复合地基和复合桩基的比较研究毕业设计

1、河北大学2014届本科生毕业论文（设计）1 引言随着社会的不断发展，人类在建筑方面的造诣也愈发厉害，而作为建筑的基础，人们对基础工程的研究也在不断的进步，到现在出现了许多成熟的基础形式。比较有代表性的就数复合地基和复合桩基了，这俩种基础形式也各自有各自的有点，由于他们的广泛运用，给人们带来了巨大的益处，虽然他们各自特点比较鲜明，但是在工程中，仍然有许多技术人员对复合地基与复合桩基没有一个十分清楚的概念和理解，不了解二者的区别与联系，作为当前主流的地基形式，有必要真正的了解其中的异同。也希望这篇论文能给广大的工程技术人员提供一定的参考，以明确概念。2 复合地基的简述2.1 复合地基的定义和发展复

2、合地基(composite foundation)的概念是日本学者在20世纪60年代初提出的。当时是指一种砂型地基的数学模型，随着地基处理技术的发展，复合地基的概念得到了很大的扩展。复合地基是指在地基处理过程中，部分土体得到增强或置换，或在地基中设置加筋材料，加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基;在荷载作用下，基体与增强体共同承担荷载的作用。由于经济的发展及对外开放的需要，各种工程建设得以迅速发展，随之而来的是不良地质条件的迅速增多。为了满足地基的强度、变形及抗震等要求，必须对天然土层进行人工处理。目前绝大数地基处理方法是通过形成复合地基以达到提高地基承载力、减少沉降、提高经济效益的目的

3、。张爱军提出了复合地基优化的总体目标和应该遵循的基本原则,较为全面地分析归纳了复合地基优化的技术措施,使得目前零散、孤立的复合地基优化方法系统化、理论化,从而建立了复合地基优化理论的基本框架体系。张明远对刚性桩复合地基承载理论进行了系统的研究,构建了复合地基优化设计模型;利用人工智能理论及方法对刚性桩复合地基承载力及沉降进行了预测研究,建立了刚性桩复合地基承载力及沉降预测模型;结合工程实例,验证了上述模型的有效性。王伟基于对复合地基承载特性和变形特性的深入研究,本文将半无限弹性空间中的Geddes解与Mindlin解应用于刚性桩复合地基沉降计算,考虑了桩的荷载传递特性、桩侧摩阻力及荷载作用深度

4、等因素对复合地基变形的影响。通过工程实例的验证,表明该方法是可行性的。丁继辉； 孟艳杰； 王维玉； 徐成杰根据弹塑性力学的增量理论,对混凝土、夯实水泥土和土采用Druker-Prager屈服准则,建立现浇刚性芯复合桩复合地基的计算模型,基于IFEPG有限元自动生成系统,编制了有限元程序。吴继国得出单桩复合地基承载特性的影响因素及其随影响因素变化而变化的规律,并在此基础上对多桩复合地基的承载特性进行分析,找出多桩复合地基承载特性随着影响因素变化而变化的规律。冯亮亮深入研究了本构数值积分算法的基础上,对Duncan-Chang非线性弹性模型,推导了该模型的算法方程式,编写了相应的计算程序。复合地基

5、发展到如今，由于它造价低，运用面广泛，深受工程界和人们的喜爱，他的迅猛发展也是在意料之中的，复合地基既然这么受欢迎，那么它的特点点是什么呢？从前边的概念我们可以理解到加固区域是由基体和增强体俩个部分组成，二者共同承担荷载的作用，加入单纯的从受力来看的话，复合地基是介于天然地基和纯桩基之间的。当前复合地基理论研究的最新发展表现为：多元复合地基的出现和大量应用；工前、工中、工后地基处理方式的灵活应用；一次型施工与工后加固方式的有机结合；增强承载力与减少沉降相结合，对于不同的目的采用不同的思路。2.2 复合地基的特点复合地基由两个基本特点：一、加固区是基体和增强体两部分组成，是非均质和各向异性的；二

6、、荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。前一种特征使它区别于均质地基（包括天然的和人工的均质地基），后一特征使它区别于桩基础。基体和增强体形成复合地基有一定的条件，在荷载作用下，通过两者变形协调，共同分担荷载。从荷载传递机理看，竖向增强体复合地基界于均质地基和桩基础之间。在某种意义上讲，均质地基和桩基础是竖向增强体复合地基的两种特殊情况。以后可以看到，当复合地基置换率等于零的时候，复合地基退化为均质地基，当复合地基桩间土强度发挥度等于零时，复合地基退化为桩基。2.3 复合地基的分类复合地基技术在我国得到了广泛的应用和发展。据不完全统计，在地基处理中应用的桩型不下十几种，其中应用比较广泛的

7、有：振冲碎石桩复合地基干振碎石桩复合地基砂土桩复合地基灰土桩复合地基石灰桩复合地基深层搅拌水泥土桩复合地基粉喷水泥土桩复合地基夯实水泥土复合地基水泥粉煤灰碎石桩复合地基。显然，上述复合地基主要是由增强体材料性质和成桩工艺而定名的。例如，增强体材料为水泥土，则称为水泥土桩复合地基。而按施工工艺不同又分为深层搅拌桩（由水泥浆与原土强制搅拌而成）复合地基、粉喷桩（由水泥粉和原土强制搅拌而成）复合地基、旋喷桩（由高压喷射注浆旋喷法形成的水泥土桩）复合地基和夯实水泥土桩（由在孔外将水泥粉和过筛的土均匀拌和、分层回填夯实而成）复合地基。比如，桩体材料为碎石的碎石桩复合地基，根据施工工艺的不同又可分为振冲碎

8、石桩复合地基、干振碎石桩复合地基、振动沉管挤密碎石桩复合地基和强夯置换碎石桩复合地基。 许多学者基于试验研究和工程应用方面的考虑，按桩体材料的性状、施工工艺和桩在复合地基的承载特性，对复合地基进行分类。按成桩材料分类如下： 1） 散体土类桩。如砂（砂石）桩、碎石桩等。 2） 水泥土类桩。如水泥土搅拌桩、旋喷桩等。 3） 混凝土类桩。如CFG桩、树根桩等。 按桩体刚度的分类如下： 1） 柔性桩。散体土类桩属于此类桩。 2） 半刚性桩。如水泥土类桩。 3） 刚性桩。比如混凝土类桩。按桩体材料的性状，特别是桩体置换作用的大小，将复合地基分类如下： 1） 散体桩复合地基。如砂桩、碎石桩为增强体的复合地

9、基。 2） 一般粘结强度桩复合地基。如石灰桩、水泥土桩为增强体的复合地基。对一般粘结强度桩可以再细分为：a 低粘结强度桩复合地基。如石灰桩复合地基。 b 中等粘结强度桩复合地基。如旋喷桩、夯实水泥土桩为增强体的复合地基。 3）高粘结强度桩复合地基。比如CFG桩复合地基。桩体粘结强度的变化，对复合地基的工作性状影响很大。按桩体材料粘结强度分类，有助于对复合地基个性的认识和系列化的研究。2.4 复合地基常用的形式竖直向增强复合地基斜向增强复合地基水平向增强复合地基长短桩复合地基 图2-1 复合地基常用形式2.5 复合地基作用机理与破坏模式a 复合地基作用机理 1） 桩体作用 复合地基承载力和整体刚

10、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。 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。b 复合地基桩体破坏模式复合地基中，桩体破坏模式可分

11、为以下4种：刺入破坏、鼓胀破坏、整体剪切破坏和滑动破坏。(a) 刺入破坏；(b) 鼓胀破坏；(c) 整体剪切破坏；(d) 滑动破坏 图2-2 复合地基中桩体可能破坏模式1) 刺入破坏桩体刚度较大，地基土强度较低的情况下较易发生桩体刺入破坏。桩体发生刺入破坏后，不能承担荷载，进而引起桩间土发生破坏，导致复合地基全面破坏。刚性桩复合地基较易发生此类破坏，如图2-3。 图2-3 刺入破坏2) 鼓胀破坏 非均质粘性土中碎石桩破坏机理，如图2-4。 图2-4 鼓胀破坏3) 整体剪切破坏 在荷载作用下，复合地基将出现图2-5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

12、破坏，柔性桩复合地基在一定条件下也可能发生此类破坏。 图2-5 整体剪切破坏4) 滑动破坏如图2-6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。 图2-6 整体剪切破坏 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。 综上所述，由于复合地基的破坏模式比较复杂，一般可以认为取决与桩体和桩间土的

13、破坏，其中桩体的破坏特性是主要的。2.6 复合地基承载力特征值计算初步设计时，复合地基承载力特征值也可按下列公式估算： (2.1) (2.2) (2.3) (2.4) (2.5)式中：单桩截面积（）； 单桩竖向抗压承载力特征值（kN)； 桩间土地基承载力特征值(kPa)； 复合地基置换率； 桩体直径（m)； 单根桩分担的地基处理面积的等效圆直径（m)； 复合地基中桩体实际竖向抗压承载力的修正系数，与施工工艺、复合地基置换率、桩间土的工程性质、桩体类型等因素有关，宜按地区经验取值； 复合地基中桩间土地基实际承载力的修正系数，与桩间土的工程性质、施工工艺、桩体类型等因素有关，宜按地区经验取值； 桩

14、体竖向抗压承载力发挥系数，反映复合地基破坏时桩体竖向抗压承载力发挥度，宜按地区经验取值； 桩间土地基承载力发挥系数，反映复合地基破坏时桩间地基承载力发挥度，直按桩间士的工程性质、地区经验取值； 桩体竖向抗压承载力修正系数，宜综合复合地基中桩体实际竖向抗压承载力和复合地基破坏时桩体的竖向抗压承载力发挥度，结合工程经验取值； 桩间土地基承载力修正系数，宜综合复合地基中桩间土地基实际承载力和复合地基破坏时桩间土地基承载力发挥度，结合工程经验取值。当采用本规范公式(2)确定复合地基承载力特征值时，其中可取1.0;当加固桩属于端承型桩时，可取0.10.4，当加固桩属于摩擦型桩时，可取0.50.9，当处理

15、对象为松散填土层、欠固结软土层、自重湿陷性土等有明显工后沉降的地基时，且可取0。复合地基承载力的基础宽度承载力修正系数应取0；基础埋深的承载力修正系数应取1.0。修正后的复合地基承载力特征值（）应按下式计算： (2.6)式中：复合地基承载力特征值(kPa)； 基础底面以上土的加权平均重度(），地下水位以下取浮重度； 基础埋置深度(m)，在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工完成后进行时，应从天然地面标高算起。2.7 复合地基变形计算将加固区和下卧层分开考虑分别计算沉降量，即加固区沉降和加固区下卧层沉降分别计算，地基总沉降量。其计算公式为： (2.7)式中：为加固区的沉降量；

16、 为加固区下卧层压缩量。通常采用分层总和法计算； 为下卧层的土层分层数； 为下卧层第层土的变形模量； 为下卧层第土层的厚度； 为第层的平均附加应力。计算加固区沉降量的计算方法主要有复合模量法（法）、应力修正法（法）和桩身压缩量法（法）。 a) 复合模量法 将桩体和桩间土看做一复合体，引进复合模量（）的概念，进而确定复合土体的压缩性，其计算公式为： (2.8)值可以通过面积加权平均法计算或弹性理论表达式计算，也可以通过室内实验测定。面积加权平均法表达式为： (2.9)式中：为加固区土层的分层数； 为加固区第层的复合变形模量； 、分别为桩桩间土的变形模量； 为符合地基面积置换率。 b) 应力修正法

17、桩体和桩间土构成复合地基共同承担上部荷载作用，由于桩间土承担的荷载比复合地基的平均荷载要小，可以忽略状体的存在，按照桩间土的变形模量，乘以应力修正系数，得到加固区的变形模量，采用分层总和法计算加固去的土层的压缩量，其计算公式为; (2.10) (2.11)式中：为应力修正系数； 为桩土应力比； 为复合地基中第层桩间土的富家平均应力；相当于未加固地基在荷载作用下第层土上的平均附加应力； 未加固区地基在荷载作用下的压缩量。 c) 桩身压缩量法如果加固区下卧层图层性质较好，即桩身不会产生刺入下卧层的变形量，则可以由桩身的压缩量得到复合土层的变形量。其计算公式为为： (2.12) (2.13)式中：应

18、力集中系数； 为桩身压缩量。2.8 复合地基下卧层计算当地基受力层范围内有软弱下卧层时见图2-7，应按照下式进行验算：式中：为相应于荷载效应标准值组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值，； 为软弱下卧层顶面处的自重应力值，；为软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值，。对于条形基础和矩形基础可以按照下列简化公式计算： （条形基础） (2.14) （矩形基础） (2.15)式中：为矩形基础或条形基础底边的宽度，； 为矩形基础底边的长度，； 为基础底面处土的自重压力值，； 为基础底面之软弱下卧层顶面的距离，； 为地基压力扩散先线与垂直线的夹角，由表2-1确定。软弱下卧层图2-7软弱下卧层表2-1

19、地基压力扩散角0.250.5036°23°510°25°1020°30°注：1.为上层土压缩模量；为下层土压缩模量。 2.时，取0°，必要时，宜由试验确定；时值不变。3 复合桩基的简述最近在刚体桩的研究中，有的学者提出复合桩基的概念,复合桩基是指考虑承台下桩间土承载的桩基础。复合桩基与普通桩基础在设计上的区别在于复合桩基除考虑桩体本身的承载力外，还要考虑承台下桩间土的承载力,两者的叠加形成复合桩基整体的承载力。复合桩基是指按大桩距（约56倍桩径）布置的低承台摩擦型群桩与承台底土体共同承载的新型基础形式.它是天然地基和纯桩基之

20、间的过渡型.当复合桩基中单桩达到极限状态后承台还能继续承担一部分荷载。复合桩基是指由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。前四项可按规范要求选用，而场地类别一般则按工程地质勘察报告所给的结论选用,其结论将直接影响地震作用效应的计算结果。所谓复合桩基，通常是指由桩和承台(筏板)及承台底地基土三者共同承担荷载的桩基.复合桩基的种类繁多，包括桩台基础、桩筏基础、桩箱基础、桩梁基础等。复合桩基是指按大桩距(一般在5倍6倍桩径以上)稀疏布置的低承台摩擦群桩或端承作用较小的端承摩擦群桩与承台底土共同承担上部荷载的桩基础。按复合桩基设计桩基础,可以使工程用桩量大大减少,从而取得良好的经济效益。为了发挥桩间土的

21、承载能力考虑桩土共同承担荷载常规桩基的桩距被加大这种桩基称为复合桩基。目前复合桩基的作用机理还没有完全搞清楚本文主要开展了复合桩基共同作用分析研究。桩基具有承载力高、沉降量小而较均匀等特点，基本上可以运用于各种工程地质条件中，当天然地基不能满足地基基础设计承载力时候，就可以在用桩基础将荷载传送至地基深处。复合桩基能承受垂直何在、水平荷载、上授力、机器的震动等动力作用。广泛运用于房屋地基桥梁等多种工程中。桩是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件。它是最古老的基础形式之一。在人类有历史记载以前，就已经在地基土条件不利的河谷及洪积地区采用了桩基这种基础工程方法，桩基用于桥梁，历史亦极为悠久。3.1 复合

22、桩基的早期应用早在70008000年前的新石器时代，人们为了防止猛兽侵犯，曾在湖泊和沼泽地里栽木桩筑平台来修建居住点。这种居住点称为湖上住所。在中国，最早的桩基是浙江省河姆渡的原始社会居住的遗址中发现的。到宋代，桩基技术已经比较成熟。在营造法式中载有临水筑基一节。到了明、清两代，桩基技术更趋完善。如清代工部工程做法一书对桩基的选料、布置和施工方法等方面都有了规定。从北宋一直保存在上海市龙华镇龙华塔(建于北宋太平兴国二年,977年)和山西太原市晋祠圣母殿(建于北宋天圣年间，10231031年)，都是中国现存的采用桩基的古建筑，据 水经注记载，公元前532年在今山西汾水上建成的三十墩柱木柱梁桥，即

23、为桩柱式桥墩。三辅黄图记载的秦代所建渭桥（公元前221年一公元前206年），经分析亦为木桩基础。1随着水泥工业，现代钢铁工业，化学工业等新兴工业技术的崛起，目前桩基技术已形成了一个庞大的复杂体系，适用于多种工程。3.2 复合桩基的特点桩基础是最常用的一种深基础。当地基浅层土质不良，采用浅基础无法满足结构物对地基强度、变形及稳定性方面的要求，且又不适宜采取地基处理措施时，往往需考虑桩基础。承受竖向荷载的桩通过桩侧摩阻力和桩端阻力将上部荷载传递到深部土（岩）层，而承受横向荷载的桩则由桩身材料和桩侧土（岩）的弹性抗力来抵抗。根据工程的特点，桩可以发挥各种不同的作用。桩的作用主要有： 1) 通过桩的侧

24、面和土的接触，将荷载传递给桩周土体，或者将荷载传给深层的岩层、砂层或坚硬的粘土层，从而获得较大的承载能力以支承重型建筑物。2) 对液化的地基，为了在地震时仍保持建筑物的安全，采用基桩穿过液化土层，将荷载传给稳定的不液化土层。 3） 桩基具有很大的竖向刚度，因而采用桩基础的建筑物，沉降较小且比较均匀，可以满足对沉降要求特别高的上部结构的安全需要和使用要求。 4） 桩具有很大的侧向刚度和抗拔能力，能抵抗台风和地震引起的巨大水平力、上拔力和倾覆力矩，保持高耸结构物和高层建筑的安全。5） 改变地基基础的动力特性，提高地基基础的自振频率，减小振幅，保证机械设备的正常运转。3.3 复合桩基的分类建筑物要降

25、低造价，基础的设计是很重要的因素。而高层建筑的基础往往采用桩基础，因此，如何选择合理的桩基方案，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。这就要求我们设计人员熟悉桩基的分类，认真做好桩基的方案，现对工程实践常见的桩基分类简述如下：a 根据桩基承台底面位置不同分类桩基承台底面位置的高低将直接影响桩基的受力性能和施工的难易程度。根据承台的底面位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础（简称高桩承台和低桩承台）。1) 高桩承台的承台底面位于地面（或局部冲刷线）以上，部分桩身沉入土中，可避免或减少水下作业，施工较为方便，在桥梁工程中应用较广。2) 低桩承台的承台底面位于地面（或局部冲刷线）以下，基

26、桩全部沉入土中，其受力性能好，能承受较大的水平外力，多用于高层建筑及桥台基础。b 按成桩方法对土层的影响分类不同成桩方法对周围土层的扰动程度不同，将影响到桩承载能力的发挥和计算参数的选用。一般可分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类。1） 挤土桩。也称排上桩，在成桩过程中，桩周土被压密或挤开，因而使周围士层受到严重扰动，土的原始结构遭到破坏，土的工程性质有很大的改变。2） 部分挤土桩。也称微排土桩，在成桩过程中，桩周土仅受到轻微扰动，土的原状结构和工程性质变化不明显。3） 非挤土桩。也称非排土桩，在成桩过程中，将与桩体积相同的士挖出，因而桩周围的土较少受到扰动，但有应力松弛现象。c 按功能分类根

27、据桩的使用功能可分为轴向抗压桩、轴向抗拔桩、横向受荷桩（主妻承受水平荷载）和复合受荷桩（同时承受轴向、横向荷载）。d 根据桩的竖向荷载传递机理可分为摩擦桩和端承桩1) 摩擦桩：竖向荷载下，基桩的承载能力以桩侧摩阻力为主的桩，称为摩擦桩。外部荷载主要通过桩身侧表面与土层之间的摩擦阻力传递给周围的土层，桩端只承受部分荷载，一般不超过10%。如打在饱和软土地基和松砂地基中的桩。这类桩基的沉降较大，稳定时间也较长。2) 端承摩擦桩：竖向荷载下，基桩的承载能力以桩端阻力为主的桩，称为端承桩。在外部荷载作用下，桩的端阻力和侧摩阻力都同时发挥作用。如穿过软弱地层嵌入较坚实的硬粘土和砂、砾持力层的桩。这类桩的

28、侧、端阻力所分担荷载的比例，与桩径、桩长、土层的摩擦系数以及持力层的承载力有关。e 按桩材分类根据桩的材料可分为木桩、混凝土桩（含钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩）、钢桩和复合桩。1) 预制混凝土桩：可在工厂集中生产，也可在场地附近预制。一般为 400×400或500×500，单节长10m左右，在高层建筑中已被广泛应用。2) 灌注混凝土桩：是用桩机设备在施工现场就地成孔或采用人工挖孔，在孔内放置钢筋笼，其深度和直径根据工程地质勘察报告，由设计单位确定。3) 钢桩：主要采用型钢和钢管两大类，作临时支挡结构或永久性的码头工程。H型钢和I型钢桩则主要用作支承桩。钢管桩则由各种直径

29、和壁厚的无缝钢管制成。4) 复合桩是指一根桩用两种或多种材料组成的桩.随着复合桩的发展，出现桩与周围土体共同作用的复合地基。其通过桩、基础以及两者之间垫层的共同作用，来承担上部荷载。复合桩基有砂（砂石）桩、碎石桩、水泥土搅拌、CFG桩等。f 其他分类:1) 按其直径大小分大直径，中等直径，小直径桩，桥梁常见大直径桩。2) 按其纵向截面形状分为直身桩，扩底桩，多节桩，竹节桩，表面带螺纹的桩，近几年有出现了多支盘挤扩桩，DX 桩等。3) 按其竖向受荷条件分为抗压桩和抗拔桩等。4) 按其水平向受荷条件分为主动桩和被动桩等。连接成一个整体，将上部荷载传递给桩。3.4 复合桩基处理技术 在工程实际中，经

30、常会遇到下述情况，较深厚的软土地基上的基础设计如果采用天然地基上的浅基础方案，地基强度不能满足承载力要求但相差不大，地基变形往往无法满足设计要求。这时采用复合桩基通常是一种比较合理的基础方案。复合桩基是一种介于天然地基上浅基础和常规桩基础之间的一种基础形式，它与常规桩基不同，复合桩基一般是根据外荷载由浅基础和桩共同承担、按建筑物容许沉降量要求确定桩数的原则进行设计，其中浅基础承担部分外荷载，而桩除承担部分外荷载外，主要起减少和控制沉降的作用。它一般是摩擦桩,其桩端持力层不十分坚硬，当承台产生一定沉降时，桩能充分发挥并始终保持其全部极限承载力，即有足够的“韧性”，能有效地减少沉降量，桩的数量按建

31、筑物容许沉降量要求确定，和常规桩基相比，桩距相应明显增大，桩数大幅度减少。在满足设计要求并确保工程安全的前提下，能使工程造价最为经济，有着可观的技术经济效益。复合桩基的设计原理：承台与桩共同承担荷载的问题是长期以来岩土工程界感到困惑的一个难题。近数十年来国内外试验研究的结果表明，影响承台与桩共同承担外荷载的因素很多，其中主要有：桩端持力层地基土的性质、沉桩的挤土效应、桩顶的荷载大小、荷载作用时间和桩的间距大小等。复合桩基由于一般情况下其桩端持力层不会太硬，同时忽略沉桩挤土效应的影响，则影响其承台与桩共同承担外荷载规律的主要因素就是桩顶荷载大小、荷载作用时间和桩的间距三种：桩顶荷载大小一般规律是

32、当外荷载P较小时，主要由桩承担外荷载，基础分担作用居次要地位；随着外荷载不断增加，基础分担荷载略有增加；当外荷载超过群桩中各单桩极限承载力之和Pa后，桩将始终保持承担Pa部分的荷载，而基础则承担外荷载超过Pa余下部分的荷载(P-Pa)。荷载作用时间一般规律是在受荷的初期，基础下地基土和桩是按各自的相对刚度分担外荷载，由于这时基础下地基土是处于不排水、无体积变形的状态，有较大的相对刚度，因此在受荷初期基础总是要承担较大一部分荷载，但随着基础和桩承担的荷载均在土中扩散并产生附加应力，促使土体固结下沉，导致原来基础承担的荷载逐渐向桩顶转移。因此，基础与桩分担外荷载关系随荷载的作用时间而变桩的间距大小

33、一般规律是当桩距较小时基础分担的荷载较小，着桩距的增大,基础分担的荷载也随之增大。试验研究证明,当桩距达到5倍6倍以上的桩径时，基础下的地基土和桩就基本能充分发挥各自独立状态下的承载能力，因此平均桩距一般均要在5倍6倍桩径，其总的极限承载力可近似地认为等于复合桩基中所有各单桩的极限承载力与基础下地基土无桩条件下的极限承载力之和。 综合上述的受力性状分析，对复合桩基的设计提出如下简化而又实用的基本原则：复合桩基荷载由基础与桩分担，当沉降趋向稳定时的最终受荷状态及沉降可按下列简化假设的原则进行确定： 1) 当外荷载小于复合桩基中的各单桩极限承载力之和时，忽略浅基础分担作用，假定外荷载全部由桩承担。

34、这时要控制复合桩基的沉降就应该是外荷载全部由桩承担的条件下，由桩身的弹性压缩和桩端平面至压缩层下限之间土层的压缩共同产生的沉降量，即该沉降量的实质就是群桩承担的荷载作用下产生的沉降量。2) 当外荷载超过复合桩基中各单桩极限承载力之和时，桩与桩周土界面局部范围内土体发生屈服，这时群桩将始终保持承担荷载Pa,而承台则承担荷载P-Pa,其中由群桩承担的荷载Pa，所产生的沉降，原则上按群桩沉降实用计算方法进行，由基础承担的荷载P-Pa所产生的沉降，可按天然浅基础的单向分层总和法计算，而复合桩基的总沉降应为两部分沉降之和。 复合桩基的简化设计原则进一步强调了软土地基土设计应以变形控制为主的基本指导思想，

35、同时又必须进行桩基整体强度验算,确保工程的安全性。 在复合桩基工程实际设计中，计算桩数与复合桩基沉降量之间的关系，根据建筑物容许沉降量要求确定所需桩数，同时应注意基础桩数较少，在承台产生一定沉降时桩可能进入地基土支承极限状态的特点，设计时除应使其能承担相当于单桩地基土极限承载力的荷载外，还应考虑一定的超载可能性，以防实际单桩地基土极限承载力超过设计的预估值。最终承载力的检验采用复合地基载荷试验,按照规范对桩抽取不少于10%的数量进行检验，确保工程的安全性。4 复合地基和复合桩基的异同复合地基和复合桩基都是在天然地基不能复合承载要求下而采用的，都是对天然地基采取了一定的改动措施。所以二者都是介于

36、天然地基与纯桩基础之间的基础形式。这也是人们容易混淆的原因。单单从上诉简单的介绍就可以看出来，复合地基和复合桩基有很多相似之处，但是又存在本质上的区别。4.1 概念上的区别如果仅从概念上，可以很明显的看出来，复合地基是一种人工地基，属于地基的范畴。而复合桩基是一种桩和承载台一起作用的桩基础，属于桩的范畴，很明显桩和地基纯在着本质的区别，我们来看下地基的概念：地基：承受建筑等荷载的土层或者岩层的统称。凡基础直接设在未经处理的天然土层岩层上时称为“天然地基”，经过加固处理的称为“人工地基”，例如换土垫层地基、压实加固地基、化学加固地基等。由桩和连接桩顶的桩承台（简称承台）组成的深基础或由柱与桩基连

37、接的单桩基础，简称桩基。若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。所以桩不是指单纯意义上的桩，而是指由桩和连接桩上部的承台共同组成的。所以区别地基与桩基首先要看的是桩是否与上部承台连接，连接的话是桩基，否则为地基。这也是区别复合地基与复合桩基最简单有效的方法了。4.2 受力上的区别从复合桩基和复合地基的受力特性看，两者也存在显著的差异。复合桩基才有了明确的传力路径。上部荷载首先由承台传给桩，当桩达到极限承载力，发生一定的刺人沉降时，荷载才开始逐渐向桩间土转移，并且最终桩土之间有明确的荷载分担。复合地基中承台和桩体是通过褥

38、垫层来过渡，故桩间土一开始就承担了较大比例的荷载，在正常使用状态下，上部结构的荷载始终由桩和桩间土共同承担。4.3 传力路径上和荷载传递深度的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：上部荷载-垫层-加固层（桩土混合区域）。桩土共同作用上区分：复合桩基考虑桩身尺寸效应，复合地基则不然。这反映出，复合桩基中的基桩可以单独分离出来考虑受力计算，而复合地基必须作为整体进行研究，单独剥离出来基桩将毫无意义。复合地基处理深度较桩基要浅，其目的还是以处理地基提高地基土的承载力为目的。桩基础则是其作用是将上部结构荷载通过桩身传到地基深部强度较高、压缩性较小的岩(土)层

39、上，从而提供更高的承载能力并减小基础沉降和不均匀沉降。4.4 桩身材料和处理目的区别复合桩基，为全刚性。复合地基：散体、半刚、刚、桩土共同作用。复合桩基考虑桩身尺寸效应，复合地基则不然。这反映出，复合桩基中的基桩可以单独分离出来考虑受力计算，而复合地基必须作为整体进行研究，单独剥离出来基桩将毫无意义。 复合地基的目标是提高地基的承载力，改善地基土性能。复合桩基的目的是把上部作用直接传递到深层持力层，但其在承台下部受力机理则与复合地基差不多。4.5 设计思路和确定承载力的区别从利用复台桩基相复台地基的出发点看，两者亦有很大差别(即设计思路不同)。复合地基主要是对薄弱土层进行改造加固，以增强地基土

40、的承载力。复合地基的主要受力部位还在加固体内，进行复合地基设计时主要考虑的是地基土。复合桩基则是将桩的承载力用到极限，然后利用其较大的沉降来使桩间土来承担一部分的荷载，以减少工程桩的使用数量，从而达到节省造价的目的。所以复合桩基设计主要还是考虑桩。复合桩基所用桩型常为预制桩或质量可靠的灌注桩，这与常规桩基并无区别。确定常规桩基承载力的静载荷试验仍然适合于复合桩基。复合地基虽也形成明确的桩体，但套用静载荷试验的方法确定其承载力并不合适。复合地基在实际工程设计计算中，还是属于地基的范畴。复合桩基却更接近于桩基。所以这几种基础形式比较合理的关系应该是:纯地基一复合地基一复合桩基一桩基。4.6 工作性

41、状和桩土应力比的区别复合桩基可看作是一种基础形式，利用了一部分桩间土承载力的桩基形式，与复合地基比较，工作性状、桩土应力比的大小是二者重要的差别。影响复合地基桩土应力比的一个关键因素就是褥垫层。在承台下设置褥垫层主要作用有以下五个方面:l) 缓解基础底面的应力集中;2) 均匀各桩体顶部荷载分配，这对避免边角桩体首先破坏起到很大作用;3) 保证桩土共同承担荷载4) 调整桩土荷载的分配，可充分发挥桩间土体的承载能力;5) 排水，加速地基土的固结。当设置褥垫层时，桩间土一开始就承担了较大比例的荷载，在正常使用状态下，建筑物荷载主要由桩和桩间土共同承担；而对复合桩基来说，荷载先由桩承担，桩发生一定的沉

42、降，荷载才逐渐向土体转移。在减少沉降为主要目的的情况下可优先考虑复合桩基。数字仿真模拟表明，褥垫层的模量、厚度均会对桩土荷载分担比产生影响。褥垫层模量越小，各桩顶应力分布越均匀，而褥垫层太厚或太薄均不利于发挥褥垫层的作用，垫层厚度在20一50cm比较合适。实践中垫层材料一般用中粗砂、碎石、级配砂石等，垫层厚度一般取10一30cm。复合桩基因与基础联成整体，如果将模量很大的刚性承台视作“垫层”，显然对桩土应力的调节不如砂石垫层。有试验表明，复合桩基中桩侧阻力首先在桩端附近充分发挥，而后逐渐向上扩展。随桩长、桩径增加，桩侧阻力发挥程度逐渐降低，在桩端表现得尤为明显。另外，桩长、桩径过大，桩间土承担的反力会逐渐减少，影响桩间土承载力的发挥。而如果桩长桩径减少，桩身刺人变形增加，则有利于承台与桩间土保持接触，以及发挥桩侧阻力。计算表明，随着桩距增大，桩侧阻力发挥程度增加，以桩顶段增加幅度为大，且桩顶反力和沉降都有均匀化的趋势(桩顶荷载由角桩和边桩向中央不断转移)。因此，在复合桩基中，一般采用大桩距、小桩径的短桩。如：上海地区复合桩基一般采用边长不超过250m