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1、第四章 复合地基,第一节 复合地基概述 第二节 复合地基的设计参数 第三节 复合地基的承载力 第四节 复合地基沉降,主要内容,第一节 复合地基概述,一、复合地基的概念 复合地基composite subgrade ：部分土体被增强或被置换形成增强体，由增强体和周围地基土共同承担荷载的地基。增强体和周围地基土协调变形，共同承担上部结构传下来的荷载。 二、复合地基分类 复合地基根据地基中增强体的设,置方向可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基两大类。,第一节 复合地基概述,水平向增强体复合地基就是在地基中水平向铺设各种加筋材料，如土工织物、金属材料、土工格栅、竹筋等形成的复合地基。加筋材料
2、的作用是约束地基土侧向位移，增强土的抗剪能力，防止地基土侧向挤出。 竖向增强体复合地基中的竖向增强体习惯上称之为桩，因此又称为桩体复合地基。竖向增强体复合地基根据竖向增强体的性质和成桩后的刚度分为三类：柔性桩复合地基、半刚性桩复合地基和刚性桩复合地基。,第一节 复合地基概述,三、褥垫层 竖向增强体和基础间铺设的一层碎石垫层称为褥垫层，厚度一般为300400mm，具有如下作用： 1、调整桩土应力比：褥垫层使一部分基础荷载传到桩间土上，保证桩土共同承担荷载，调整桩土间应力比。特别是当桩身刚度较大时，设了褥垫层之后，桩土应力比减小，桩间土的应力增大，有利于改善浅层桩体的强度和稳定，发挥桩间土的潜力。
3、褥垫层越厚，桩土应力比越小，反之亦然。 2、排水作用：能缩短排水路径，加速软土的固结。 3、应力扩散作用：褥垫层是由砂砾或碎石材料经夯压密实形成的，具有较高的抗剪强度，具有一定的应力扩散作用。,第一节 复合地基概述,四、复合地基与桩基的区别 1、承载特性 桩基上部荷载全部由桩承担，复合地基上部荷载由桩和桩间土共同承担。 2、构造特征,第一节 复合地基概述,五、复合地基作用机理 复合地基在施工阶段的作用机理主要表现为挤密效应和排水固结效应，工作阶段的作用机理主要表现为桩体效应、垫层效应和加筋效应。 挤密效应：竖向增强体复合地基在施工过程中将桩位处的土部分或全部的挤压到桩侧，使桩间土体挤压密实。
4、排水固结效应：增强体透水性强，是良好的排水通道，能有效地缩短排水距离，加速桩间饱和软粘土的排水固结。 桩体效应：复合地基中桩体刚度大，强度高，承担的荷载大，能将荷载传到地基深处，从而使复合地基承载力提高，地基沉降量减小。,第一节 复合地基概述,垫层效应：复合地基的复合土层宏观上可视为一个深厚的复合垫层，具有应力扩散效应。 加筋效应：水平向增强体复合地基，在荷载的作用下，发生竖向压缩变形，同时产生侧向位移。复合地基中的加筋材料，将阻碍地基土侧向位移，防止地基土侧向挤出，提高复合地基中水平向的应力水平，改善应力条件，增强土的抗剪能力。 协作效应：增强体与周围土体协调变形、共同工作、相得益彰。如竖向
5、增强体复合地基，桩体强度高，刚度大，约束土体侧向变形，改善土体的应力状态，使土体在较高应力状态下不致发生剪切破坏。同时，土体也约束桩体的侧向变形，保持桩体的形状，提高桩的强度和稳定性。,第一节 复合地基概述,六、复合地基的破坏模式 复合地基有多种破坏模式，它与复合地基的类型，增强体的材料性质，增强体的布置形式、长度，地基土的性质等因素有关。复合地基的破坏模式是建立复合地基承载力和沉降计算理论的依据。 1、竖向增强体复合地基的破坏模式,第一节 复合地基概述,2、水平向增强体复合地基的破坏模式,第二节 复合地基的设计参数,复合地基的设计参数主要有处理范围、处理深度、桩体直径、间距、布置方式、增强体
6、材料、面积置换率、配合比和桩土应力比等，其中面积置换率和桩土应力比是复合地基承载力确定和沉降计算的两个基本参数。 1、处理范围 地基处理范围应根据建筑物的重要性、平面布置、地基土质条件和增强体的类型确定。一般应大于基础底面积，满足应力扩散的要求。对于刚性桩和部分半刚性桩，由于基础荷载主要由桩体承担，并通过桩体传到地基深处，桩可只布置在基础底面。 2、处理深度 地基处理深度可根据地基处理目的、要求和地基土的性质确定。,第二节 复合地基的设计参数,地基处理目的包括提高地基承载力、稳定性、降低地基压缩性、减小渗透性、特殊目的（全部或部分消除液化、湿陷性等）。 柔性桩和半刚性桩易发生鼓胀破坏。就承载力
7、而言存在着一个有效桩长，桩长大于有效桩长后，承载力不再随桩长的增加或增加的幅度很小，从这一角度桩长不宜过长。但增加桩长对减少基础沉降是有利的。 原则上，当土层厚度不大时，一般应达松软土层底面；当松软土层厚度较大时，对按稳定性控制的工程，应达最危险滑动面以下2m以上；对按变形控制的工程，应满足处理后的地基变形量不超过建筑物的地基变形允许值并满足软弱下卧层承载力的要求；在可液化地基中，应按要求的抗震处理深度确定。,第二节 复合地基的设计参数,3、桩体直径 桩体直径可根据地基土的性质，处理深度，桩的类别、作用，当地经验和选用的施工机械确定。 桩径选择过小，施工质量不易控制；过大，需增大褥垫层厚度，以
8、保证桩土共同承担荷载。当地基处理深度大时，桩直径应大些；挤密桩直径应大些；以承载为主的桩直径应大些；兼有排水固结的桩直径宜小些。 4、桩间距 桩距应根据设计要求的复合地基承载力、建筑物控制沉降量、土的性质、施工工艺等确定。 一般取桩径的35倍。从施工考虑，尽量选择较大的桩距，以免新打桩对已打桩产生不良影响。按挤密性，土分为易挤密土，如松散的粉细砂、粉土、人工填土；可挤密土，如不太密实的非饱和粉质粘土；不可挤密土，如饱和软粘土或密实性很高的粘性土、砂土。对于不可挤密土和挤土成桩工艺宜采用较大的桩间距。,第二节 复合地基的设计参数,5、布置方式 常用布置方式有等边三角形、等腰三角形、正方形和矩形。
9、 6、增强体材料和配合比 增强体材料应根据当地材料供应，处理方案、目的和要求，本着就地取材，充分利用工业废料的原则，选择强度高、性能稳定、透水性好或具有胶结性的材料，如砂石、粉煤灰、矿渣、石灰、灰土、水泥等。 对于湿陷性的黄土地基处理，应选择透水性低的灰土或素土，以防水渗入地基，引起附加的湿陷沉降。 配合比一般应根据增强体的强度要求，由试验确定。,面积置换率应根据地基土的性质，如孔隙比、渗透性、压缩性和强度指标；地基处理要求，如处理后复合地基的密实性、渗透性、压缩性、承载力和稳定性，通过现场试验或施工性试验确定。,第二节 复合地基的设计参数,7、面积置换率 桩体的横截面积与该桩体所分担的处理地
10、基面积的比值，即：,等边三角形布置：,正方形布置：,式中： d：桩体直径； s：桩间距。,第二节 复合地基的设计参数,8、桩土应力比 桩顶的竖向应力与桩间土的平均竖向应力的比值，即：,桩土应力比用于初步设计时复合地基承载力特征值的估算，在无实测资料时，可取24，原土强度高时取小值，原土强度低时取大值。影响因素有：荷载水平、桩的长径比、桩土相对刚度、复合地基置换率、荷载历时、桩尖土的性质、垫层厚度、基础和上部结构的刚度等 。主要影响因素为桩土相对刚度、垫层厚度和桩的长径比。,第二节 复合地基的设计参数,桩土相对刚度：桩土模量比Ep/Es越大，桩土应力比n越大，桩土模量比和桩土应力比近似呈线性关系
11、。,褥垫层厚度：褥垫层厚度大，桩土应力比减小。 桩的长径比：桩的长径比的增加，桩土应力比增大。但桩的长径比达到某一数值后，桩土应力增加缓慢，最后趋于某一值。可见，对给定的桩土模量比，存在一个有效桩长l0，即当l l0后，桩土应力比保持不变。桩土模量比增大，有效桩长增大。 面积置换率：桩土应力比n随面积置换率m的增大而减小，但变化幅度不大。,第三节 复合地基的承载力,复合地基的承载力应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时可用理论公式估算。 竖向增强体复合地基承载力计算方法通常有二种：一种是面积置换率法，另一种是桩土应力比法。 1、面积置换率法 基础荷载由复合地基的桩体和桩间土共同承担，若复合
12、地基所受的总荷载为P，由桩体分担荷载为PP，桩间土分担荷载为Ps，则有：,第三节 复合地基的承载力,用承载力特征值表示，考虑到桩间土承载力的发挥程度，则复合地基承载力特征值计算公式为： 式中： fspk复合地基承载力特征值，kPa； fpk桩体承载力特征值，kPa； fsk处理后桩间土承载力特征值，kPa。宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值； 桩间土承载力折减系数，宜按试验或当地经验取值。当无经验时可按以下原则取值：当不考虑桩间软土作用时，取=0；对柔性桩取=1.0；对刚性和半刚性桩，当桩端土为软土时，取=0.51.0；当桩端土为硬土时，取=0.10.4。,第三节 复合地基
13、的承载力,2、桩土应力比法 将桩土应力比n=fp/fs代人上式，并取=0，整理得复合地基的承载力公式：,第四节 复合地基沉降,复合地基的沉降量s由复合土层的压缩量s1和复合土层以下土层的压缩量s2构成，即,一、复合土层压缩量计算,复合土层压缩量的计算方法主要有复合模量法和应力修正法两种。 1、复合模量法 所谓复合模量法就是将复合土层视为一个整体，采用复合模量，即复合土层的整体压缩模量计算复合土层土层压缩量。复合土体的复合压缩模量可用复合地基的静载荷试验获得，亦可按经验公式推算：,第四节 复合地基沉降,2、应力修正法 复合土层的压缩量根据变形协调条件应等于桩间土的压缩量，或复合土层范围内桩的压缩
14、量与桩在下卧层的刺入深度之和。因此，复合土层的压缩量可通过桩间土的压缩量计算求得。,式中： s1：复合土层的压缩量； s0：基土的压缩量； s：应力修正系数,第四节 复合地基沉降,二、下卧层的压缩量计算 复合土层下卧层的压缩量计算，工程实践中，常采用应力扩散法、等效实体法、当层法和改进的Geddes法。,1、应力扩散法 应力扩散法认为竖向附加应力在复合土层以某一扩散角向下传递，且在任一平面上均匀分布。作用在复合土层下卧层顶面上的竖向附加应力：,第四节 复合地基沉降,2、等效实体法 等效实体法将复合地基的复合土层视为一个等效的实体基础，基础荷载由下卧层和等效实体基础四周的土体共同承担。复合土层下卧层顶面上的竖向附加应力为：,复合土层下卧层中的附加应力计算和变形计算同天然地基。,思考题与习题,一、思考题 6.1 简述复合地基的概念、效应。 6.2 简述复合地基的分类。 6.6 简述复合地基的破坏模式。 6.7 何谓面积置换率？如何确定？ 6.8 何谓桩土应力比？主要影响因素有哪些？有何影响？ 6.9 复合地基基础下设置褥垫层的作用有哪些？ 6.10 如何确定地基处理面积？ 6.11 如何确定地基处理深度？,
