复合地基简述

复合地基简述第1页，共31页，2023年，2月20日，星期一一、概述

二、作用机理和破坏模式三、复合地基应力特征四、桩体复合地基承载力计算

五、复合地基沉降计算六、基础刚度和垫层对桩体复合地基性状的影响第2页，共31页，2023年，2月20日，星期一一、概述

1、概念

复合地基一般指由两种刚度（或模量）不同材料（桩体和桩间土）所组成，在相对刚性基础下两者共同分担上部荷载并协调变形（包括剪切变形）的地基。

其研究方法是在众多根桩所加固地基中，选择一根桩及其影响的桩周土所组成的单元体作为研究对象。第3页，共31页，2023年，2月20日，星期一

复合地基与天然地基同属地基范畴，两者之间有

内在联系，但又有本质的区别；复合地基与桩基都是

采用以桩的形式处理地基，故两者具有相似之处，但

复合地基属地基的范畴，而桩基属于基础范畴，两者

又有其本质的区别。

复合地基计算简图第4页，共31页，2023年，2月20日，星期一

复合地基主要受力层在加固体内，而桩基的主要受力层是在桩尖以下一定范围内。由于复合地基理论的最基本的假设为桩与桩间土的协调变形。为此，从理论而言，复合地基中不存在类似桩尖中的群桩效应。

复合桩基与桩基受力比较示意第5页，共31页，2023年，2月20日，星期一2、分类

按材料：散体土类桩―如碎石桩、砂桩等；水泥土类桩―水泥土搅拌桩、旋喷桩、水泥土夯实桩等；混凝土类桩―CFG桩、素砼桩、树根桩等。第6页，共31页，2023年，2月20日，星期一

按强度：柔性桩―散体材料类桩，其与桩身材料

的密实度有关；

半刚性桩―水泥土类桩，其与水泥的

掺入比有关；

刚性桩―混凝土类桩，其与砼的强

度等级有关。

柔性复合地基、半刚性复合地基、刚性复合地基第7页，共31页，2023年，2月20日，星期一3、从荷载传递路线看：复合地基的本质是桩和桩间土共同直接承担荷载。浅基础桩基础桩体复合地基第8页，共31页，2023年，2月20日，星期一二、作用机理和破坏模式

1、作用机理

1）桩体作用

由于桩体的强度较桩间土为大，在刚性基础等量变形时，地基中的应力将按材料的模量进行分布，在桩体上产生应力集中现象，大部分荷载由桩体承担，桩间土上应力减少。

2）垫层作用

桩与桩间土组成的复合层，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、增大应力扩散角的作用。第9页，共31页，2023年，2月20日，星期一

在桩体未有贯穿整个软弱土层时的复合地基中，垫层的作用尤其明显。

3）加速固结作用

除碎石桩和砂桩具有良好的透水性，可加速地基的固结外，水泥土类、混凝土类桩也可加速地基的固结。

Cv=k(1+e。)/γw·a

t=2.47H2/Cv

式中：Cv－固结系数；k－渗透系数；e。－天然孔隙比；

γw－水的重度；a－压缩系数；H－土层固结的厚

度；T－最终沉降完成所需时间。

水泥土类桩使k降低，同时使a减小，而且后者的减小幅度要前者为大。第10页，共31页，2023年，2月20日，星期一4）挤密作用

砂桩、土桩、夯实桩、砂石桩等由于施工过程中对桩周土具有挤密作用；生石灰桩由于其材料吸水、发热和膨胀等作用，对桩周土也具有挤密作用；据有关资料，其它类桩也对桩周土具有挤密作用，但其效果尚需进一步研究。

5）加筋作用

各种桩土复合地基不

仅可提高地基土的承

载力外，还可提高土

体的抗剪强度，增加

土坡的抗滑能力。强度增加/原强度第11页，共31页，2023年，2月20日，星期一2、破坏模式

刺入破坏鼓胀破坏整体剪切破坏滑动破坏

刺入破坏：桩体向下刺入，导致其承担荷载急剧下降，桩间土发生破坏，

极易发生在刚性桩复合地基中；

鼓胀破坏：桩周土不能提供足够侧向压力，导致桩体变形过大，易发生在

散体材料桩中；

整体剪切破坏：在上部荷载作用下，桩体发生剪切破坏，从而引起复合地基

的全面破坏，易发生在低强度的柔性桩复合地基中；

滑动破坏：复合地基沿滑动面发生剪切破坏，柔性地基较刚性地基易发生。第12页，共31页，2023年，2月20日，星期一

复合地基破坏的模式比较复杂，一般认为其取决于桩体与桩间土的破坏特性，其中桩体的破坏特性是主要的。水泥土桩体与桩间土应力应变关系复合地基的二次屈服现象第13页，共31页，2023年，2月20日，星期一三、复合地基应力特征

1、基底反力

2、附加应力实测载荷板下复合地基反力分布图复合地基竖向附加应力等值线图m－置换率Ep/Es－桩土模量比第14页，共31页，2023年，2月20日，星期一3、桩土应力比

桩土应力比是复合地基的一个重要设计参数，它关系到复合地基承载力和变形计算，它与荷载

水平桩土模量

比、桩土面积

置换率、软地

基土的强度、

桩长固结时间

和垫层情况等

因素有关。

复合地基的p--n关系曲线（桩与土的模量影响）第15页，共31页，2023年，2月20日，星期一

n与桩土模量比的关系

碎石桩复合地基n与m的关系

应力一定时，Ep/Esn随着m的增大而

越大，n越大减小，但幅度不大

第16页，共31页，2023年，2月20日，星期一

桩的长径比L/d与n的关系曲线

n随着L增加而增大，但当桩长达到某一值时，n值基本上不再增加。为此，存在一有效桩长Lo的概念。L/d第17页，共31页，2023年，2月20日，星期一建筑物施工过程中碎石桩复合地基实测n与t的变化情况碎石桩复合地基n与t的关系曲线第18页，共31页，2023年，2月20日，星期一四、桩体复合地基承载力计算

1、复合地基极限承载力pcf：

pcf=k1λ1mppf+k2λ2(1-m)psf

(2-2-1)

式中

ppf－单桩极限承载力，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与单桩极限承载力不同的修正系

数，与地基土质

k2－反映复合地基中桩间土实际极限承载力与天然地基极限承载力不同的修

正系数

λ1－复合地基破坏时，桩体发挥其极限强度的比例

λ2－复合地基破坏时，桩间土发挥其极限强度的比例

m－复合地基置换率，

m=Ap/A，其中，Ap为桩体面积，A为对应的加固面积第19页，共31页，2023年，2月20日，星期一2、确定桩体极限承载力ppf

a.

桩体极限承载力ppf

可通过现场试验确定（首选）。b.

无试验资料时，对刚性桩复合地基和柔性桩复合地基，桩体极限承载力可采用类似摩擦桩极限承载力计算式计算，其表达式为：按上式计算桩体极限承载力外，尚需计算桩身材料强度允许的单桩极限承载力，即：取二者中较小值为桩的极限承载力。

第20页，共31页，2023年，2月20日，星期一c.无试验资料时，对散体材料桩复合地基，桩体极限承载力可通过计算桩间土侧向极限应力确定，其表达式为：式中，

σru－桩侧土体所能提供的最大侧限力，kPa；(P22)

Kp－桩体材料的被动土压力系数，kPa；第21页，共31页，2023年，2月20日，星期一3、确定天然地基极限承载力psf

a.

天然地基极限承载力psf

可通过载荷试验确定（首选）。b.

土工试验资料，查阅有关规范。c.Skempton极限承载力公式。第22页，共31页，2023年，2月20日，星期一五、复合地基沉降计算

复合地基的总沉降量s的表达式：

s1为加固区的压缩量，s2为加固区下卧土体的压缩量。

第23页，共31页，2023年，2月20日，星期一1、加固区土层压缩量s1计算：

1）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一复合土体，采用复合压缩模量ECS来评价复合土体的压缩性。采用分层总和法计算S1：

式中△pi－第i层复合土上附加应力增量

Ecsi－第i层复合土层的复合压缩模量

Hi－第i层复合土层的厚度

第24页，共31页，2023年，2月20日，星期一

复合压缩模量Ecsi

：

式中EP－桩体压缩模量

Es－土体压缩模量第25页，共31页，2023年，2月20日，星期一2）应力修正法

：

在该法中，根据桩间土承担的荷载ps

，按照桩间土的压缩模量Es

，采用分层总和法计算加固区土层的压缩量S1：

式中μs——应力修正系数；

n——桩土应力比；

m——复合地基置换率；

△psi——复合地基在荷载作用下第i层桩间土的附加应力增量，相当于未加

固地基在荷载ps作用下第i层土上的附加应力增量；

s1s——未加固地基在荷载作用下相应厚度内的压缩量。

第26页，共31页，2023年，2月20日，星期一3）桩身压缩量法

：

在荷载作用下，桩身压缩量sp为：

式中μp——应力修正系数；

l——桩身长度，即等于加固区厚度h

n——桩土应力比；

m——复合地基置换率；

pbo——桩底端端承力密度；

Ep——桩身材料变形模量。

加固区压缩量s1:

△——桩底端刺入下卧层土体的刺入量。第27页，共31页，2023年，2月20日，星期一2、复合地基加固区下卧层土层压缩量s2

计算：

通常采用分层总和法计算。作用在下卧层土体上的荷载或土体中附加压力是难以精确计算的。目前在工程应用上，常采用下述三种方法计算：

1）压力扩散法：

加固区下卧层上附加压力示意图（右下）。作用在下卧层上的pb为：

式中p－复合地基上荷载密度

B－作用宽度；D－作用长度

β－压力扩散角；h－加固区厚度

条形基础：第28页，共31页，2023年，2月20日，星期一

2）等效实体法：

加固区下卧层上附加压力示意图（右下）。作用在下卧层上的pb为：

式中p－复合地基上荷载密度

B－作用宽度；D－作用长度

f－等效实体侧平均阻力密度；

h－加固区厚度

条形基础：第29页，共31页，2023年，2月20日，星期一3）改进Geddes法：

复合地基总荷载为p，桩体承担pp，桩间土承担ps=p-pp。桩间土承担的荷载ps在地基所产生的竖向应力σz