1、第15章 多元復(fù)合地基法Chapter 15 Multi-element Composite Foundation,回顧與復(fù)習(xí)（Review）,復(fù)合地基的定義：是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體或被改良的天然地基土體）和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。復(fù)合地基較天然地基的承載力提高，沉降減小。,復(fù)合地基分類,復(fù)合地基根據(jù)地基中增強(qiáng)體的方向可分為豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基 和水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基 兩類。豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基又稱為樁體復(fù)合地基。 豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基根據(jù)增強(qiáng)體性質(zhì)又可分為散體材料樁 復(fù)合地基、柔性樁 復(fù)合地基和剛性樁 復(fù)

2、合地基。,本章要學(xué)習(xí)的內(nèi)容Main Contents in This Chapter,一、概述 二、多元復(fù)合地基的定義及分類 三、多樁型復(fù)合地基法 四、雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基法,15.1 概述,鑒于水平向增強(qiáng)體、豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基中的三種類型樁（即散體材料樁、柔性樁和剛性樁）的承載能力和變形特性不同，且由于每種地基處理方法都不是萬能的，每種地基處理方法都有其適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，可將水平向增強(qiáng)體、或豎向增強(qiáng)體中的三種類型樁中的兩種甚至三種樁綜合應(yīng)用于加固軟土地基，形成多元復(fù)合地基，以充分發(fā)揮水平向增強(qiáng)體以及各樁型的優(yōu)勢，大幅度地提高地基承載力，減小地基沉降，從而取得良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。,15.2

3、 多元復(fù)合地基的定義及分類15.2 Definition and Classification of Multi-element Composite Foundation,一、定義 多元復(fù)合地基是指由水平向增強(qiáng)體、豎向增強(qiáng)體中的剛性樁、柔性樁、散體材料樁中的兩種或兩種以上的增強(qiáng)體，采取不同的組合方式對天然地基加固所形成的復(fù)合地基。 二、分類 主要分為三大類： （1)多樁型復(fù)合地基 （2)雙向單樁型復(fù)合地基 （3)雙向多樁型復(fù)合地基,在多樁型復(fù)合地基中，可將樁身強(qiáng)度較高的樁稱為主樁，將強(qiáng)度較低的樁稱為次樁?？蓪⒍鄻缎蛷?fù)合地基分為兩類：在第一類多樁型復(fù)合地基中，主樁作用為主，次樁為輔；在第二類多樁

4、型復(fù)合地基中，主樁的數(shù)量較少，僅布置在節(jié)點(diǎn)或荷載較大處，其主要目的是減小沉降，地基承載力提高主要依靠次樁的置換作用。,三、多樁型復(fù)合地基,雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基由水平向的增強(qiáng)體和豎向的增強(qiáng)體與天然地基土體共同組成。在雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基中，如果豎向的增強(qiáng)體只有一種樁型，那么可稱之為雙向單樁型復(fù)合地基(見圖15-2)；如果豎向的增強(qiáng)體有兩種或兩種以上的樁型，那么可以稱之為雙向多樁型復(fù)合地基（見圖15-3）。,四、雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基,多樁型復(fù)合地基（Multi-Pile Composite Foundation),雙向單樁型復(fù)合地基,雙向多樁型復(fù)合地基,15.3.1 多樁型復(fù)合地基承載力的計(jì)算 1. 第

5、一類多樁型復(fù)合地基承載力計(jì)算,15.3 多樁型復(fù)合地基法15.3 Bearing Capacity of Multi-pile Composite Foundation,復(fù)合地基承載力由三部分組成 （1）當(dāng)次樁為強(qiáng)度較高的柔性樁（例如深層攪拌水泥土樁）時，采用下式計(jì)算復(fù)合地基承載力,（2）當(dāng)次樁為強(qiáng)度較低的柔性樁（例如石灰樁、灰土擠密樁等）或散體材料樁（例如碎石樁）時，采用下式計(jì)算復(fù)合地基承載力,2. 第二類多樁型復(fù)合地基承載力計(jì)算 對于第二類多樁型復(fù)合地基，主樁的數(shù)量較少，僅布置在節(jié)點(diǎn)或荷載較大處，其主要目的是減小沉降，地基承載力提高主要依靠次樁的置換作用。 在實(shí)際工程中，可按兩種情形考慮：

6、,第一種情形 考慮主樁分擔(dān)一定的荷載，根據(jù)樁的類型及地質(zhì)條件采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法計(jì)算單樁承載力，扣除主樁承受的荷載后，剩余荷載由次樁形成的復(fù)合地基承擔(dān)。 第二種情形 將主樁的承載作用作為安全儲備，僅考慮次樁形成的復(fù)合地基承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，此種情形即由兩樁型復(fù)合地基退化為普通的單一樁型復(fù)合地基。復(fù)合地基承載力按通常單一樁型復(fù)合地基的承載力計(jì)算公式計(jì)算。,15.3.2 多樁型復(fù)合地基沉降計(jì)算,1. 第一類多樁型復(fù)合地基沉降計(jì)算方法 (1) 第一種情形（主樁與次樁樁長相等） s = s1 + s2 加固區(qū)土層壓縮量s1可采用復(fù)合模量法計(jì)算。 復(fù)合壓縮模量E cs通過面積加權(quán)法計(jì)算，也可通過試驗(yàn)確定。 Ec

7、s = m1Ep1+ m2Ep2+ (1-m1-m2)Es,加固區(qū)下臥土層壓縮量s2可采用分層總和法計(jì)算。,其次討論復(fù)合地基加固區(qū)下臥土層壓縮量s2的計(jì)算方法。由于在第一類多樁型復(fù)合地基中，主樁的置換率較大，主樁起主要的置換作用，而且由于主樁較長，建議宜采用實(shí)體基礎(chǔ)法計(jì)算作用在下臥土層上的附加應(yīng)力，采用分層總和法計(jì)算下臥土層壓縮量s2。,2. 第二類多樁型復(fù)合地基沉降計(jì)算方法,在第二類多樁型復(fù)合地基中，由于主樁的置換率很小，主樁的置換作用較小，絕大部分荷載由次樁及樁間土承擔(dān)，而主樁僅布置在節(jié)點(diǎn)或荷載較大處，因此第二類多樁型復(fù)合地基的沉降計(jì)算方法與第一類多樁型復(fù)合地基的沉降計(jì)算方法有較大區(qū)別，下

8、面建議兩種計(jì)算方法。,第一種計(jì)算方法：采用復(fù)合模量法計(jì)算加固區(qū)土層的壓縮量s1，采用改進(jìn)的Geddes法計(jì)算下臥土層的壓縮量s2。 第二種計(jì)算方法為工程中的實(shí)用簡化計(jì)算方法，即將總荷載扣除樁體承受的荷載后的剩余荷載作用在復(fù)合地基加固區(qū)上，其加固區(qū)土層和下臥層土層上的附加應(yīng)力計(jì)算方法與天然地基中應(yīng)力計(jì)算方法相同 。,1 多樁型復(fù)合地基中的單樁檢測 對于多樁型復(fù)合地基中的單樁樁身質(zhì)量，可依照各類樁的檢測辦法分別進(jìn)行檢測，例如，剛性樁可采用低應(yīng)變動力檢測法檢測樁身完整性，深層攪拌水泥土樁可采用輕便動力觸探或抽芯檢測，石灰樁可采用靜力觸探或輕便動力觸探檢測樁身強(qiáng)度和成樁質(zhì)量，碎石樁可采用重型動力觸探檢

9、測成樁質(zhì)量。,15.3.3 多樁型復(fù)合地基檢測方法15.3.3 Verification Test of Multi-pile Composite Foundation,2 多樁型復(fù)合地基承載力檢測方法（直接法）,(1) 規(guī)范方法 對于一般的復(fù)合地基加固效果檢測，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ 79-2002規(guī)定采用復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，若為單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，壓板可采用圓形或方形，面積為單根樁承擔(dān)的處理面積。多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)的壓板可采用方形或矩形，其尺寸按實(shí)際樁數(shù)所承擔(dān)的處理面積確定。,采用矩形壓板，是否合適？,采用異性壓板，是否合適？,(2) 平行四邊形壓板法 建議對于工程中有時采用矩形

10、或方形壓板難以準(zhǔn)確合理地檢測多樁型復(fù)合地基承載力時，在多樁型復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)中可采用平行四邊形壓板。,平行四邊形壓板,采用平行四邊形壓板時，應(yīng)注意以下事項(xiàng)： （1）當(dāng)按相對變形s/b取值時，b 應(yīng)取平行四邊形較短的一個高；或取與平行四邊形面積相等的正邊形的邊長； （2）平行四邊形相鄰邊邊長及平行四邊形相鄰內(nèi)角之差不宜過大，否則平行四邊形的兩銳角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而使土體過早產(chǎn)生擠出破壞； （3）由于板的平面尺寸比相同面積的方形板大，因此壓板應(yīng)具有較高的剛度。,3 多樁型復(fù)合地基承載力檢測（間接法）,所謂間接法就是分別對主樁或次樁進(jìn)行單樁或復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，然后利用多樁型復(fù)合地基的承載力計(jì)算

11、公式計(jì)算出多樁型復(fù)合地基的承載力。,工程實(shí)例一:深層攪拌樁與石灰樁聯(lián)合加固雜填土（該項(xiàng)目完成于1994年） 工程實(shí)例二:鉆孔壓灌混凝土樁與水泥粉噴樁聯(lián)合加固深厚軟土（該項(xiàng)目完成于2000年）,15.3.4 多樁型復(fù)合地基法的工程實(shí)踐15.3.4 Case Histories of Multi-pile Composite Foundation,15.4 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基,雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基法近些年來在工程中開始逐漸得到應(yīng)用。但是，由于目前這種新型的復(fù)合地基的作用機(jī)理尚不十分清楚，既沒有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，也沒有成熟的施工工藝和控制措施，更缺乏施工質(zhì)量的檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，沒有形成技術(shù)規(guī)范和設(shè)

12、計(jì)指南。也就是說，目前雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其工程實(shí)踐。雖然目前的工程應(yīng)用停留在邊摸索邊總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)狀態(tài)，但是，其有限的應(yīng)用卻顯示出非常好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益，具有開展進(jìn)一步深入研究和擴(kuò)大應(yīng)用范圍的重要價(jià)值。,15.4.1 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基,所謂雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基就是對天然地基的下部采用豎向增強(qiáng)體（包括剛性樁、柔性樁和散體材料樁等）加固，而上部采用水平向增強(qiáng)體加固，豎向增強(qiáng)體、水平向增強(qiáng)體與天然地基共同作用所形成的人工地基。該類復(fù)合地基可發(fā)揮水平向增強(qiáng)體和豎向增強(qiáng)體的各自的優(yōu)勢，共同有效地承擔(dān)上部荷載，大大減小地基變形。 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基法也稱為樁網(wǎng)復(fù)合地基法和樁承式加筋復(fù)合

13、墊層法。,15.4.2 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基形成的背景,雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基法是在單一增強(qiáng)體復(fù)合地基存在一些不足的背景下產(chǎn)生的。 （1）水平向增強(qiáng)體(土工合成材料、金屬材料格柵等)不足之處：不方便在較深的土層下施工，難以用于基坑特別是深基坑支護(hù)；不能充分調(diào)動下部土的承載潛力；應(yīng)用于軟土地基處理時，所需沉降變形時間往往較長，不利于加快工程進(jìn)度。 （2）單一的豎直向增強(qiáng)體(通常稱為樁體)不足之處：沒有加筋、過濾、防滲功能；在高邊坡情況下往往要設(shè)專用抗滑斜樁，難以施工；有時因特殊情況需要，仍嫌其沉降變形達(dá)到穩(wěn)定的時間過長；受到柔性荷載或者基礎(chǔ)剛度不大時，豎向增強(qiáng)體的承載力難以充分發(fā)揮，導(dǎo)致承載力難以得到

14、大幅度提高，沉降也較大。,15.4.3 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn),雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基綜合了水平向增強(qiáng)體和豎向增強(qiáng)體的優(yōu)勢，可以克服上述單一增強(qiáng)體復(fù)合地基的不足之處，通過不同增強(qiáng)體的合理組合，獲得較高的承載力，并大大減少沉降。 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基具有以下優(yōu)點(diǎn)。 (1) 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基具有樁體、墊層、排水、擠密、加筋、防護(hù)等綜合效能。 (2) 豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基法比較容易實(shí)現(xiàn)在天然軟土地基上快速填筑穩(wěn)定的高路堤或堤壩。 (3) 當(dāng)豎向增強(qiáng)體按照稀疏間距布置時，采用減沉樁理論進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，可大幅度降低工程建設(shè)成本。 (4) 沉降較小且完成時間較短，工后沉降較易控制，可縮短工期，相對加快工程進(jìn)度

15、。 (5) 不需采用預(yù)壓來先期完成沉降，施工方便。,15.4.4 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基法的應(yīng)用范圍,由于雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基法這一新技術(shù)在控制沉降和不均勻沉降有著具大的技術(shù)優(yōu)勢，且經(jīng)濟(jì)效益顯著，目前，逐步開始在國內(nèi)得到應(yīng)用，主要應(yīng)用范圍集中在以下這些方面： (l) 大面積堆載場地的地基處理； (2) 路堤軟土地基處理，比如高速公路和高速鐵路路基處理； (3) 軟土地基上新老路堤接合部的處理，以防止不均勻沉降； (4) 高層建筑物地基軟弱下臥層處理； (5) 橋臺過渡段地基處理，比如處理“橋頭跳車”現(xiàn)象； (6) 其他工程應(yīng)用，例如持力層為斜坡的樁基礎(chǔ)，以防止地基側(cè)向失穩(wěn)。,15.4.5 雙向增強(qiáng)體

16、復(fù)合地基的發(fā)展,1993年，南(寧)一昆(明)鐵路線永豐營車站的軟土地基處理采用了粉噴樁結(jié)合土工格柵這一樁承加筋土復(fù)合地基；,1998年，江蘇省泰州市首次利用“土工編織布(geotextile)加筋墊層+水泥粉噴攪拌樁”的復(fù)合地基方案，修復(fù)處理泰州市引江河嘶馬碼頭下的軟土地基；,國內(nèi)發(fā)展：,2001年，鐵道部科學(xué)研究院深圳分院采用了樁網(wǎng)復(fù)合地基處理不同處理技術(shù)路段的接合段來控制沉降和差異沉降；,2007年，在寧波鋼鐵廠軋鋼車間采用了素混凝土樁+水泥攪拌樁形成的兩種豎向增強(qiáng)體同雙層土工格柵形成的雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基進(jìn)行地基處理；,15.4.6 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基的設(shè)計(jì),1. 水平向土工格柵加筋墊層的設(shè)計(jì) 雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基中土工格柵加筋墊層的設(shè)計(jì)主要是針對引起土工格柵張拉力的幾種形式進(jìn)行考慮，包括因豎向應(yīng)力和側(cè)向滑移導(dǎo)致的張拉力，滿足在工作條件下的張拉力要求。 為了評價(jià)土工