水平向增强体复合地基
地基处理与复合地基技术的探讨
地基处理与复合地基技术的探讨我国土地辽阔、地质各异。
并不是所有的天然地基都适合工程建设，在很多时候，不少工程都是不得不在地质条件不良的地基上进行修建。
这些不良的地质条件分为软弱土地基和特殊土地基两种。
软弱土地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土、或其他高压缩性土层构成的地基。
特殊土地基包括可液化的松砂和粉土地基、湿陷性黄土和膨胀土、红粘土和冻土等。
一、地基处理与复合地基技术的原理和分类（一）地基处理与复合地基中的原理复合地基技术是一种改善支撑建筑物的地基的承载能力或抗渗能力所采取的技术措施。
复合地基作为土木工程中应用广泛的建设施工技术，在技术的改进方面有着实质性的进步。
传统的复合地基技术主要有碎石、砂桩、混凝土搅拌桩、旋喷桩还有石灰桩，随着建筑物越来越高，对地基的要求也就越来越严格。
显然早期的复合地基已经不再适用与现代化城市的建设，为加强普通地基的强度，现代化的地基处理技术在天然地基中添加钢筋混凝土等材料或置换硬土等方式，对天然地基的局部或整体上进行加强。
复合地基及经过后天加工的天然地基，在地基非均匀沉降方面和地基的强度上具有一定的优势之外，也迅速改善了地基的渗透性。
实践表明，成熟的复合地基技术更能满足现代化建设的需要。
（二）地基处理与复合地基技术的分类复合地基按不同的施工技术类型。
按照加固的方向，可分为均质人工地基和水平向增强复合地基。
根据荷载传递机理可分为竖向增强体复合地基与水平向增强复合地基两类，其中竖向增强体复合地基分成柔性桩复合地基、散体材料桩复合地基和刚性桩复合地基三种。
刚性复合地基又可以分为微型桩复合地基和混凝土桩地基。
目前在国内应用普遍的复合地基技术主要是由多种施工方法形成的各类砂石桩复合地基，、低强度桩复合地基、水泥土桩复合地基、灰土桩复合土桩、地基、钢筋混凝土桩类复合地基，薄壁筒桩复合地基和加筋土地基等。
根据不同的建筑施工工地的地形，灵活采用不同的地基处理方式。
二、地基处理与复合地基在土木工程上的应用复合地基作为土木工程中重要的地基基础型式，在土木工程建设的应用广泛，随着现代化城市的发展，复合地基理论和工程也迅速成熟。
谈高速公路软基处理中复合地基技术的运用
部分软基沉 降在修筑路面前完成， 这是经济而有效的。但 是， 某
些 关 键 路 段对 地 基 沉 降要 求较 高 ， 在容 许 工 期 内采 用 预 压 排 水 加 固方 案难 以达 到工 后 沉 降 要 求 时 ， 则 宜考 虑 可 缩 短 工 期 的复
合地基方案。
根据地基 中增强体 的方 向可分 为水平 向增 强体 复合地基和 竖 向增强体复合地基。竖向增强体 习惯上称 为桩 ，有 时也称 为 柱 。如碎 石桩 、 桩、 泥土桩 、 砂 水 石灰桩 、 灰土桩、 钢筋混凝土桩 等 。根据竖 向增强体的性质 ， 桩体复合地基又可分为三类 ： 散体 材料桩复合地基、 柔性桩复合地基和刚性桩复合地基 。 散体材料
桩 只 有 依 靠 周 围土 体 的 围箍 作 用 才 能 形成 桩 体 。对 应 于 散体 材
（） １ 高填方桥头路段 。对桥头高路堤 的厚层软十地基， 特
采 用 排 水 方 案 ， 即 使 预 压 期 较 长 ， 也 难 达 到 １ 后 沉 降 标 准 （Ｏｍ） 采用 复合 地 基 方 案 并 结合 桥 头 搭 板 过渡 ， １ｏ 。 能较 好地 解 决 这 一 问题 。处理 范 围 以沿 路 线 方 向 台背 附近 ２ ～ ０ 为 宜 ， ０ ５ｍ 具体
是一种最古老加固方法， 已为石灰深层搅拌桩所取代 。 现 挤密砂
● Ｉ◆ ，◆ ｌ Ｉ ◆ Ｉ ● １ ， ０ ● ◆ Ｉ◆ Ｉ◆ Ｉ◆ ◆ ｌ＇ Ｉ◆ Ｉｌ ＩＩ ｌ Ｏ－ Ｉ ｌ ｉ ｌ● ｔ ， ● ◆ ， １ ０－ ｔ． ｌ ◆ ◆
表５
序 号 １ 项目 桩 身强度不合格 不合格桩数 ９ Ｏ
料桩 ， 视桩体 刚度不 同分为柔性桩和刚性桩两种 。 柔性桩复合地 基有水泥土桩复合地基 、 灰土桩复合地基等 。 水平 向增强体复合 地基主要指加筋土地基 。 随着土工合成材料的发展 ， 加筋土地基 应用越来越多 。加筋材料主要是土工织物和土工格栅 等。 上述 各类桩柱 中，土桩 与灰土桩 主要用于干旱地 区地下 水
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；
复合地基常见形式及选用原则
4.2复合地基常见形式及选用原则
《地基处理技术》
ห้องสมุดไป่ตู้ 录
1
复合地基常见形式
2
复合地基的选用原则
1.复合地基常见形式
在工程实践中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。
1.1增强体设置方向
水平向增强 复合地基
1.复合地基常见形式
1.3基础刚度以及是否设置垫层
➢ 刚性基础下和路堤下复合地基性状具有较大的差异。为叙述 方便，将填土路堤下复合地基称为柔性基础下复合地基。柔 性基础下复合地基的沉降量远比刚性基础下复合地基的沉降 大。
➢ 为了减小柔性基础复合地基的沉降，应在桩体复合地基加固 区上面设置一层刚度较大的“垫层”，防止桩体刺入上层土 体。
2.复合地基选用原则
原则1
水平向增强体复合地基主要用于提高地基稳定性。
原则2 原则3 原则4 原则5
散体材料桩复合地基适用于加固砂性土地基，对饱和软粘土地基应慎用。
对深厚软土地基，可采用刚度较大的复合地基，适当增加桩体长度以减少地基 沉降，或常用长短桩复合地基的形式。
刚性基础下采用粘结材料桩复合地基，若桩土相对刚度较大，且桩体强度较 小时，桩头与基础间宜设置柔性垫层。若桩土相对刚度较小，或桩体强度足够 时，也可不设褥垫层。
1.4复合地基常用的形式总结
• 增强体设置方向 ①竖向； ②水平向； ③斜向。 • 增强体材料 ①土工合成材料，如土工格栅、土工织物等； ②砂石桩； ③石
灰桩、水泥土桩等；④CFG桩和低强度混凝土桩等；⑤两种以 上竖向增强体（多元复合地基）；⑥水平向和竖向增强体（桩 网复合地基）。 • 基础刚度和垫层设置 ①刚性基础，设垫层； ②刚性基础不设垫层； ③柔性基础，设垫 层； ④柔性基础不设垫层。 • 增强体长度 ①等长度； ②不等长度（长短桩复合地基）。
地基处理(复合地基)
复合地基计算简图
我国复合地技术发展：
1990年 河北承德，由中国建筑学会地基基础专业委员会
黄熙龄院士主持召开了我国第一次以复合地基为专题的学
术讨论会。
应用领域
高等级公路 铁路 堆场 房屋建筑 机场 堤坝
工业厂房地基
堆场水泥土搅拌桩复合地基
房屋建筑粉喷桩复合地基
水 下 的 碎 石 桩 复 合 地 基
m
Ap A
复合地基容许承载力：
p cc
p cf K
安全系数
复合地基承载力特征值：
桩间土发挥程度
f spk K11mf pk K22 (1 m) f sk
地基承载力表达形式的辨析：
地基极限承载力：地基处于极限状态时所能承担的最大荷载，或者说地基产 生失稳破坏前所能承担的最大荷载。 基于土力学中普朗德尔假设求解，如太沙基地基承载力解。一般来说， 对某一地基而言，其极限承载力是唯一的。 地基容许承载力：地基极限承载力除以安全系数。其值不唯一。
碎石桩复合地基
强夯置换复合地基
码头
机场
2、 复合地基的分类与形成条件
（1）根据地基中增强体的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。
均质人工地基
双层地基
水平向增强 复合地基
竖直向增强 复合地基
（2）根据复合地基工作机理可作下述分类；
散体材料桩复合地基 柔性桩复合地基 竖向增强体复合地基 粘结材料桩复合地基 复合地基 半刚性桩复合地基 刚性桩复合地基 水平向增强体复合地基
非均质粘性土中碎石桩破坏机理
4 复合地基承载力计算（桩体复合地基）
竖向增强体复合地基习惯上称为桩体复合地基。
地基处理考题范围(学生版)
地基处理考题范围（学生版）一、名词解释地基，人工地基，天然地基，软弱地基，软土地基，软土，冲填土，杂填土；换填法；强夯法，单击夯土能，总夯击能量，单位夯击能，最佳夯击能；面积置换率，砂基预振效应，CFG 桩，固结，固结度，涂抹作用，井阻效应，井径比，水泥浆液的沉淀析水性，浆液的可灌性，可灌比值，水泥土，水泥土桩有效桩长，水泥掺入比，水泥掺量，加筋土，加筋土墙，土工合成材料，复合地基，桩土应力比，荷载分但比，应力集中系数μp，应力降低系数μs，压实系数。
二、填空题1、地基按是否处理分为（）和（）。
2、地基按土类分为（）、（）、（）、（）、（）。
3、地基设计通常要满足（）、（）和（）要求。
4、特殊土主要包括（）、（）、（）、（）、（）及岩溶地层等。
5、地基处理方法按作用机理可分为（）法、（）法、（）法、（）法、（）法、（）法和（）法等。
6、按垫层材料分类，通常有（）垫层，（）垫层，（）垫层，（）垫层，（）垫层。
7、石灰桩法按用料特征和施工工艺方法可分为（）法、（）法、（）法。
8、排水固结法通常由（）系统和（）系统两部分组成。
9、竖向排水方法通常有（）排水法、（）排水法和（）排水法。
10、用于排水固结法加压系统中的方法有（）法、（）法、（）法、（）法和联合法。
11、灌浆法所用的浆液材料通常有（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）。
12、灌浆材料的主要性质包括（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）。
13、灌浆法中，按灌浆机理分为（）灌浆、（）灌浆、（）灌浆和（）灌浆。
14、灌浆设计的主要内容包括（）、（）、（）、（）、（）、（）以及其他。
15、高压喷射注浆法按工艺类型可分为（），（），（）和（）。
16、高压喷射注浆法按喷射方向可分为（）、（）和（）。
17、表示土工合成材料的物理特征指标有（）、（）和（）。
18、表示土工合成材料的力学特征指标有（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）。
复合地基概念及分类
4.1复合地基概念及分类
《地基处理技术》
目 录
1
复合地基的概念
2
复合地基的分类
1 复合地基概念
1.1发展概况 复合地基的概念已成为很多地基处理方法的理论分析及公式建立 的基础和根据。它已广泛地运用于如碎石桩、砂桩、水泥土搅拌 桩、旋喷桩和石灰桩等加固地基的理论分析中。
初期
复合地基一词最早 出现在1962年，用来形 容采用碎石桩加固的地 基
2.2复合地基中桩的分类 在竖向增强体复合地基中，桩的作用是主要的，而地基处理中
桩的类型较多，性能变化较大。为此，可根据增强体（桩体）所采 用的材料以及成桩后桩体的强度（或刚度）来进行分类。
2复合地基分类
2.2复合地基中桩的分类 散体材料桩复合地基—如碎石桩、砂桩、矿渣桩等； 柔性桩复合地基—如石灰桩、土（或灰土）桩； 半刚性桩—如水泥土搅拌桩、旋喷桩等； 刚性桩复合地基——混凝土类桩（如CFG桩等）。 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 特性类似柔性桩；而当掺入量较大时，又类似于刚性桩。
复合地基与天然地基同属地基范畴。
复合地基示意图
粉喷桩复合地基
2复合地基分类
2.1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来自水平向增强 体复合地基
人工地基分类
竖直向增强 体复合地基
2复合地基分类
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后来
深层搅拌法和高压 喷射注浆法的应用，人 们开始重视水泥土桩复 合地基的研究
1.2复合地基组成 天然地基土 土质桩或胶结掺料桩 砂石垫层
复合地基
复合地基发展过程
碎石桩 复合地基
低强度混凝土桩 复合地基
水泥搅拌桩 复合地基
钢筋混凝土桩 复合地基
散体材料 复合地基
狭义 复合地基概念
柔性桩 复合地基
广义 复合地基概念
刚性桩 复合地基
。
2、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。
分为桩长相等和不 相等。
按增强体长度分类 等长桩复合地基
长短桩复合地基
长短桩复合地基长短桩布置形式
长短相间
外长中短
中长外短
长短桩复合地基的优点
在荷载作用下，地基浅部附加应力大，而深部附 加应力小； 一般情况下，天然地基浅部土体压缩模量小，而 深部土体压缩模量大。
长短桩复合地基加固区浅部置换率大，而深部置换率小。 采用长短桩复合地基可充分发挥材料加固潜能，加固效果好， 而且经济。
对增强体材料，水平向增强体多采用土工合成材
料，如土工格栅、土工织物等；竖向增强体可采用
砂石桩、水泥土桩、土桩与灰土桩、CFG 桩等。 在建筑工程中，桩体复合地基承担的荷载通常是 通过钢筋混凝土基础传给的，而在路堤工程中，荷 载是由刚度比钢筋混凝土基础小得多的路堤直接传
递给桩体复合地基的。前者基础刚度比增强体刚度影响桩Fra bibliotek应力比的因素分析
a、基础刚度 刚性基础下桩土应力比随
荷变化曲线出现峰值，数
值较大。 柔性基础下复合地基桩土 应力比随荷变化曲线出现最 小值，数值小于刚性基础下 复合地基。
刚性基础下复合地基
柔性基础下复合地基
b、桩的刚度
刚性基础下复合地基，桩
的刚度越大，桩土应力比越
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水平荷载造ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的竖向承载力降低
（2）增强地基土的约束力，提高竖向承载力。 未加筋路堤，由于路堤材料是松散材料，不能承担 拉力，不能约束表面地基土的路堤传来的竖向荷载下产 生的侧向变形，常在路堤的两侧产生较大位移。约束地 基土体的侧向变形，能提高地基的竖向承载力，其主要 的决定因素为基底是粗糙还是光滑。 当基底粗糙时，水平向加筋处理能有效地约束地基土 的侧向变形，从而提高地基土竖向承载力。
加筋体约束的反作用力
（3）增强路堤填料土拱效应，调整不均匀沉降。 工程实例证明，加筋体协调路面沉降的能力是很强 的，在软土地基上能明显地将路堤横断面上的“锅底状” 沉降调整成“平底碟状”，显著减小最大沉降量，在深 厚软土地区尤其明显。土拱效应使得地基所受竖向压力 重分布，使路肩下压力减小，堤址处压力增大，从而增 加了路堤的稳定性。
路堤填料中的土压力
（4）应力扩散和柔性筏基效应 水平加筋垫层作为水平向增强体，具有一定的应力 扩散角，能够有效扩散上部路堤传来的荷载。同时，填 土与筋材紧密结合，相互作用，共同工作，构成了一个 相对软弱下卧层而言具有相当大的抗拉，抗弯和抗剪强 度的复合体，这种复合体可视作一种柔性的筏板基础， 具有将荷载向路堤两侧转移，降低应力峰值，均化应力 分布的作用。
二、破坏形式
延伸率
弓形沉降
柔性地基
响因素也较多。
加筋作用主要体现在以下四方面:
（1）承担水平荷载，提高地基土承载力
对于地基土来说，承受的主要荷载是竖向荷载，来 自填料的自重。另一个荷载是来自路堤填料轴线向两侧 的水平推力，在这个水平推力的作用下，地基的承载能 力下降。在加筋路堤中，由于加筋垫层可以承担水平向 荷载使得复合地基的竖向承载力大大提高。
水平向增强体复合地基
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，可用于加固软 土路基、堤坝和油罐基础等。 加筋材料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。
复合地基工作性状与加筋体长度、强度、加筋层数 以及加筋体与土体间的粘聚力和摩擦系数等因素有关。 受荷后复合地基破坏可具有多种形式,影响因素也很多。 到目前为止,许多问题还尚未完全搞清楚,其计算理论尚不 成熟,并且各类实用性计算方法繁多。
一、作用机理
水平加筋垫层的施工，通常是先铺设一层级配良好 的砂石垫层，再铺设加筋层，压实后又填充一层级配良 好的砂石垫层再压实，以形成具有一定抗弯刚度的水平 加筋垫层。由于柔性基础下复合地基的承载力低，且沉 降大，地基破坏主要是由于桩间土进入流动状态，桩体 强度发挥度很低。基于这一特点，在路堤等柔性基础下 设置刚度较大的加筋垫层，可以防止桩体的刺入变形， 提高地基的承载力，减小复合地基沉降。
根据水平向增强体复合地基加固机理及荷载的传递 性质, 对水平向增强体复合地基,可以把加固区范围内的 复合土层当成模量和承载力已增大的自然土层,可参照 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001,以下简称《抗震 规范》)中关于天然地基基础抗震验算的有关规定进行计 算.验算地震作用下的竖向承载力时,可根据地震作用效应 标准组合的基础底面平均压力和边缘最大压力按公式 p≤faE和pmax≤1.2faE进行验算。