基固結(jié)。

3、擠密作用砂樁、土樁、石灰樁、碎石樁等在施工過(guò)程中由于振動(dòng)、擠壓、排土等原因，可對(duì)樁間土起到一定的密實(shí)作用。另外，采用生石灰樁，由于生石灰具有吸水、發(fā)熱和膨脹等作用，對(duì)樁間土同樣起到擠密作用。

3.1復(fù)合地基作用機(jī)理與破壞模式3

4、加筋作用各種復(fù)合地基除了可提高地基的承載力和整體剛度外，還可用來(lái)提高土體的抗剪強(qiáng)度，增加土坡的抗滑能力。二、破壞模式

復(fù)合地基的破壞形式可分為三種情況：第一種是樁間首先破壞進(jìn)而發(fā)生復(fù)合地基全面破壞；第二種是樁體首先破壞進(jìn)而復(fù)合地全面破壞；第三種是樁體和樁間土同時(shí)發(fā)生破壞。在實(shí)際工程中，第一、第三種情況較少見(jiàn)，一般都是樁體先破壞、繼而引起復(fù)合地基全面破壞。復(fù)合地基破壞的模式可分成以下4種形式：刺入破壞、鼓脹破壞、整體剪切破壞和滑動(dòng)破壞，參見(jiàn)圖3.1-1。（1）刺入破壞模式見(jiàn)圖3.1-1（a）。樁體剛度較大，地基土強(qiáng)度較低的情況下較易發(fā)生樁體刺入破壞。樁體發(fā)生刺入破壞后，不能承擔(dān)荷載，進(jìn)而引起樁間土發(fā)生破壞，導(dǎo)致復(fù)合地基全面破壞。剛性樁復(fù)合地基較易發(fā)生這類(lèi)破壞。

4、加筋作用43第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件5

（2）鼓脹破壞模式見(jiàn)圖3.1-1(b)。在荷載作用下，樁間土不能提供足夠的圍壓來(lái)阻止樁體發(fā)生過(guò)大的側(cè)向變形，從而產(chǎn)生樁體的鼓脹破壞。樁體發(fā)生鼓脹破壞引起復(fù)合地基全面破壞。散體材料樁復(fù)合地基較易發(fā)生這類(lèi)破壞。在一定的條件下，柔性樁復(fù)合地基也可能產(chǎn)生這類(lèi)型式的破壞。

（3）整體剪切破壞模式見(jiàn)圖3.1-1（c）。在荷載作用下，復(fù)合地基產(chǎn)生圖中所示的塑性區(qū)，在滑動(dòng)面上樁體和土體均發(fā)生剪切破壞。散體材料樁復(fù)合地基較易發(fā)生這類(lèi)型式的整體剪切破壞，柔性樁復(fù)合地在在一定條件下也可能發(fā)生這類(lèi)破壞。

（4）滑動(dòng)破壞模式見(jiàn)圖3.1-1（d）。在荷載作用下，復(fù)合地基沿某一滑動(dòng)面產(chǎn)生滑動(dòng)破壞。在滑動(dòng)面上，樁體和樁間土均發(fā)生剪切破壞。各種復(fù)合地基都可能發(fā)生這類(lèi)型式的破壞。

（2）鼓脹破壞模式見(jiàn)圖3.1-1(b)。在荷載作用下6

在荷載作用下，復(fù)合地基發(fā)生何種模式破壞，影響因素很多，主要有：（1）對(duì)不同的樁型，有不同的破壞模式。如碎石樁易發(fā)生鼓脹破壞，而CFG樁易發(fā)生刺入破壞。（2）對(duì)同一樁型，當(dāng)樁身強(qiáng)度不同時(shí)，也會(huì)有不同的破壞模式。對(duì)水泥攪拌樁，當(dāng)水泥摻入量較小時(shí)（

w=5%），易發(fā)生鼓脹破壞；當(dāng)

w=15%時(shí)，易發(fā)生整體剪切破壞；當(dāng)

w=25%時(shí)，易發(fā)生刺入破壞。（3）對(duì)同一樁型，當(dāng)土層條件不同時(shí)，也將發(fā)生不同的破壞模式。當(dāng)淺層存在非常軟的粘土?xí)r，碎石樁將在淺層發(fā)生剪切或鼓脹破壞，見(jiàn)圖3.1-2(a)；當(dāng)較深層存在有局部非常軟的粘土?xí)r，碎石樁將在較深層發(fā)生局部鼓脹，見(jiàn)圖3.1-2(b)；對(duì)較深層存在有較厚非常軟的粘土情況，碎石樁將在較深層發(fā)生鼓脹破壞，而其上的碎石樁將發(fā)生刺入破壞，見(jiàn)圖3.1-2(c)。在荷載作用下，復(fù)合地基發(fā)生何種模式破壞，影響因素很7

83.2復(fù)合地基的應(yīng)力特性一、復(fù)合地基的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)研究復(fù)合地基時(shí)，是在眾多根樁所加固的地基中，選取一根樁及其影響的樁周土所組成的單元體作為研究對(duì)象。若樁體的橫截面積為Ap，該樁體所承擔(dān)的復(fù)合地基面積為A，則復(fù)合地基置換率為：m=Ap/A

樁體在平面的布置形式通常有兩種，即等邊三角形和正方形布置。但也有的布置成網(wǎng)格狀，將增強(qiáng)體制成連續(xù)墻形狀。三種布置形式見(jiàn)圖3.2-1。

對(duì)正方形布置和等邊三角形布置，若樁體直徑為d，樁間距為l，則復(fù)合地基置換率分別為：

3.2復(fù)合地基的應(yīng)力特性93第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件10對(duì)正方形布置和靠邊三角形布置，若樁體直徑為d，樁間距為l，則復(fù)合地基置換率分別為：

正方形布置

等邊三角形布置對(duì)網(wǎng)格狀布置，若增強(qiáng)體間距分別為a和b，增強(qiáng)體寬為d，則置換率為：

對(duì)正方形布置和靠邊三角形布置，若樁體直徑為d，樁間距為l，11二、樁土應(yīng)力比樁土應(yīng)力比是復(fù)合地基的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它關(guān)系到復(fù)合地基承載力和變形的計(jì)算。影響樁土應(yīng)力比的因素很多，如荷載水平、樁土模量比、復(fù)合地基面積置換率、原地基土強(qiáng)度、樁長(zhǎng)、固結(jié)時(shí)間和墊層情況等。（一）影響因素1、荷載水平樁土應(yīng)力比n與荷載大小存在著一定的關(guān)系，見(jiàn)圖3.2-2。在荷載作用初期，荷載通過(guò)地基與基礎(chǔ)間的墊層比較均勻地傳遞給樁和樁間土，然后隨著荷載的逐漸增大，復(fù)合地基的變形隨之增大，地基中的應(yīng)力逐漸向樁體集中，因此，在p-n曲線上表現(xiàn)為樁土應(yīng)力比n隨著荷載的增大而增大。但隨著荷載的逐漸增大，往往樁體首先進(jìn)入塑性狀態(tài)，樁體變形加大，樁上應(yīng)力就會(huì)逐漸向樁間土轉(zhuǎn)移，樁土應(yīng)力比減少，直到樁和樁間土共同進(jìn)入塑性狀態(tài)，趨于某一值。

二、樁土應(yīng)力比122、樁土模量比

圖3.2-2淤泥—石灰樁的應(yīng)力比荷載曲線

圖3.2-3樁土應(yīng)力比n與模量比

Ep/Es的關(guān)系曲線2、樁土模量比13

樁土模量比Ep/Es對(duì)應(yīng)力比n的大小有重要影響。隨著樁土模量比的增大，樁土應(yīng)力比近于呈線性增長(zhǎng)，見(jiàn)圖3.2-3。3、復(fù)合地基面積置換率圖3.2-4為國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)有限單元法分析得到的復(fù)合地基置換率m與應(yīng)力比n的關(guān)系。由圖可以看出，m增大，n減少。國(guó)外學(xué)者的研究成果也有類(lèi)似的結(jié)論。

樁土模量比Ep/Es對(duì)應(yīng)力比n的大小有重要影響144、原地基土強(qiáng)度由于原地基土的強(qiáng)度大小直接影響樁體的強(qiáng)度和剛度，因此即使是同一類(lèi)樁，對(duì)不同的地基土，也將會(huì)有不同的樁土應(yīng)力比。一般原地基土強(qiáng)度低，復(fù)合地基樁土應(yīng)力比就大；而原地基土強(qiáng)度高，則其樁土應(yīng)力比就小。5、樁長(zhǎng)由圖3.2-5可見(jiàn)，樁土應(yīng)力比隨樁長(zhǎng)L增大而增大，但當(dāng)樁長(zhǎng)達(dá)到某一值后，n值幾乎不再增長(zhǎng)。即存在一個(gè)臨界樁長(zhǎng)Le，當(dāng)L>Le

后，再增大樁長(zhǎng)也無(wú)助于提高本身的承載力。臨界樁長(zhǎng)的大小，與復(fù)合地基類(lèi)型、樁徑、土質(zhì)、荷載大小與基礎(chǔ)寬度等一系列因素有關(guān)。

4、原地基土強(qiáng)度153第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件16

6、時(shí)間在荷載作用下，樁間土?xí)a(chǎn)生固結(jié)和蠕變，樁間土的固結(jié)和蠕變會(huì)使荷載向樁體集中，導(dǎo)致應(yīng)力比n隨時(shí)間的延續(xù)逐漸增大，見(jiàn)圖3.2-6（韓杰、葉書(shū)麟，1993）。

（二）應(yīng)力比計(jì)算公式

由于影響復(fù)合地基應(yīng)力比的因素很多,目前還沒(méi)有一個(gè)完善的計(jì)算模式。但國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合地基應(yīng)力比n的計(jì)算公式有很多,主要包括以下幾種：1、模量比公式假定在剛性基礎(chǔ)下，樁體和樁間土的豎向應(yīng)變相等,即

p=

s。于是,樁體上豎向應(yīng)力

p=Ep·

p，樁間土上豎向應(yīng)力

s=Es·

s，樁土應(yīng)力比n的表達(dá)式為：n=

p/

s=Ep/Es(3.2-1)式中：Ep、Es——分別為樁和樁間土的壓縮模量。圖3.2-4復(fù)合地基置換率m與應(yīng)力比n的關(guān)系圖3.2-5樁的長(zhǎng)徑比L/d與樁土應(yīng)力比n的關(guān)系曲線

173第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件183第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件193第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件203.3復(fù)合地基承載力

一、散體材料樁樁體承載力計(jì)算

散體材料樁在承受荷載時(shí)，將對(duì)樁周土產(chǎn)生水平方向的側(cè)擠力，一旦側(cè)擠力超過(guò)樁周土的側(cè)限阻力，樁體將發(fā)生破壞。因此，樁周土可能發(fā)揮的側(cè)限能力決定了散體材料樁的極限承載力。目前確定樁體承載力的方法除了荷載試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算圖表外，還有很多計(jì)算公式。這些公式基本上是根據(jù)鼓脹破壞模式推導(dǎo)出來(lái)的，主要有以下幾種：1、側(cè)向極限應(yīng)力法

散體材料樁在荷載作用下，樁體發(fā)生鼓脹，樁周土進(jìn)入塑性狀態(tài)，由側(cè)向極限應(yīng)力即可算出單樁極限承載力。側(cè)向極限應(yīng)力法的一般表達(dá)式如下：

3.3復(fù)合地基承載力213第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件223第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件233第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件243第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件253第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件263第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件273第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件283第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件293第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件30四、復(fù)合地基承載力*1、復(fù)合求和法*復(fù)合求和法的計(jì)算公式根據(jù)狀的類(lèi)型不同有差異：（1）散體材料樁復(fù)合地基——三種計(jì)算公式：A.B。C。式中fsp,k、fp,k、fs,k分別為復(fù)合地基、樁體和樁間土承載力特征值；m為樁土面積置換率，n為樁土應(yīng)力比。四、復(fù)合地基承載力*1、復(fù)合求和法*31（2）柔性樁復(fù)合地基承載力式中：β—樁間土承載力折減系數(shù)，對(duì)摩擦型樁取β

=0.5~1.0,對(duì)摩擦支承型樁取β

=0.1~0.4。（3）對(duì)剛性樁復(fù)合地基：兩種計(jì)算公式（2）柔性樁復(fù)合地基承載力323第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件333第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件343第三章復(fù)合地基+重點(diǎn)課件