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 ;
m—复合地基置换率.
复合地基
图2-4 地基——复合地基区别
复合地基与桩基比较
性桩和刚性桩；桩基中的桩均为刚性桩； ·
复合地基
① 桩身材料与强度。复合地基中桩有散体材料桩、柔性桩、半刚
② 桩与上部结构的连接方式。复合地基中桩体与基础不是直接相
连的，它们之间通过垫层（碎石或砂石垫层）来过渡；而桩基中 桩体与基础直接相连，两者形成一个整体。如图2-5所示。 ③ 受力特性不同。复合地基的主要受力层在加固体内，由基体和 增强体两部分共同承担上部荷载、协同工作；而桩基的主要受力 层是在桩尖以下一定范围内，主要由桩体承担荷载作用。 ④ 群桩效应问题。由于复合地基的理论的最基本假定为桩与桩周 土的协调变形。为此，从理论而言，复合地基中也不存在类似桩 基中的群桩效应。 垫层 承台
复合地基发生何种破坏模式，与复合地基的桩型， 桩身强度，土层条件，荷载形式及复合地基上基础 结构的形式有关。
（1）对于不同的桩型，有不同的破坏模式。 （2）对于同一桩型，当其桩身强度不同时，也会有 不同的破坏模式。 （3）对于同一桩型，当土层条件不同时，也将发生 不同的破坏模式。
复合地基破坏模式小结
料桩复合地基往往发生鼓胀破坏，在一定的条件下，柔
性桩复合地基也可能产生此类型式的破坏。
Fk
鼓胀破坏（图2-6b）
鼓胀破坏 非均质粘性土中碎石桩破坏机理
复合地基
鼓胀破坏
破坏模式
复合地基
（c）整体剪切破坏（图2-6c）
在荷载作用下，复
合地基将出现图2-6c所示的塑性区，在滑动面上桩
和土体均发生剪切破坏。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
复合地基
(2)复合地基桩体破坏模式
复合地基中，桩体破坏模式可分为以下4种：刺
入破坏、鼓胀破坏、整体剪切破坏和滑动破坏
图2-6 复合地基中桩体可能破坏模式 (a) 刺入破坏；(b) 鼓胀破坏；(c) 整体剪切破坏；(d) 滑动破坏
复合地基
破坏模式
a.刺入破坏（图2-6a）
桩体刚度较大，地基土强度较
m= Ap/A 或
式中：
正方形布桩等效圆直径: 矩形布桩等效圆直径:
L
m= d2/ de2 （2-1） de＝1.13L
d e 1.13 L1 L2
de
L、L1、L2分别为桩间距、纵向间距 和横向间距。
图2－7a正方形布桩
面积置换率 m
复合地基
等边三角形布桩等效圆直径: 3 2 Ae L de＝1.05L 2 L为桩间距。
复合地基
桩体极限承载力ppf计算
（1）对刚性桩和柔性桩极限承载力计算
①根据桩身材料强度计算
p pf q
p Q uk pf u p
桩体极限抗压强度 (2－6)
②根据桩侧摩阻力和桩端阻力计算
q
ski
Li Ap q pk
(2－7)
式中 qski一桩周土极限侧阻力标准值； up一桩身周边长度； Ap一桩身截面面积； qpk一极限端阻力标准值； Li一按土层划分的各段桩长。对柔性桩，桩长大于临界桩 长时，计算桩长应取临界桩长值。
复合地基
水下的碎石桩复合地基
复合地基
复合地基静载荷试验
2.2 复合地基的作用机理与破坏模式
（1）复合地基作用机理 1）桩体作用
复合地基
复合地基承载力和整体刚度高于原地基，沉降量有所减少。
2) 垫层作用
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。
3)加速固结作用
除碎石桩、砂桩具有良好的透水特性，可加速地基的固结外，水 泥土类和混凝土类桩在某种程度上也可加速地基固结。
复合地基
3）复合地基常用的形式
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
图2-3 复合地基常用的形式
3. 复合地基特点
复合地基与天然地基比较：
复合地基
复合地基加固区是由增强体和基体两部分组成，是非 均质和各向异性的，该特点使复合地基区别于均质地 基。
垫 层
天然地基
第二章 复合地基理论与设计
复合地基
主要内容
2.1 复合地基概念与分类
2.2 复合地基的作用机理与破坏模式
2.3 复合地基设计参数
2.4 复合地基承载力计算
2.5 复合地基沉降计算 2.6 复合地基应用实例
2.1复合地基概念与分类
1. 发展概况
复合地基
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
复合地基
2.3复合地基设计参数
面积置换率 m 桩土应力比 n
复合模量 Esp
1. 面积置换率m
复合地基
研究复合地基时，是在众多根桩所加固的地基中，选取一根桩及其 影响的桩周土所组成的单元体作用为研究对象。若桩体的横截面积为 Ap，桩身平均直径为d,该桩体对应的加固面积为A，该桩体所对应的加 固面积的等效圆直径为de，则面积置换率m：
复合地基
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）复合地基中桩的分类
复合地基
由柔性桩和桩间土所组成的复合地基可称为柔性桩 复合地基，依次有： 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。
桩间土极限承载力psf计算
(1) 桩间土极限承载力影响因素
复合地基
以上因素大多是使桩间土极限承载力高于天然地基承载力 。
(2)桩间土极限承载力psf计算方法
复合地基
通常桩间土极限承载力 psf 取相应的天然地基极限 承载力值。除载荷试验或查规范外，常用斯开普顿
2.4复合地基承载力计算
1.复合地基极限承载力pcf计算式
桩、土承载力进行叠加：
复合地基
桩
土
(2－5)
pcf K11mppf K 2 2 (1 m) psf
式中： ppf——桩体极限承载力（kPa）； psf——天然地基极限承载力（kPa）；
K1—反映复合地基中桩体实际极限承载力的修正系数 ，一般大于1；
Ep Es
2）桩土模量比
3）桩土面积置换率，m 4）原地基土强度
5）桩长
6）时间 7）垫层
复合地基应力特性
（4）复合地基动力特性
碎石桩或砂桩处理液化地基的效果在于
1）提高了地基土（桩间土）的密实度； 2）改善了地基的排水条件；
3）地基土受到一定时间的预振动；
4）由于桩对桩间土的约束作用，使得地基的刚度增大 其他复合地基同样具有上述特征
也可能发生此类破坏。
塑性区
整体剪切破坏（图2-6c）
破坏模式
复合地基
（d）滑动破坏（图2-6d）
如图2-6d所示，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。各种复合地基都可能发 生这类型式的破坏。
滑动面
滑动破坏（图2-6d）
复合地基破坏模式小结
复合地基
2.3 复合地基应力特性 （1）基地反力;
（2）附加应力分布;
（3）桩土应力比，n;
（4）复合地基动力特性；
σp
σs
复合地基应力特性
（1）基底反力


桩顶范围内应力集中明显；
桩间土反力仍保持类似天然地基时的马鞍形分布
复合地基应力特性
（2）附加应力分布


国内外目前尚无复合地基附件应力计算公式；
复合地基中应力分布不
均匀；但总体上讲，仍