复合地基作用机理及沉降计算[详细]
散体材料桩复合地基沉降计算方法探讨
．
形基础上建立 的沉降计算方法 ， 将散体 桩横 向变形 用在极 限状态 分析 当中。
（ ６ ）
，
卢
１
；
。
２ 沉 降计 算方 法
因此 ， 重要 的一 点是 如何 求得 合理的 ｎ 值， 也可 以说是 口 。 郭蔚东 应用应力剪胀理论 ， 提出了考虑 到桩土剪胀性 的桩 ２ ． １ 复合模 量 法 散体材料 桩复合 地基 桩土模 量 比不大 ， 桩 土应 力 比也 不大 ， 土应力 比和沉降折减 系数 的简 明实用计算公式 。 张定 根据刚性基 础下 复合地基 中桩 与土 在荷 载作用 下 变 桩 土变形 协调 ， 桩周 土与 桩体 的强度 发挥基 本一 致 ， 因此实 际 工 形 的连续性 和协 调性 ， 分析 桩与 土 的应 力与 应变关 系， 并建 立 桩 程中沉 降量一般用复合模量法。 土应力 比表达式及复合地基 的沉 降折减 系数计算 公式 。 复合 地基 的沉降模量按下式计算 ：
（ ３ ） 这种情 况应 力分布 近似 于均质地 基 。故 对散体 材料 桩复 合地 基
宜按均质地基计算较为合理 、 简便 、 实用 。 其中， Ｗ为载荷板形状 系数 ； Ｅ为弹性 模量 ； 为泊松 比； Ｐ为 的应力 分布 ，
平均荷 载 ， ｋ Ｐ ａ 。 对 于刚性基 础 ， 盛崇 文认 为 Ｅ
中散体材料桩 （ 如振冲碎 石桩 、 砂桩等 ） 由于技术简单 、 施工 简便 ， 得到越来越广 泛的应用 。但 由于散体材料 桩复合地基 的复 杂性 ，
其沉 降计算 的理论 还不成熟 。
＝
（ ５ ）
其 中， 日为载荷 Ｐ对碎石桩的影响深度 ； ｓ为单桩载 荷试验对
cfg桩复合地基的机理与设计计算
CFG桩复合地基的机理与设计计算CFG桩复合地基的机理与设计计算摘要：阐述了CFG桩复合地基的加固机理，明确了CFG桩的计算方法和设计参数。
关键词：CFG桩；地基处理；复合地基中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：The mechanism and design of CFG PileCompound Foundation*Liu YuanqingAbstract：This article recommends the mechanism of the CFG Pile Compound Foundation,and also the design parameters together with the calculation method.Key words: CFG Pile;Foundation treatment;Composite foundation一、前言CFG（Cement Fly-ash Gravel）桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是一种由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的具有可变粘结强度的桩。
这种处理方法是通过在碎石体中添加以水泥为主的胶结材料，以及增强混合料的和易性并有低标号水泥作用的粉煤灰，同时还加入适量改善级配的石屑，从而使桩体获得胶结强度并从散体材料桩转化为具有某些刚性桩特点的高粘结强度桩[1]。
通过调整水泥掺量及配比，其强度等级可在C5-C30之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。
二、CFG桩复合地基的作用机理CFG桩与桩间土、褥垫层一起形成了复合地基，而CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，褥垫层将上部基础传来的基底压力通过适当的变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受力。
同时土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载[2]。
复合地基
复合地基示意图
粉喷桩复合地基
（2）复合地基分类
复合地基
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
图2-2 人工地基分类
2）复合地基中桩的分类
4)挤密作用
在施工过程中由于振动、挤压、排土等原因，可使桩间土起到一定 的密实作用。
5)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，还可提高 土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。目前在国内的深层搅拌 桩、粉体喷搅桩和砂桩等以被广泛地用于高速公路等路基或路堤 。 的加固，这都利用了复合地基中桩体的加筋作用。
σp
σs
图2－8复合地基计算简图
3.复合模量
复合地基
复合地基加固区由桩体和桩间土两部分组成，呈 非均质。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=m Ep+(1-m) Es (2-4a) (2-4b)
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 。
K2—反映复合地基中桩间土实际极限承载力的修正系数 ，可能大于1.0，也可能小于1；
λ1— 反映桩的极限承载力发挥程度的系数，若桩体先达到极限强度引起复合 地基破坏，则λ1 ＝1.0，否则，桩间土先达极限强度则λ1 ﹤1.0； λ2— 反映桩间土的极限承载力发挥程度的系数，在0.4－1.0之间 ;
路堤荷载下刚性桩复合地基沉降计算
图 １ 刚性桩复合地基变形示意图
土的变形模量 Ｅ， 面积 ， 置换率 为 ｍ， 垫层变形模量 ，
２ 基本假 定
厚度 ｈ。垫层顶部受均 布荷载 Ｐ 作用在桩顶的荷载为 ｃ ， Ｐ， Ｄ 作用在土体的均布荷载为 Ｐ， ｓ 垫层压缩后的厚度变为
ｈ 。取坐标原点在桩顶 ， 以压应力为正。
值的区域越来越大 ， 土体提供的桩端阻力也不断增加 ， 即下刺人变形不断增加。这样下卧层提供的桩端阻力 和 中性点 以下的正摩 阻力 与 中性点 以上 的 负摩 阻 力 和
桩顶荷载平衡。当然这个平衡随土体的固结变形 和桩 体的刺人变形经历一个反复循环 、 协调的过程。由于土 体的固结沉降总是大于桩体的沉降， 所以中性点总是不 断下移。最后， 、 桩 土分担的荷载达到一个近似静止的 平衡 状态 ， 由此可 确定相应 的 中性 点位置 、 桩土应力 比。 如果上部荷载是不断增大的， 土体表面的沉降即桩的上 刺人 变形加 大 ， 桩身 承担 的荷 载越 来 越大 ， 刺人 变 则 下 形也不断加大， 接近桩的极 限承载力时， 桩的沉降急剧 加大 ， 此时桩 端 的下刺 人量 远 大 于桩 顶 的上 刺人 量 ， 下
土体固结变形的发展， 桩端土体侧摩阻力达到极限值 ， 桩端开始出现下刺人变形 ， 下卧层土体提供桩端阻力。 随着这个过程的发展 ， 中性点以下桩侧摩阻力达到极限
已在地基处理工程中得到广泛应用 。刚性 桩复合地 基， 由于桩 体 强 度具 有可 调性 ， 避 免散 体 材 料桩 可
（ 石桩 、 碎 砂桩 ） 低 强 度 材料 桩 （ 灰 桩 、 土 桩 ） 及 石 灰 由
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２ ２
西部探矿工程
２０ 年第 ７ ０７ 期
路堤 荷 载 下 刚性 桩 复合地 基 沉 降计 算
水泥砂石复合桩的作用机理与沉降计算
理 。并对其沉降进行估算，沿用前人方法将沉降计算分为复合土沉降和下卧层沉降两部分 ，计算 下卧层沉降时分为软饱和土、正常固结粘土及砂性土三种情形。 关键词 砂石桩 搅拌桩 复合地基 沉降计算 分为两个部分 ：桩土形成 的复合地基层 的沉 降量 Ｓ ，下卧层沉降量 Ｓ ，则总沉降量为 Ｓ Ｓ ＋ ＝ ． （ 图 Ｉ。 ｓ 见 ： ）
＝４ ［一 ｅ ｍｏ１ 互 ２ ￣ Ｚ １
缩系数 ，ａ ＝ ｔ
（ ３ ）
Ｃ １ｏｌ卉 ）Ｐ为 卧 有 自 应 ， ２ ＋・ （ ，。 下 层 效 重 力 ２ ｇ
Ｐ为下卧层所受净压力 ，ｔ 为时间。
式中 — 积 缩 数， 乏 口为 ３ 结 ｍ 体 压 系 ｍ＝ ， 压 — 论
式中 Ｅ ，ｎ ，Ａ——混凝 土搅拌 桩 桩体 变形模 。 。 。 量 ，根数 ，单桩截面面积； Ｅ ，ｎ ， ２ Ａ ——砂 石 桩 桩体 变 形 模 量 ，根 数 ，单桩截面面积； Ｅ——桩间土的压缩模量；
△ｉ Ｐ——第 层复合地基底 面处 的附加应力
增量 ；
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全 国中文核心期 刊
路 基工程
２０ 年第 １ （ ０７ 期 总第 １ 期 ） ３ ０
侧 向位移。按现有计算方法 ，一般都采用分层总和 法 ，笔者认为对于不同性质的下卧层土不宜采用 同 种方法计算 ，宜按以下几种情况计算 。 （ ）软土层较厚 ，桩未穿过软土层 ，即下卧 １ 层为饱和软土层 ，这时可近似将其上部的砂石桩视 为排水层 ，根据太沙基固结理论 ，下卧层沉降量为 （ ）式 。 ３
一
Ｐ ——下卧层净 荷载 （ 括上部 荷载 及复合 ’ 包 地基 自重 ） ； 应变 因数 （ 求法见文献 ［ ］ ８ ） ３ ：１９ ； 第ｉ 土层 中心处的弹性模量 ；
CFG桩复合地基承载力和沉降计算方法分析
CFG桩复合地基承载力和沉降计算方法分析地基承载力和沉降计算方法是土木工程中非常重要的一部分，用于评估土壤的承载能力以及对于建筑物沉降的影响。
CFG桩作为复合地基的一种常用技术，在地基处理中发挥了重要作用。
CFG桩是一种由水泥、砂、石子和土壤混合而成的桩，可以大大增强地基的承载能力和抗沉降性能。
它的计算方法主要包括两个方面：承载力计算和沉降计算。
对于CFG桩的承载力计算，一般可以采用静力计算法和动力计算法两种方法。
静力计算法是基于经验公式和土力学原理进行计算的，常用的方法有极限平衡法和弹性理论法。
极限平衡法主要是通过平衡桩身和土体的力学平衡条件来求解承载力，适用于桩身较短、直径较小的情况；弹性理论法则是根据桩身和土体之间的相互作用关系，将桩身和土体分别看作弹性体进行计算，适用于桩身较长、直径较大的情况。
这两种方法都需要根据地质条件和桩身参数进行合理的假设和简化，得到最终的承载力。
动力计算法是根据桩身在施工过程中的振动特性，通过动力学原理来计算桩身的承载力。
这种方法对于大型土质桩非常适用，因为其振动特性与承载力之间有非常明显的关系。
常用的动力计算方法有动力触探法和声波法，通过触探记录或声波反射的方法，来确定桩身与土体之间的相互作用关系，进而得到承载力。
对于CFG桩的沉降计算，主要包括桩身的弯矩和桩身的变形两个方面。
桩身的弯矩可以通过力学原理和弹性理论进行计算，包括承载力引起的弯矩和地基沉降引起的弯矩。
这些弯矩可以根据桩身的几何形状和土体的力学参数进行计算，从而得到桩身的弯矩分布。
桩身的变形则主要包括弯曲变形和剪切变形两个方面。
弯曲变形可以通过弹性理论和结构力学进行计算，包括弯曲刚度和弯曲角度等。
剪切变形则是指桩身由于承载力引起的横向位移和扭转变形，在计算中可以采用土力学和结构力学的方法进行估算。
需要注意的是，CFG桩的复杂性和土地多样性在计算中会引入很多不确定因素，因此在实际应用中需要结合现场试验和经验数据，进行合理的校核和验证。
复合桩地基沉降量计算方法分析
复合桩地基沉降量计算方法分析摘要：复合桩地基的沉降计算是岩土工程领域研究的热点问题。
文章结合工程实例，采用等效天然地基沉降计算方法和加权模量沉降计算方法分别对cfg桩和素混凝土夯扩桩组合的复合桩地基沉降量进行计算，并与工程沉降的实际测量结果比较。
结果表明：等效天然地基沉降计算方法计算值误差小，适合复合桩地基沉降计算。
关键词：复合桩地基沉降计算比较中图分类号：tu4 文献标识码：a 文章编号：地基与基础是工程结构的根基，又是地下隐蔽工程，关于它的设计施工直接关系建筑物的安危。
近年来在各类出现的建筑工程事故中，地基事故居于首位。
一旦发生地基基础事故，补救非常困难。
因此对地基基础的设计应当采取严谨科学的分析方法。
复合桩地基是将两种或两种以上不同的桩型按照设计组合与地基土共同构成的人工地基，它是20世纪末由我国提出的一种新的复合地基设计理念。
复合桩基充分利用单一桩型复合地基优点及桩间土的承载力，它能够大幅度提高复合地基承载力，起到强度与变形相协调，做到安全性与经济性的有机结合 [1-2]。
由于我国地质条件的差异，加之复合桩基理论的不成熟，在地基沉降量计算理论方面存在争议和未解决的问题。
本文以实际工程为例，分别以等效天然地基沉降计算方法与加权模量沉降计算方法计算复合地基的沉降量，并与实际观测结果进行比较，分析特定的地质环境下两种计算方法的差异。
1沉降量计算方法分析目前复合桩地基沉降计算通常采用的方法是将组合桩复合地基加固区中桩及桩周围的土视为复合土体，用复合模量表征加固区土体的压缩性，采用分层总和法计算加固区、非加固区各区域的变形，各区域变形的总量为复合桩地基最终的沉降量。
按各向同性均质线性变形体理论求附加应力；将加固区分为加固区ⅰ（两种桩型共同加固的区域）和加固区ⅱ（仅有单一桩型加固的区域）。
复合桩地基在加固ⅰ区，由于复合地基中桩体之间的夹持效应，桩间土和桩体之间共同沉降，在ⅱ区由于长桩的变形模量较大，桩身与土体之间不能共同沉降，当长桩桩端无坚硬土层时，长桩桩尖对桩端土体存在一定的塑性刺入量。
第2章 复合地基理论
地基处理
2.2 复合地基的作用机理与破坏模式
（1）复合地基的作用机理 ①桩体作用；②加速固结作用；③振密、挤密作用 ④加筋作用；⑤垫层作用
（2）复合地基的破坏模式
地基处理
2.3 复合地基的有关设计参数
（1）面积置换率
f. 时间 ②桩土应力比n的计算公式 a. 模量比公式
b. Baumann（1974）公式
c. Priebe公式
地基处理
2.3 复合地基的有关设计参数
d. Rowe剪胀理论的改进公式
如不考虑桩间土的剪胀性则式（2-9）变为:
e. 据复合地基和天然地基载荷试验p-s曲线推算公式
（3）复合模量
地基处理
2.4 复合地基承载力
（1）散体材料桩桩体承载力计算
①侧向极限应力法 ②被动土压力法 ③Brauns计算式 桩体极限承载力为：
根据极限承载力可由式（2-16）得出承载力标准值：
地基处理
2.4 复合地基承载力
（2）柔性桩桩体承载力
①按桩体材料强度计算
单桩竖向承载力标准值： ②按土的支持力计算 （3）刚性桩桩体承载力 （4）复合地基承载力
（3）桩身压缩量法
地基处理
Thank you
地基处理
复合地基置换率m为：
复合地基置换率分别为：
地基处理
2.3 复合地基的有关设计参数
（2）桩土应力比 桩土应力比n为： ①影响桩土应力比的因素 a. 荷载水平
b. 桩土模量比
地基处理
2.3 复合地基的有关设计参数
c. 复合地基面积置换率 d. 原地基土强度 e. 桩长
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Ep n E s
式中 Es′——加固后桩间土模量。
E
s
Es
（α——桩间土承载力提高系数）
——区别于桩基础。
2.复合地基的形成条件
形成条件：在荷载作用下，增强体与天然地基土体通过
变形协调共同承担荷载作用。
刚性基础
可压缩层 Es2
Ep>Es1
Ep
Ep>Es2
Es1
结论：复合地基
刚性基础
不可压缩层
Ep>Es1
Ep
分析结果：难以形成复
Es1
合地基。
刚性基础
Ep>Es1 Ep>Es2
垫层 Es2
2. 布桩形式与面积置换率的关系
正方形布置： m d 2
4l 2
网格状布置： m d 2
4ab
等边三角力比（n）：在某一荷载作用下，单位面积上桩
体和土体所受竖向平均应力之比。 n p s
2．影响桩土应力比的因素 （1）荷载水平；
加筋作用主要是指厚度不大的软弱土层，桩体可穿过整个软弱土层达到 其下的硬层上面．此时，桩体在外荷载的作用下就会产生一定的应力集中现 象，从而使桩间土承担的压力相应减小，其结果与天然地基相比，复合地基 的承载力会提高，压缩量会减小，稳定性会得到加强，沉降速率会加快，还 可用来改善土体的抗剪强度，加固后的复合桩土层将可以改善土坡的稳定性， 这种加固作用即通常所说的加筋作用。
第三篇 复合地基处理方法
按人工 地基类
型
均质地基处理方法 复合地基处理方法
均质软加固土部分
第六章 复合地基基本理论
一、复合地基的定义与分类 1.定义 天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，
或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，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。
2.复合地基的分类
结论：复合地基
Ep Es1 不可压缩层
复合地基的组成： 天然地基土 桩体 砂石垫层
垫层是保证形成复合地基 的措施，但不是必要条件。
刚性基础
Ep
最软弱土层
Es1 相对好土层 Es2
Ep>Es1 Es2>Es1
根据Ep、Es1、Es2之间 的大小关系分析判断
三、复合地基作用机理与破坏模式
（一）作用机理
p
P p Ap
P p mA
s
P s As
P s (1 m)A
（2）已知桩土应力比
δp
1
mn m(n
1)
n p (1 m) p
s
m s
δs
1m 1 m(n 1)
（四）复合模量 定义：复合模量表征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。
Esp mEp (1 m)Es
或
Esp 1 m(n 1)Es
式中
Ep——桩体压缩模量； Es——桩间土压缩模量； Esp——复合模量； n——桩土应力比；
m——置换率。
实际工程中，桩的模量直接测定比较困难。实用中可通过 假定桩土模量比等于桩土应力比，或者采用复合地基承载力的 提高系数计算复合模量。
（1）桩土应力比等于桩土模量比
1.挤密作用 砂桩、土桩、石灰桩、碎石桩等在施工过程中，由于振动、 挤压、排土等原因，可对桩间土起到一定的密实作用。石灰桩 具有吸水、发热和膨胀特性，对桩间土同样起到挤密作用。 2.加速固结作用 碎石桩、砂桩具有良好的透水性，可以加速地基的固结， 水泥土类和混凝土类桩在一定程度上也可以加速地基固结。 3. 置换作用
粘结材料桩
柔性桩
刚度较一般柔性桩大， 但明显小于一般混凝土 桩
（半）刚性桩
土桩 灰土桩 石灰桩 水泥土搅拌桩 粉体喷射搅拌桩 旋喷桩
CFG桩 树根桩
水平向增强复合地基
竖直向增强复合地基
斜向增强复合地基
长短桩复合地基
复合地基常用的形式
（2）按基础刚度和垫层分类
刚性基础下复合地基
无垫层 有垫层（柔性）
（1）按增强体方向和材料性质分类
复合 地基
水平向增强体复合地基 竖向增强体复合地基
桩体复合地基
散体材料桩复合地基 粘结材料桩复合地基
加筋土地基
桩体复合地基
碎石桩 砂桩 矿渣桩
特点：桩身材料无粘聚力， 单独不能成桩，需依靠周 围土体的围箍作用才能形 成桩体。
特点：桩体有较强粘聚力，但 模量和刚度远比混凝土小，在 大荷载作用下会变形过量甚至 断桩。
（6）时间：n随时间的延续逐渐增大，这是由于桩间土 的固结和蠕变使荷载向桩体集中。
（三）桩土荷载分担比 桩土荷载分担比：桩、土分担荷载的比例。
p Pp P
s Ps P
式中
Pp —— 桩承担的荷载； Ps —— 桩间土承担的荷载； P —— 总荷载。
桩土荷载分担比和桩土应力比的关系： （1）已知桩土荷载分担比
（二）复合地基破坏模式
破坏过程：
（1）桩间土首先 破坏引起复合地基全 面破坏；
（2）桩体首先破 坏引起复合地基全面 破坏；
（3）桩体与桩间 土同时发生破坏。
(a)刺入破坏 (c)整体剪切破坏
(b)鼓胀破坏 (d)滑动破坏
四、复合地基的常用概念
（一）面积置换率
1. 复合地基置换率（m）：桩体横截面积（Ap）与该桩 体所承担的加固面积（A）的比值，m=Ap/A。
（2）复合地基面积置换率：m增大，n减小。
（3）桩土模量比：桩土模量比增大，桩土应力比近于线 性增长。
钢或钢筋砼桩 >50
CFG桩 20～50
水泥搅拌桩（含 水泥5%～12%）
3～12
石灰桩 2.5～5
碎石桩 1.3～4.4
（4）原地基土强度：原地基土强度越高，n越小；原地 基土强度低，n越大；
（5）桩长：桩土应力比n，随桩长增大而增大，但达到 临界值Lc后，n值几乎不再增大；
柔性基础下复合地基
无垫层 有垫层（刚性）
刚性基础与柔性基础下复合地基承载性状不同：柔性基 础下复合地基的桩土荷载分担比要比刚性基础下的复合地基 小，而其沉降要比刚性基础大。
二、复合地基特点及形成条件
1.复合地基特点
（1）加固区是由基体和增强体两部分组成，是非均 质、各向异性的。
——区别于均质地基。 （2）在荷载作用下，基体和增强体共同直接承担荷 载的作用。
4. 垫层和加筋作用
垫层作用主要是指在较厚的软弱土层中，桩体没有打穿该软弱土层，这 样，整个复合地基对于没有加固的下卧层起到垫层的作用，经垫层的扩散作 用将建筑物传到地基上的附加应力减小，作用于下卧层的附加应力趋于均匀， 从而使下卧层的附加应力在允许范围之内，这样就提高了地基的整体抵抗力， 减少了沉降。