复合地基理论
复合地基理论及工程应用研究
2 复合地基理论的研究现状
复合地基是指天然地基在地基处理过程 中部分土体得到增强或被置换， 或在天然地墓 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， 复合地基 中增强体和基体是共同承担荷载的. 自20 实际60 年代， 国际上首次使用 “ 复 合地基” (ComPosite Foundation)一词以来， 复合地基理论已成为许多地基处理方法的理 论分析及公式建立的墓础和根据。且被大量 运用到如碎石桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、 石灰桩和灰土桩等加固地基的理论分析中。 近年来， 水泥粉煤灰碎石桩( CFG 桩) 、 树根 桩及疏桩基础也被引入复合地基理论范畴。 复合地基理论的研究已得到国内外岩土工程 界和学术界的重视。 复合地基的出现虽然才40 多年， 但其工
加剧 ， 甚至诱发地质病害。对工程地质特点 7结语 认识不足， 不能够及时预测和反馈地质病害， 地质勘察工作是山岭区高等级公路建设 只能被动地等待地质 病害的发生。在运营阶 成败的前期关键， 为此必须重视地质工作。 段， 地质工作目前还基本上是空白， 无法保证 山区高等级公路的安全顺畅。 参考文献 另 方面也是由于从事岩土工程的技术 【 JTJ 既 J I 碑一98， 公路工程地质勘察规范【 ， 1 5 人员本身能力有限所致。岩七工程在一定程 [2] JTG B01一 2003 ， 公路工程技术标淮1 5]. 度上属于经验学科， 技术人员的经验非常重 【 窦明健。 1 3 公路工程地质IM]， 人民交通出版 要， 由于技术人员水平参差不齐， 经常会出现 社. 错判、 漏判地质病害的现象。 公路行业以外的 4 1 ) 刘朝晖， 张映雪， 公路线形环境设计【 .北 Ml 地勘队伍往往对公路工程的特点及公路勘察 京: 人民交通出版社。 规范 了 解不够， 不能够有针对性的进行勘察， 资料经常不能满足设计要求。因此加强公路 岩土工程从业人员的技术水平是非常紧迫的 事情 。
复合地基
4、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。 5、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。 6、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。
由于增强体设置方向不同、增强体的材料组成差 异、基础刚度以及垫层情况不同、增强体长度不一
定相同，复合地基的形式非常复杂，要建立可适用
于各种类型复合地基承载力和沉降计算的统一公式 是困难的，或者说是不可能的。在进行复合地基设 计时一定要因地制宜，不能盲目套用一般理论，应
该以一般理论作指导，结合具体工程进行精心设计。
刚性基础下垫层作用机理
B1
A1
B2
A2
A—土体，B—桩体
A1处竖向应力比A2处的应力小。
柔性垫层作用：发挥桩间土的 B1处竖向应力比B2处应力大。 承载潜能，减小桩体中应力
路堤下垫层作用
土工格栅 加筋垫层
刚性垫层作用：有利于发挥桩的承 载潜能，提高复合地基承载力
五、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、竖向增强体复应用的复合地基型式很多，可从下 述三个方面来分类： （1）增强体设置方向； （2 ）增强体材料； （3 ）基础刚度以及是否设置垫层。 复合地基中增强体除竖向设置和水平向设置外， 还可斜向设置，如树根桩复合地基。在 形成复合地基时，竖向增强体可以采用同一长度， 也可采用长短桩形式，长桩和短桩可采用 同一材料制桩，也可采用不同材料制桩。采用不同 材料制桩时即形成多元复合地基。在深厚软土地基 中采用多元复合地基既可有效提高地基承载力，又 可减小沉降，且具有较好的技术效果和经济效益。
14 地基处理技术——复合地基理论
散体材料桩复合地基较易发生整体 剪切破坏，柔性桩复合地基在一定条
件下也可能发生此类破坏。
14.2 复合地基性状
❖14.2.2 复合地基桩体的破坏模式
（4）滑动破坏
在荷载作用下复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。 在滑动面上，桩体和桩间土均发生剪切破坏。
及复合地基效果的检验。
14.3.2 复合地基承载力计到
单桩承载力特征值。
认为复合地基在达到承载力的时候，复合地基中
的桩和桩间土同时达到各自的承载力，表达式如下：
fspk mfpk (1 m) fsk (14 2) 或fspk [1 m(n 1)] fsk (14 3)
基础宽度的地基承载力修正系数应取0； 基础埋深的地基承载力修正系数应取1.0。
对复合地基，当在受力范围内仍存在软弱下卧层 时，应验算下卧层的地基承载力。
14.3 复合地基承载力计算
❖14.3.1 复合地基承载力概念
复合地基承载力确定的两种方法：
采用理论公式计算，进行复合地基初步设计时采用； 通过现场载荷试验得到：用于复合地基详细设计以
当桩端土未经修正的承载力特征值小于桩周土的承
载力特征值的平均值时，可取0.5~0.9，差值大时或 设置褥垫层时均取高值。
14.3.3 规范中两种计算方法的应用
❖ 1.计算方法选择的具体规定如下
（5）对于旋喷桩复合地基，采用变形复合法；桩 间土折减系数，在无实测资料或经验时，取0~0.5，
承载力低时取低值。
14.3.3 规范中两种计算方法的应用
❖ 2.关于单桩承载力fpk规定如下
（1）可采用单桩承载力计算公式计算得到，不同 类型桩，计算公式不同；
复合地基理论发展综述
Ａ ｕ ｍ ａ ｙｏ ｖ ｌｐ ｅ ｔ ｆＣｏ ｐ ｓｔ ｕ ｄ ｔ ｎＴｈ ｏ ｙ Ｓ ｍ ｒ ｆ Ｄｅ ｅｏ ｍ ｎ ｍ ｏ ｉｅＦｏ ｎ ａｉ ｅ ｒ ｏ ｏ
Ｇ Ｏｙ －ｉ Ａ ｕｊ ｅ
（ｈｎ ｏ ｕｉａ ｏｓ ｌ ｎｎ ＆ Ｄ ｓ ｎ ｎｔｕｅｏ ｔｒ ｒｎｐｒ ｔ ｎ Ｂ ｉｎ ０ ０ ７ Ｃ ｉａ Ｃ ｉａ ｍｍ ｎｃｔ ｎ ａ ｉｇ Ｃ ｉ Ｐｎ ｅｉ ｓｔｔ ｆ Ｗａｅ ａｓｏ ａ ｏ， ｅ ｉｇ１０ ０ ， ｈｎ） ｇ Ｉ ｉ ｒ Ｔ ｔ ｉ ｊ
，
Ｊ ，
Ｊ ，
Ｊ ，
＼
、
＿ 、 ‘ ‘‘ ‘ －． ． ＿ ・。
＼
玎同层 ／ 口
垫层
桩是按相对刚度来划分的。柔性桩复合地基和刚
性桩复合地基在竖 向荷载作用 下 ，增强体横 向变
形不显著 ，增强体按一定的传递规律 向基土传递 竖 向荷载。这类复合地基增强体 与基土的相互作 用 ，主要表现在桩与基土的荷 载传递规律和轴 向
￣ｂｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｓ ｍｍａ ｉ ｓｔ ｅｓａｕ ｆｔｅ ｒ ｓａｃ ｎ ｃ ｍｐ ｓｔ ｏ ｎ ａｉｎ ｔｅ ｒ ｎ ｉｅ ｎ ， ｔ ａ ｔ ｈ ａ ｅ ｕ ｒ ｅ ｈ ｔｔｓｏ ｈ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｏ ｏ ｉ ｆｕ ｄ ｔ ｈ ｏｙ ａ ｄ ｇｖ ｓａ ｚ ｅ ｏ
ｔ ｎ ｏ ｅｐ ｏ ｌ ｍｓ ｘ ｓｅ ｎ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｈ ｅ ｒ ． ｉ ｎｔ ｒ ｂ ｅ ｉｔ ｄ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｅ ｄ ｏ ｅｔ ｏ ｏ ｈ ｅ ｔ ｔ ｈ ｙ
Ｋｅ ｒ ： ｏ ｏ ｉ ｕ ｄ ｔ ｎ ｂ ａ ｎ ａ ａ ｉ ； ｅｔ ｍｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄｓ ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｏ ｎ ａｉ ； ｅ ｔ ｇｃ ｐ ｃｔ ｓ ｔ ｅ ｎ ｔｆ ｏ ｉ ｙ ｌ
复合地基
根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。
1、复合地基，不用细说拿刚性桩CFG桩复合地基来说。
其为地基，基础下传力与基础传给天然地基模式相同。
由增强体与桩间土共同作用，顶设散粒褥垫层。
其工作模式是浅基础工作模式。
A!fRpN2、复合桩基：为深基础，工作模式是上部荷载通过桩结点传递给深层土。
一般组成为单一承台与承台下多根桩组成。
桩与承台为刚性连接，考虑群桩折减与承台作用。
所谓刚性桩复合地基就是用钢筋混凝土桩或素混凝土桩这样的刚性桩作为增强体与周围土体共同承担上部荷载而形成的复合地基。
是近几年来涌现出的新的地基处理方式之一。
主要区别是基础通过褥垫层传载给增强体与桩间土，复合桩基是承台直接传载给桩与桩间土。
复合桩基属于复合地基的一部分,复合地基基本是通过加强或置换天然地基来提高地基承载力和减少沉降.设置褥垫层作用是让桩产生刺入变形,并把力协调传给桩和桩间土。
上海地区,土质很软,虽然埋身1.5左右的持力层对多层建筑来说可提供足够的承载力(80kpa),但是为了控制沉降,一般也会打一些长度16m左右的小方桩.我们管这个也叫复合桩基.复合地基与复合桩基相同的地方是两个都利用了浅层土体的承载力。
不同的就是前面提到的，复合地基是对软土本身的加固，在软土中设置了若干加强体，桩体与软土共同承担上部荷载；而复合桩基的桩则是将上部荷载传递到较深较好的土层中。
从荷载传递机理来说，复合地基与复合桩基有很大的区别。
从名字上就很能说明问题，复合地基主要是地基指的是加强体加固后整个地基。
而复合桩基是指桩基，指的是桩基的计算中考虑承台下土的贡献后的桩基。
不考虑与基础的连接,对摩擦型桩与CFG桩在竖向抗压承载理论是一致的!应该从传力路径上区别：复合桩基较复合地基传力更明确。
复合桩基：上部荷载-承台-桩-桩间土。
复合地基承载力p-s曲线
复合地基承载力p-s曲线复合地基承载力P-S曲线随着建筑技术的不断发展，土力学方面的研究也越来越受到关注。
复合地基是一种新型的地基加固材料，具有强度高、稳定性好等特点。
而其承载力P-S曲线是描述其基本力学性质的重要参数。
本文将从理论和实例分别探讨其复合地基承载力P-S曲线。
一、理论探讨承载力P-S曲线反映了土体受应力时的变形特性。
在进行复合地基的承载力计算时，需要准确绘制其P-S曲线。
P-S曲线是土体的荷载-变形曲线，通过分析曲线可以得到土体的很多力学性质。
曲线的斜率反映了初始刚度或初始弹性模量的大小，斜率变化越缓，初始刚度越大。
而曲线的屈曲点则对应了最大强度点，在此处的应变为基本变形。
复合地基材料与传统地基材料不同，其结构和性质也有所不同。
复合地基由钢板和土工合成材料组成，钢板固定在原有基础上，对于钢板以下的土体，其强度和刚度相对较低，而钢板上方的土体则更为坚硬。
因此，复合地基的P-S曲线有其独特的形态特征。
二、实例分析复合地基由于其较强的承载力和较好的稳定性，被广泛应用于各种建筑工程中。
为了验证复合地基的承载性能和P-S曲线，我们对某建筑工程进行了实例分析。
该工程是一座高楼大厦，建筑面积达10万平方米，地下三层，地上25层。
由于所在的地区土层较软，普通地基难以满足安全、稳定的要求，因此选择了使用复合地基进行加固。
我们根据实测的数据，绘制出了该建筑物的复合地基P-S曲线。
曲线的初始部分较平缓，表明初期的土体刚度较高，能够承受较大的荷载。
过了一定的变形量之后，曲线开始明显上升，表明土体的刚度下降，局部硬度增加。
在曲线的最高点，P-S曲线发生明显的变化，对应了复合地基的最大承载力。
在确保结构安全的前提下，我们可以按照曲线的特征进行更详尽的计算。
综上所述，复合地基承载力P-S曲线是确定其力学性质的重要参数之一，理论和实例分析中均可发现其重要性。
随着建筑工程的不断发展和工程性能的要求，研究复合地基的特性将会变得更加重要、迫切。
长短桩复合地基
10
11 12 总计
18
18 18
0
2 4
3
3 3 36
3
3 3 36
3+1
3 3 42
3
3
表2-3 14d无侧限抗压强度
序 号 1 2 3 4 5 6 7
*
14d抗压强度（MPa) 第1组 0.24 0.23 0.33 0.24 0.33 0.179 0.27 第2组 0.16 0.24 0.27 0.16 0.3 0.185 0.23 第3组 0.22 0.24 0.24 0.35 0.26 0.176 0.37
76
3.15 0.61 1.22 0.55 0.46 0.94 1.15
2.4室内试验和现场检测数据对比分析
室内试验的变异系数比现场检测数据的变异系数小，即室内
试验的影响因素比现场小，对分析数据有一定的优越性，但 不能模拟现场的复杂情况。
万环西路4标段现场检测试验数据大于室内试验数据较多，
平均值 （MPa) 0.21 0.24 0.28 0.25 0.30 0.18 0.29
均方差
0.06 0.01 0.06 0.13 0.05 0.01 0.10
变异系数
0.28 0.03 0.23 0.54 0.17 0.04 0.35
8
9 10 11 12
0.32
0.28 0.38 0.28 0.28
表2－1 粉喷搅拌法和浆液搅拌法比较
方法 比较内容 水份 初期强度 搅拌均匀程 度 计量 外掺剂 成桩质量 粉喷搅拌法 （干法） 浆液搅拌法 （湿法）
粉喷法在软土中能吸收较多的 浆喷法从浆液中带进较多的水分 水分有利于地基土密度的提高， 对地基加固不利 对含水量较高的粘土特别适用 粉喷法初期强度较高，对加快 浆喷法初期强度较低 填筑路堤较有利 粉喷法以粉体直接在土中进行 浆喷法以浆液注入土中容易搅拌 搅拌不易搅拌均匀 均匀 粉喷法涉及气固两相流量，计 喷浆法的液态计量容易控制 量粉值不够精确 粉喷法在大量施工中难以加入 浆喷法可较容易加入各种添加剂、 添加剂、外加剂等 外加剂 浆喷搅拌比较均匀，打到深部时 粉喷法成桩的上下部不易均匀， 挤压泵能自动调整压力，在一般 质量难以保持一致 情况下都能注浆液到软土中
复合地基基本理论
第五章 复合地基基本理论
地基处理
二、复合地基的分类
按增强体的方向
水平向增强体复合地基
竖向增强体复合地基
水平向增强体复合地基主要指加筋土地基。加筋 材料主要是土工织物、土工膜、土工格栅和土工 格室等。
竖向增强体习惯上称为桩，有时也称为柱，竖向 增强体复合地基通常称为桩体复合地基。
第五章 复合地基基本理论
第五章 复合地基基本理论
地基处理
§5.1 概述
一、复合地基的定义
当天然地基不能满足建筑物对地基的要求时，需 要进行地基处理，形成人工地基，以保证建筑的 安全与正常使用。
经过处理形成的人工地基通常有三种类型：均质 地基、复合地基和桩基。
1. 均质地基：
（1）天然地基在地基处理过程中加固区土体性 质得到全面改良；
复合地基中增强体方向不同，复合地基性状也不 同。桩体复合地基中，桩体是由散体材料组成， 还是由粘结材料组成，以及粘结材料桩的刚度大 小，都将影响复合地基荷载传递性状。根据复合 地基工作机理可做如下分类：
第五章 复合地基基本理论
地基处理
复合地基
散体材料桩 竖向增强体
粘结材料桩 水平增强体
柔性桩：如灰土桩、 石灰桩等
就使复合地基承载力较原地基有所提高，沉降量有
所减小。随着桩体刚度增加，其桩体作用发挥得更
加明显。
第五章 复合地基基本理论
地基处理
§5.2 复合地基作用机理
2.垫层作用 桩与桩间土复合形成的复合地基或称复合层，
由于其性能优于原天然地基，它可起到类似垫层的 换土、均匀地基应力和增大应力扩散角等作用。在 桩体没有贯穿整个软弱土层的地基中，垫层的作用 尤其明显。
第五章 复合地基基本理论
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
半刚性桩中水泥掺入量的大小将直接影响桩体的强度。当掺入量较小时，桩体 的特性似柔性桩；而当掺入量较大时，又类似刚性桩。
第1页/共13页
根据成桩材料又可以分为散体材料桩（如砂桩、砂石桩、碎石桩、渣土桩、矿 渣桩等）；水泥土类桩（如水泥土搅拌桩、旋喷桩等）；混凝土类桩（如混 凝土灌注桩、CFG桩、树根桩、锚杆静压桩等）。
πd 2 m=
4s1s2
np s
第5页/共13页
3）复合模量 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，那么与
原非均质复合土体等价的均质复合土的模量称为复合地基的复合模量。
Esp mE p (1 m)Es
Esp [1 m(n 1)]Es
第6页/共13页
5.6.3复合地基承载力的确定 复合地基承载力一般应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可按复
第3页/共13页
复合地基设计参数主要包括面积置换率、桩土应力比和复合模量。 1)面积置换率
第4页/共13页
正方形布置时 等边三角形布置时
πd 2 m = 4s2
矩形时
πd 2
2
）
桩
土
应
力
比
:
影
响
桩
土
应
力
比
的
因
素
有
m= 荷 载 水2平
、3s桩2
土
模
量
比
、
复
合
地
基
面
积置换率、原地基土强度、桩长、固结时间和垫层情况等。
f sk
复合地基的变形为加固区土层压缩变形量与加固区下卧层土体压缩变形量之和。
第9页/共13页
计算加固区压缩量可采用复合模量法、应力修正法和桩身压缩量法计算。 （1）复合模量法
∑ （ 2 ） 应 力 修 正 法s1
=
n i=1
Δpsp Esp i
i
H
i
应力减小系数或叫 应力修正系数
复合地基附加应力 增量
合求和法估算。现场复合地基载荷试验确定复合地基承载力可按《建筑地基 处理技术规范》（JGJ79-2002）的规定进行。 复合地基承载力是由两部分组成，一部分是桩的贡献，一部分是桩间土的贡献
第7页/共13页
破坏时桩体发挥极限强度的比例
桩体复合地基的极限承载力pcf表达式可用下式表示：
复合地p基cf的容 许K承1 mp 载1 力ppcfc计算K式2为2 (1 m) psf
未加固地基的附加 应力增量
∑ ∑ s1
=
n i=1
Δps Esi
i
H
i
=ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
μs
n i=1
Δpi Esi
H
i
=
μs s1s
第10页/共13页
（3）桩身压缩量法 在荷载作用下，桩身压缩量sp为 :
桩底端承力密度
s P P l 应力集中系数
p
bl
p
2 E 计 算 加 固 区 下 卧 层 土 体 压 缩 变 形 量p通 常 采 用 分 层 总 和 法 计 算 。
破坏时桩间土 发挥极限强度
的比例
反映桩体实际极限 承载力与天然地单 桩极限承载力不同
的修正系数
pcc
=
pcf K
第8页/共13页
反映桩间土实际极 限承载力与天然地 基承载力不同的修
正系数
fspk mf pk (1 m) fsk
f spk m
5.6.4复合地基变形计算
Ra Ap
(1 m)
目前在工程上采用以下方法计算附加应力。
第11页/共13页
1）应力扩散法 （2）等效实体法
LBp pb = (B + 2 h tgθ)(L + 2 h tgθ)
BLP (2B 2L)h f
Pb
BL
第12页/共13页
感谢您的欣赏！
第13页/共13页
5.6.2复合地基作用机理及设计参数 1）桩体作用 2）加速固结作用 砂（砂石）桩、碎石桩具有良好的透水性，可加速地基的固
结；
第2页/共13页
3）挤密作用 砂（砂石）桩、碎石桩在施工过程中由于振动、挤压等原因，可 对桩间土起到一定的挤密作用；
4)加筋作用 各种复合地基除了可提高地基的承载力和整体刚度外，还可用来 提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能量。