第6章--复合地基基本理论.

1、第第6 6章章 复合地基基本理论复合地基基本理论Chapter 6 Design Principle of Chapter 6 Design Principle of Composite FoundationComposite Foundation 一、复合地基的定义一、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。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。地基、复

2、合地基和桩基。1. 1. 均质地基：均质地基：（1 1）天然地基在地基处理过程中加固区土体性）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；质得到全面改良；6.1 6.1 复合地基的定义与分类复合地基的定义与分类6.1 Definition and Classification of Composite Foundation （2 2）加固区土体的物理力学性质基本上是相同）加固区土体的物理力学性质基本上是相同的。的。如均质的天然地基采用排水固结法形成的人工地如均质的天然地基采用排水固结法形成的人工地基在排水固结过程中，加固区范围内地基土体中基在排水固结过程中，加固区范围内地基土体中孔隙比

3、减少，抗剪强度提高，压缩性减少，加固孔隙比减少，抗剪强度提高，压缩性减少，加固区内土体性质比较均匀，则这种人工地基可视为区内土体性质比较均匀，则这种人工地基可视为均质地基。均质人工地基承载力和变形计算方法均质地基。均质人工地基承载力和变形计算方法基本上与均质地基的计算方法相同。基本上与均质地基的计算方法相同。双层地基：双层地基：天然地基经过地基处理形成的均质加固区的厚度天然地基经过地基处理形成的均质加固区的厚度与荷载作用面积或者与其相应持力层和压缩层厚与荷载作用面积或者与其相应持力层和压缩层厚度相比较小时，在荷载影响区内，地基由两层性度相比较小时，在荷载影响区内，地基由两层性质相差较大的土体组

4、成。采用换填法或表层压实质相差较大的土体组成。采用换填法或表层压实法处理形成的人工地基，当处理范围比荷载作用法处理形成的人工地基，当处理范围比荷载作用面积较大时，可归属于双层地基。面积较大时，可归属于双层地基。均质人工地基双层地基复合地基：复合地基：天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，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，加固或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由区是由基体基体( (天然地基土体或被改良的天然地基天然地基土体或被改良的天然地基土体土体) )和和增强体增强体两部分组成的人工地基。两部分组成的人工地基。上部结构的荷载由基体和

5、增强体上部结构的荷载由基体和增强体共同承担共同承担。复合。复合地基与桩基都是采用以桩的形式处理地基，地基与桩基都是采用以桩的形式处理地基，按增强体设置方向按增强体设置方向 水平向增强体复合地基水平向增强体复合地基 竖向增强体复合地基竖向增强体复合地基 斜向增强体复合地基斜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、土工格加筋材料主要是土工织物、土工膜、土工格栅和土工格室等。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竖向增强体复合地

6、基通常称为桩体复合地基。目前在工程上应用的目前在工程上应用的竖向增强体竖向增强体有碎石桩、有碎石桩、砂桩、水泥土桩、石灰桩、土桩、灰土桩、砂桩、水泥土桩、石灰桩、土桩、灰土桩、混凝土桩、混凝土桩、CFGCFG桩等。根据竖向增强体的性质桩等。根据竖向增强体的性质，桩体复合地基又可分为散体材料桩复合地，桩体复合地基又可分为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体材料桩只有依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体。相对应于散体材料桩，柔性桩和形成桩体。相对应于散体材料桩，柔性桩和刚性桩也称为粘结材料桩，或半刚性桩和

7、刚刚性桩也称为粘结材料桩，或半刚性桩和刚性桩。性桩。复合地基中增强体方向不同，复合地基性状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递性状。根据复合地基工作机理可做如下分类：类： 复合地基竖向增强体水平增强体散体材料桩粘结材料桩柔性桩：如灰土桩、 石灰桩等刚性桩：如CFG桩等复合地基的基本特点复合地基的基本特点 （1 1）加固区是由）加

8、固区是由基体基体和和增强体增强体两部分两部分组成，是非均质的和各向异性的。组成，是非均质的和各向异性的。 （2 2）在荷载作用下，基体和增强体共同）在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。承担荷载的作用。 前一特征使它区别于前一特征使它区别于均质地基均质地基，后一特，后一特征使它区别于征使它区别于桩基础桩基础。形成复合地基的条件是基体与增强体在荷形成复合地基的条件是基体与增强体在荷载作用下，通过两者变形协调，共同分担载作用下，通过两者变形协调，共同分担荷载。荷载。 复合地基与桩基都是采用以桩的形式处理复合地基与桩基都是采用以桩的形式处理地基，复合地基属于地基范畴，而桩基属地基，复合地基属

9、于地基范畴，而桩基属于基础范畴，所以两者又有其本质区别。于基础范畴，所以两者又有其本质区别。复合地基桩基的区别 a.桩基础 b.复合地基复合地基作用机理 无论何种复合地基，都具备以下一种或多种作用无论何种复合地基，都具备以下一种或多种作用，如下：，如下：1.1.桩体作用桩体作用 由于复合地基中桩体的刚度较周围土体为大，由于复合地基中桩体的刚度较周围土体为大， 在刚性基础下等量变形时，地基中应力按材料在刚性基础下等量变形时，地基中应力按材料模量进行分布。因此，桩体上产生应力集中现象模量进行分布。因此，桩体上产生应力集中现象，大部分荷载将由桩体承担，桩间土上应力相应，大部分荷载将由桩体承担，桩间土

10、上应力相应减小。这就使复合地基承载力较原地基有所提高减小。这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，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。作用发挥得更加明显。复合地基作用机理 2.2.垫层作用垫层作用 桩与桩间土复合形成的复合地基或称复合层，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，垫用。在桩体没有贯穿整个软弱土层的地基中，垫层的作用

11、尤其明显。层的作用尤其明显。3.3.加速固结作用加速固结作用 除碎石桩、砂桩具有良好的透水特性，可加速除碎石桩、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。程度上也可加速地基固结。4.4.挤密作用挤密作用 如砂（石）桩、土桩、石灰桩等在施工过程中如砂（石）桩、土桩、石灰桩等在施工过程中 由于振动、挤压、排土等原因，可使桩间土起由于振动、挤压、排土等原因，可使桩间土起到一定的密实作用；采用生石灰桩，由于其材料到一定的密实作用；采用生石灰桩，由于其材料具有吸水、发热和膨胀等作用，对桩间土同样可具有吸水、发热

12、和膨胀等作用，对桩间土同样可起到挤密作用。起到挤密作用。复合地基作用机理 复合地基作用机理 5.5.加筋作用加筋作用 各种桩土复合地基除了可提高地基的承载力各种桩土复合地基除了可提高地基的承载力 外，还可用来提高土体的抗剪强度，增加土坡外，还可用来提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。目前在国内水泥土搅拌桩和旋喷桩的抗滑能力。目前在国内水泥土搅拌桩和旋喷桩等已被广泛地用作基坑开挖时的支护。在国外，等已被广泛地用作基坑开挖时的支护。在国外，对碎石桩和砂桩常用于高速公路等路基或路堤的对碎石桩和砂桩常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。加固，这都利用了复合地基中桩体

13、的加筋作用。 在工程实践中应用的复合地基型式很多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：，可从下述三个方面来分类： 增强体设置方向；增强体设置方向； 增强体材料；增强体材料； 基础刚度以及是否设置垫层等。基础刚度以及是否设置垫层等。6.2 6.2 复合地基的常用型式复合地基的常用型式6.2 Types of Composite Foundation（1 1）按增强体设置方向：竖向、水平向及斜）按增强体设置方向：竖向、水平向及斜向向（2 2）按增强体材料：土工合成材料，如土）按增强体材料：土工合成材料，如土工格栅、土工织物等；砂石桩；石灰桩工格栅、土工织物等；砂石桩；石灰桩、

14、水泥土桩等；、水泥土桩等；CFGCFG桩和低强度混凝土桩等桩和低强度混凝土桩等；两种以上竖向增强体（多元复合地基）；两种以上竖向增强体（多元复合地基）；水平向和竖向增强体（柱网复合地基）；水平向和竖向增强体（柱网复合地基）斜向增强体复合地基（3 3）按基础刚度和垫层设置：刚性基础）按基础刚度和垫层设置：刚性基础，设垫层；刚性基础，不设垫层；柔，设垫层；刚性基础，不设垫层；柔性基础，设垫层；柔性基础，不设垫层性基础，设垫层；柔性基础，不设垫层。（4 4）按增强体长度：等长度；不等长）按增强体长度：等长度；不等长度（长短桩复合地基）度（长短桩复合地基）长短桩复合地基（5 5）根据桩型数量根据桩型数

15、量 桩体复合地基分为单一桩型复合地基桩体复合地基分为单一桩型复合地基和组合桩型复合地基、多桩型复合地基、多和组合桩型复合地基、多桩型复合地基、多元复合地基、混合桩型复合地基、长短桩复元复合地基、混合桩型复合地基、长短桩复合地基合地基。前者桩体为同一种材料，后者由。前者桩体为同一种材料，后者由两种或两种以上类型的桩组成，以充分发挥两种或两种以上类型的桩组成，以充分发挥各桩型的优势，大幅度提高地基承载力，减各桩型的优势，大幅度提高地基承载力，减少地基沉降量，显示良好的技术效果和经济少地基沉降量，显示良好的技术效果和经济效益。效益。 褥垫层基 础碎石桩CFG桩CFG桩碎石桩CFG桩混合桩型复合地基由

16、于增强体设置方向不同、增强体的材料组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，复合地基的型式非常复体长度不一定相同，复合地基的型式非常复杂，要建立可适用于各种类型复合地基承载杂，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一般理论作指导，结合具体工程进行

17、精心设计。计。 褥垫层褥垫层 在桩体复合地基和上部结构基础之间在桩体复合地基和上部结构基础之间设置的垫层。刚性基础下复合地基的褥垫层设置的垫层。刚性基础下复合地基的褥垫层常采用柔性垫层，如砂石垫层，通常的厚度常采用柔性垫层，如砂石垫层，通常的厚度为压实后为压实后10cm35cm10cm35cm。在荷载的作用下，由于。在荷载的作用下，由于桩的模量远大于土的模量，桩间土表面变形桩的模量远大于土的模量，桩间土表面变形大于桩顶变形，桩向褥垫层刺入，伴随着这大于桩顶变形，桩向褥垫层刺入，伴随着这一变化过程，粒状散体材料不断调整补充到一变化过程，粒状散体材料不断调整补充到桩间土表面上，基础通过褥垫层始终与

18、桩间桩间土表面上，基础通过褥垫层始终与桩间土保持接触，桩间土始终参与工作，桩间土土保持接触，桩间土始终参与工作，桩间土承载能力可得以发挥。承载能力可得以发挥。6.3 6.3 复合地基的常用概念复合地基的常用概念6.3 Basic Concepts of Composite Foundation 柔性基础下复合地基的褥垫层也常柔性基础下复合地基的褥垫层也常采用刚度较大的垫层，如土工格栅加筋垫采用刚度较大的垫层，如土工格栅加筋垫层、灰土垫层等，设置褥垫层可以保证桩层、灰土垫层等，设置褥垫层可以保证桩土共同承担荷载、调整桩土应力分担比、土共同承担荷载、调整桩土应力分担比、减小基础底面的应力集中。减小

19、基础底面的应力集中。可见，基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影可见，基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。基础下不设置褥垫层，复合地基承载特性响很大。基础下不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，在给定的荷载作用下，桩承受较多与桩基础相似，在给定的荷载作用下，桩承受较多荷载，随时间增加，桩发生一定的沉降，一部分荷荷载，随时间增加，桩发生一定的沉降，一部分荷载逐渐向土体转移，桩承担的荷载随时间的增加而载逐渐向土体转移，桩承担的荷载随时间的增加而有所减少，土承担的荷载随时间的增加而有所增加有所减少，土承担的荷载随时间的增加而有所增加。桩间土承载力发挥依赖于桩的沉降，如果桩端落。桩间土

20、承载力发挥依赖于桩的沉降，如果桩端落在坚硬土层上，桩的沉降很小，桩上荷载向土上转在坚硬土层上，桩的沉降很小，桩上荷载向土上转移数量很小，桩间土承载能力难以发挥，不能成为移数量很小，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。复合地基。 基础下设置褥垫层，桩间土承载能力的发挥基础下设置褥垫层，桩间土承载能力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫作用到桩间土上，使桩土，也能保证荷载通过褥垫作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。共同承担荷载。 碎石桩等散体材料桩复合地基以及碎石桩等散体材料桩复合地基以及石灰桩等桩体粘结强度很低

21、的复合地基，石灰桩等桩体粘结强度很低的复合地基，不设置褥垫层，也可以充分发挥桩间土的不设置褥垫层，也可以充分发挥桩间土的承载能力。这是因为这些桩体本身为散体承载能力。这是因为这些桩体本身为散体材料组成，具有褥垫作用，或者在荷载作材料组成，具有褥垫作用，或者在荷载作用下，桩体顶部破坏，形成了褥垫层。用下，桩体顶部破坏，形成了褥垫层。通过以上的讨论可以得到如下认识：通过以上的讨论可以得到如下认识： （1 1）由增强体（桩）、桩间土构成的复）由增强体（桩）、桩间土构成的复合土体与基础之间应设置一定厚度的褥垫层合土体与基础之间应设置一定厚度的褥垫层（褥垫层材料一般为散体材料，如砂、碎石（褥垫层材料一般

22、为散体材料，如砂、碎石等），以保证桩土共同承担荷载。特别是对等），以保证桩土共同承担荷载。特别是对于中、高粘结强度桩、褥垫层是复合地基中于中、高粘结强度桩、褥垫层是复合地基中不可缺少的一个组成部分。不可缺少的一个组成部分。 （2 2）在散体桩（如碎石桩）和低粘结强）在散体桩（如碎石桩）和低粘结强度桩（如石灰桩），有时没有设置褥垫层，度桩（如石灰桩），有时没有设置褥垫层，也能保证桩土共同承担荷载。也能保证桩土共同承担荷载。基 础褥垫层长桩短桩长桩长桩短桩 1.1.复合地基面积置换率复合地基面积置换率 竖向增强体复合地基中，竖向增强体习惯上称为桩体，基体即为桩间土体。若桩体的横截面面积为Ap，该桩

23、体所承担的加固面积为Ae，则复合地基面积置换率的定义为epAAm 实际工程中，由于地基土性质的变化、实际工程中，由于地基土性质的变化、上部结构荷载的不均匀性以及基础平面尺上部结构荷载的不均匀性以及基础平面尺寸等因素的影响，不可能在整个基础下都寸等因素的影响，不可能在整个基础下都是等间距布桩。对只在基础下布桩的复合是等间距布桩。对只在基础下布桩的复合地基，桩的截面面积之和与基础总面积相地基，桩的截面面积之和与基础总面积相等的复合土体面积之比，称为平均面积置等的复合土体面积之比，称为平均面积置换率。换率。桩体在平面上的布置形式最常用的有三种：等桩体在平面上的布置形式最常用的有三种：等边三角形布置、

24、正方形布置和矩形布置。如边三角形布置、正方形布置和矩形布置。如图图6-36-3所示，所示，当采用直径为当采用直径为d d的圆柱形桩体时，复的圆柱形桩体时，复合地基面积置换率为：合地基面积置换率为：222e232ddm 05. 1sdsde等边三角形：2122e24ddm .131ssdsde矩形形：222e24ddm .131sdsde正方形：上三式中，上三式中，s s为等边三角形布桩和正方形布桩时为等边三角形布桩和正方形布桩时的桩间距，的桩间距，s s1 1和和s s2 2为长方形布桩时的行间距和列间为长方形布桩时的行间距和列间距。距。2. 2. 复合地基桩土应力比复合地基桩土应力比(Str

25、ess Ratio of Pile to Soil)(Stress Ratio of Pile to Soil) 对某一复合土体单元，在荷载作用下，对某一复合土体单元，在荷载作用下， 假设桩顶应力为假设桩顶应力为p p，桩间土表面应为，桩间土表面应为s s，则桩土应力比为则桩土应力比为 实际工程中，即使是单一桩型的复合地实际工程中，即使是单一桩型的复合地基，由于桩处在基础下的部位不同或桩距不基，由于桩处在基础下的部位不同或桩距不同，桩土应力比也不同。将基础下桩的平均同，桩土应力比也不同。将基础下桩的平均 桩顶应力与桩间土平均应力之比定义为桩顶应力与桩间土平均应力之比定义为平均平均 桩土应力比。

26、桩土应力比。 spn/ 基础下的基础下的平均桩土应力比平均桩土应力比是反映桩土荷载是反映桩土荷载分担的一个参数，当其他参数相同时，桩土应分担的一个参数，当其他参数相同时，桩土应力比越大，桩承担的荷载占总荷载的百分比越力比越大，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。此外，桩土应力比对某些桩型（例如碎石大。此外，桩土应力比对某些桩型（例如碎石桩）也是复合地基的设计参数。桩）也是复合地基的设计参数。 一般情况下，桩土应力比与桩体材料、桩一般情况下，桩土应力比与桩体材料、桩长、面积置换率有关。其他条件相同时，桩体长、面积置换率有关。其他条件相同时，桩体材料刚度越大，桩土应力比越大；桩越长，桩材料刚度越大，

27、桩土应力比越大；桩越长，桩土应力比越大；面积置换率越小，桩土应力比土应力比越大；面积置换率越小，桩土应力比越大。越大。3. 3. 复合地基桩土荷载分担比复合地基桩土荷载分担比 (Load Share Ratio of Pile and Soil(Load Share Ratio of Pile and Soil) ) 复合地基复合地基桩土荷载分担比桩土荷载分担比即桩与土分担即桩与土分担荷载的比例。复合地基中桩土的荷载分担荷载的比例。复合地基中桩土的荷载分担既可用桩土应力比表示，也可用桩土荷载既可用桩土应力比表示，也可用桩土荷载分担比分担比p p、s s 表示：表示：式中式中 桩承担的荷载；桩承

28、担的荷载； 桩间土承担的荷载；桩间土承担的荷载； 总荷载。总荷载。 PPpp/PPss/pPsPP 当平均面积置换率已知后，桩土荷载分担比和当平均面积置换率已知后，桩土荷载分担比和桩土应力比可以相互表示。桩土应力比可以相互表示。 当测得了桩土荷载分担比后，可求得桩顶平均当测得了桩土荷载分担比后，可求得桩顶平均应力应力 桩间土平均应力为桩间土平均应力为 桩土应力比为桩土应力比为 上式为用桩土荷载分担比来表示桩土应力比的上式为用桩土荷载分担比来表示桩土应力比的表达式。表达式。mAPAPppppAmPAPssss)1 ( spspmmn)1 ( 复合地基计算简图4. 4. 复合模量复合模量(Comp

29、osite Modulus)(Composite Modulus) 复合地基加固区由桩体和桩间土两部分组复合地基加固区由桩体和桩间土两部分组成，呈非均质。成，呈非均质。复合模量表示复合土体抵抗复合模量表示复合土体抵抗变形的能力，数值上等于某一应力水平时复变形的能力，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。通常合地基应力与复合地基相对变形之比。通常复合模量可用桩抵抗变形能力与桩间土抵抗复合模量可用桩抵抗变形能力与桩间土抵抗变形能力的某种叠加来表示。变形能力的某种叠加来表示。复合模量表征复合土体抵抗变形的能力，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

30、应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。通常复合模量与复合地基相对变形之比。通常复合模量可用桩抵抗变形能力与桩间土抵抗变形能可用桩抵抗变形能力与桩间土抵抗变形能力的某种叠加来表示。计算式为力的某种叠加来表示。计算式为 式中式中 桩体压缩模量；桩体压缩模量； 桩间土压缩模量；桩间土压缩模量； 复合模量。复合模量。 spspEmmEE)1 ( pEsEspE 上式是在某些特定的理想条件下导出上式是在某些特定的理想条件下导出的，其条件为：的，其条件为：（1 1）复合地基上的基础为绝对刚性；）复合地基上的基础为绝对刚性； （2 2）桩端落在坚硬的土层上，即桩没有）桩端落在坚硬的

31、土层上，即桩没有向下的刺入变形。向下的刺入变形。 上式的上式的缺陷缺陷在于不能反映在于不能反映桩桩长的作用长的作用 和和桩端阻效应桩端阻效应。 （1 1）不能反映桩长的作用：）不能反映桩长的作用： 碎石桩存在有效桩长，当桩长大于有碎石桩存在有效桩长，当桩长大于有效桩长时，其桩土应力比不大，增加桩长，效桩长时，其桩土应力比不大，增加桩长，对桩土应力比和桩土的荷载分担影响不大，对桩土应力比和桩土的荷载分担影响不大，复合模量与桩长的相关性也不明显。对于有复合模量与桩长的相关性也不明显。对于有一定粘结强度桩型的复合地基，桩越长，桩一定粘结强度桩型的复合地基，桩越长，桩受土的侧摩阻力越大，桩长效应越明显

32、。当受土的侧摩阻力越大，桩长效应越明显。当荷载水平一定时，随着桩长的增加，桩土应荷载水平一定时，随着桩长的增加，桩土应力比越大，桩分担的荷载百分比力比越大，桩分担的荷载百分比 越大，桩抵越大，桩抵抗竖直变形的能力越大，相应的复合模量也抗竖直变形的能力越大，相应的复合模量也越大。而按上面的式子计算，虽然桩长不同越大。而按上面的式子计算，虽然桩长不同，但由于桩体压缩模量相同，计算的复合模，但由于桩体压缩模量相同，计算的复合模量是相同的，无法反映桩长效应。量是相同的，无法反映桩长效应。（2 2）不能反映端阻效应：）不能反映端阻效应： 端阻力的发挥，有利于增强土抵抗端阻力的发挥，有利于增强土抵抗桩变形

33、的能力桩变形的能力 实际工程中实际工程中，桩的模量直接测定比较，桩的模量直接测定比较困难。通过假定桩土模量比等于桩土应困难。通过假定桩土模量比等于桩土应力比，采用复合地基承载力的提高系数力比，采用复合地基承载力的提高系数计算复合模量。计算复合模量。 承载力提高系数承载力提高系数 由下式计算由下式计算 也是模量提高系数，复合土层的复也是模量提高系数，复合土层的复合模量为合模量为 akspkffsspEE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复合地基中，桩体破坏模式可分为以下4 4种：刺入破坏、鼓胀破坏、整体剪切破坏种：刺入破坏、鼓胀破坏、整体剪切破坏和滑动破坏和滑动破坏复合地基

34、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a.刺入破坏（图刺入破坏（图a a） 桩体刚度较大，地基土强度桩体刚度较大，地基土强度较低的情况下较易发生桩体刺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入破坏。桩体发生刺入破坏后，不能承担荷载，进而引起桩，不能承担荷载，进而引起桩间土发生破坏，导致复合地基间土发生破坏，导致复合地基全面破坏。全面破坏。刚性桩复合地基刚性桩复合地基较较易发生此类破坏。易发生此类破坏。非均质粘性土中碎石桩破坏机理 复合地基 复合地基发生何种破坏模式，与复合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

35、条件，荷载形地基的桩型，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。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模式比较复杂，一般可以认为取决与桩体桩体和和桩间土桩间土的破坏，其中桩体的破坏特性是的破坏，其中桩体的破坏特性是主要的。主要的。 散体土类桩复合地基散体土类桩复合地基, ,由于桩和桩由于桩和桩间土的模量和破坏时的应变值等一般相

36、差间土的模量和破坏时的应变值等一般相差不大，往往同时进入破坏状态不大，往往同时进入破坏状态 水泥土类桩复合地基水泥土类桩复合地基，水泥土的，水泥土的模量较大，破坏应变较小，在同等应变条模量较大，破坏应变较小，在同等应变条件下，水泥土率先进入破坏状态。件下，水泥土率先进入破坏状态。6.4 6.4 竖向增强体复合地基承载力计算竖向增强体复合地基承载力计算6.4 Bearing Capacity of Vertically Reinforced Composite Foundation 竖向增强体复合地基承载力计算的竖向增强体复合地基承载力计算的两种两种思路：思路： （1 1）分别确定桩体的承载力和

37、桩间土的）分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，根据一定的原则叠加两部分得到承载力，根据一定的原则叠加两部分得到复合地基的承载力。复合地基的承载力。 （2 2）将桩体和桩间土组成的复合地基作）将桩体和桩间土组成的复合地基作为整体来考虑，确定复合地基的极限承载为整体来考虑，确定复合地基的极限承载力。力。P Pcf cf=K=K1 1k k1 1mPmPpfpf+K+K2 2k k2 2 (1-m)P (1-m)Psf sfP Ppfpf桩体极限承载力，桩体极限承载力，kPakPa；P Psfsf天然地基极限承载力，天然地基极限承载力，kPakPa；K K1 1 反映复合地基中反映复合地基中桩体桩

38、体实际极限承载力实际极限承载力的修正系数，与地基土质情况、成桩方法等因的修正系数，与地基土质情况、成桩方法等因素有关，一般大于素有关，一般大于1.01.0；K K2 2 反映复合地基中反映复合地基中桩间土桩间土实际极限承载实际极限承载力的修正系数，与地基土质情况、成桩方法等力的修正系数，与地基土质情况、成桩方法等因素有关，可能大于因素有关，可能大于1.01.0，也可能小于，也可能小于1.01.0；k k1 1 复合地基破坏时，复合地基破坏时，桩体桩体发挥其极发挥其极限强度的比例，也称为桩体极限强度发限强度的比例，也称为桩体极限强度发挥度；挥度；k k2 2 复合地基破坏时，复合地基破坏时，桩间

39、土桩间土发挥其发挥其极限强度的比例，也称为桩间土极限强极限强度的比例，也称为桩间土极限强度发挥度；度发挥度；m m复合地基面积置换率，复合地基面积置换率，m mA Ap p/A/Ae e , ,其中其中A Ap p为单桩截面积，为单桩截面积，A Ae e为单根桩加固面为单根桩加固面积。积。 采用第二种思路计算复合地基极限承采用第二种思路计算复合地基极限承载力是将桩体和桩间土组成的复合土体作载力是将桩体和桩间土组成的复合土体作为整体来考虑，常用为整体来考虑，常用稳定分析法稳定分析法计算。计算。 复合地基加固区土体复合地基加固区土体强度指标强度指标可采用可采用复合土体综合强度指标（由面积比计算）复

40、合土体综合强度指标（由面积比计算）。6.5 6.5 水平向增强体复合地基承载力计算水平向增强体复合地基承载力计算6.5 Bearing Capacity of Horizontally Reinforced Composite Foundation 水平向增强体复合地基主要包括在地基水平向增强体复合地基主要包括在地基中铺设中铺设各种加筋材料各种加筋材料，如土工织物、土工格，如土工织物、土工格栅等形成的复合地基。其工作性状与加筋体栅等形成的复合地基。其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长度、强度、加筋层数以及加筋体与土体间的黏聚力和摩擦系数等有关。水平向增强体的黏聚力和摩擦系

41、数等有关。水平向增强体复合地基的破坏可具有多种形式，影响因素复合地基的破坏可具有多种形式，影响因素也很多。到目前为止，许多问题尚未完全搞也很多。到目前为止，许多问题尚未完全搞清楚，水平向增强体复合地基的计算理论尚清楚，水平向增强体复合地基的计算理论尚不成熟。不成熟。6.6 6.6 复合地基沉降计算方法复合地基沉降计算方法6.6 Settlement Calculation of Composite Foundation 复合地基沉降为复合地基沉降为加固区压缩量加固区压缩量与加固与加固区区下卧层土体压缩量下卧层土体压缩量之和。之和。 （1 1）加固区压缩量可采用）加固区压缩量可采用复合模量法复合

42、模量法、应力修正法应力修正法和和桩身压缩量法桩身压缩量法计算。计算。 （2 2）下卧层压缩量通常采用）下卧层压缩量通常采用分层总分层总 和法和法计算。计算。加固区压缩量计算方法加固区压缩量计算方法 （1 1）复合模量法）复合模量法 将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一一复合土体复合土体，采用复合压缩模量来评价复合土体，采用复合压缩模量来评价复合土体的压缩性。的压缩性。 式中式中 第第i i层复合土层上附加应力增量；层复合土层上附加应力增量； 第第i i层复合土层的厚度。层复合土层的厚度。 iniicsiHEPs11iPiHspcsEmmEE)1 ( （2 2）应力修正法）应力修正法 在该法中，根据桩间土承担的荷载在该法中，根据桩间土承担的荷载 P Ps s和桩间土的压缩模量和桩间土的压缩模量E Es s，忽略增强体忽略增强体 的存在，采用的存在，采用分层总和法分层总和法计算加固土层计算加固土层的压缩量的压缩量s s1 1 式中式中 应力修正系数，应力修正系数， n n，m m复合地基桩土应力比，面积置换率；复合地基桩土应力比，面积置换率； 未加强地基在荷载未加强地基在荷载P P作用下第作用下第i i层土层土 上上的附加应力增量；的附加应力增量