复合地基加固技术理论课件

第8章复合地基加固技术理论复合地基是由两种以上不同刚度的材料组成、共同承担上部荷载和协调变形的人工地基；目前的应用技术很先进，但理论研究仍落后于技术。第1节复合地基作用机理研究1.作用机理研究:(1)桩体作用:桩体与桩间土共同作用,桩体刚度大,基础传来的载荷在地基中重新分配,桩体产生应力集中,桩间土中应力降低,地基承载力提高,沉降量减小.(2)加速固结作用:碎石桩和砂桩都有良好的透水性能,可加速地基固结.(3)挤密作用:施工过程中,由于振动、挤压、排土等原因，可对桩间土起到一定的密实作用。（4）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，还可以用来提高土体的抗剪强度，增大土坡的抗滑能力。

2.破坏模式研究三种破坏形式:一是桩间土首先破坏而发生复合地基全面破坏；二是桩体首先破坏而发生全面破坏；三是同时发生破坏。实际主要是第2种。破坏模式分以下四种：如图所示复合地基破坏模式图

（a）刺入（b）膨胀（c）整体剪切（d）滑动（1）刺入破坏模式：桩体刚度较大，地基土强度较低时易发生；桩体发生刺入破坏后，不再承担荷载，进而引起桩间土发生破坏。（2）膨胀破坏模式：在荷载作用下桩间土不能提供足够的围压来阻止桩体发生过大的侧向变形，从而产生桩体的膨胀破坏。散体桩易发生。（3）整体剪切破坏模式：在荷载作用下，复合地基进入塑性变形，在滑动面上桩体和土体均发生剪切破坏。（4）滑动破坏模式：在荷载作用下，复合地基沿某一滑动面产生破坏。在滑动面上，桩体和土体均发生剪切破坏。影响破坏模式的因素：（1）不同桩型：碎石桩易膨胀破坏；混凝土桩易刺入破坏。（2）对同一桩型，桩身强度不同时会有不同的破坏形式：对水泥搅拌桩，当水泥掺入量较小（5%）时，易发生膨胀破坏；中档（15%）时整体剪切破坏；较多（25%）时易刺入破坏。（3）对同一桩型，土层条件不同：浅层软粘土，碎石桩发生剪切或膨胀破坏，在较深层有软粘土层时可能发生局部膨胀破坏。如图所示。

3.桩土应力比研究:桩土应力比是复合地基设计的重要参数,关系到复合地基承载力和变形的计算。影响因素较多因此仍是有待研究的问题。主要影响因素：（1）荷载水平：桩土应力比与荷载大小存在一定关系，如图。荷载初期桩土间应力较均匀，差别很小，随着荷载增加，变形增大，地基中的应力逐渐向桩体集中，应力比随荷载的增大而增大。随着荷载的逐渐增大，桩体首先进入塑性状态，桩体变形加大，桩上应力就会逐渐向桩间土转移，桩土应力比减小，直至共同进入塑性状态。（2）桩土模量比：随着桩土模量比的增大，桩土应力比近似呈线性增加。如图所示。（3）面积置换率：桩体横截面积与桩体所承担的复合地基面积的比。国内外学者用有限元方法计算分析表明，随着置换率的增大，应力比将减小。如图所示。（4）原地基土强度：强度愈高，桩土应力比愈小。（5）桩长：如图所示桩土应力比随桩长的增大而增加，但当桩长达到某一值后，应力比几乎不再增加，即存在临界长度，当桩长超过该值后，再增加桩长也无助于提高本身的承载力。（6）时间：如图所示在荷载作用下，桩间土会产生固结和蠕变效应，会使荷载向桩体集中，增大桩土间的应力比。荷载愈大，时间影响愈明显。

4.桩土应力比的计算研究：目前还没有完善的计算模式，但国内外学者通过大量试验研究提出的计算公式很多，以下是典型的几种：（1）模量比公式：假定在刚性基础下，桩体和土体的竖向应变相等，则桩土间的应力比可用模量比来表示，与实际有出入。（2）Baumann公式：根据桩体和桩周土的侧向力及径向膨胀量间的关系，并假定桩体总体积保持不变，提出碎石桩或砂桩复合地基桩土应力比计算公式：n=Ep/（2*kp*Ln（R0/r0）*Es）

+ks/kp式中r0、R0----分别为桩半径、每根桩所分担的加固面积折算半径；ks----桩间土侧压力系数，介于被动土压力和静止土压力系数之间；对软土为1.25~1.5;kp----桩的侧压力系数,对于碎石桩为0.40~0.45,对于砂桩为0.35~0.4.Ep、Es----分别为桩和桩间土的压缩模量.（3）Priebe公式：假设地基土为各向异性，基础为刚性；桩体长度已达硬土层。由此推导的应力比计算式：n=(1/2+f（，m))/(tg2(45-p/2)*f(，m))式中:p---碎石桩碎石的内摩擦角.f(,m)=(1-2)(1-2

)(1-m)/[(1-

-2

2)(1-2

+m)]

----地基土的泊松比;m----置换率;。（4）Rowe剪胀理论的改进公式：国内学者应用Rowe应力剪胀理论，把碎石桩看成轴对称的圆柱，提出如下计算：n=

p*（kp+1）/[s*（ks+1）]如不考虑桩间土的剪胀性，则上式可变为：n=

（kp-2p）/（ks-2s）式中kp、ks

----分别为桩体和桩间土的被动土压力系数；

p、s

----分别为桩体和桩间土的泊松比。

第2节复合地基承载力和变形理论研究

1.散体桩承载力计算理论在承受荷载时,将对桩周土产生水平方向的侧挤压力,一旦侧挤压力超过桩周土的侧限阻力,桩体将发生破坏。因此桩周土可能发挥的侧限能力决定了散体材料桩的极限承载力。目前确定的计算方法主要是通过荷载试验或根据膨胀破坏模式推导的公式。主要有如下几种：（1）侧向极限应力法：桩体发生膨胀，桩周围土进入塑性状态，由侧向极限应力即可算出单桩的极限承载力。一般表达式为：fpu=ru*kp=（z0+a*Cu）*kp=a’Cu*kp式中ru----侧向极限应力；

z0----深度z处的初始总侧向应力；Cu----桩周土不排水抗剪强度；a----计算方法系数，对碎石桩为3~5；kp----桩体材料的被动土压力系数。式中a’、kp取值，对碎石桩，国外取15.8~25.0,国内为14.0~24.0。（2）桩体材料被动土压力法：表达式为：fpu=[（*z+q）*ks+Cu*ks1/2]*kp

ks=tg2(45-s/2)式中

-----土的重度；z----桩的膨胀深度；q----桩间土荷载；ks-----桩间土的被动土压力系数；kp----桩体材料被动土压力系数。（3）B璃raun拴s计算式燃：以碎石桩介为研究对愿象提出的挎，认为在葡荷载作用推下，桩体溪产生膨胀秤变形使桩武周土进入饭极限平衡三状态；如超图。假设如下谨：1）桩啦的破坏宅段长度渔:h=2缸r0*tgp，p=（4锣5+p/2)p----联为散体桩隙材料的内尺摩擦角;r0----绳桩半径。2）桩周赶土与桩体牧间的摩擦算力为零，盘在极限平晨衡土体中撕，环向应岛力为零。3）不更计地基营土和桩续体的自收重。由图列户出fr方向的平无衡方程，刘可得极限脆载荷作用阿下桩周土的上的极限萄应力为：r0=(q+争2Cu/sin鸣2)*(t悠gp/tg+1)根据桩体关极限平衡笛可得到桩洪体极限承绸载力为：fpu=r0*t阅g2p根据极限问承载力就礼可由下式籍得出承载炮力标准值足：fpk=fpu/KK为安全女系数；取禁值为2~松3。2.柔慌性桩桩体晒承载力计悠算理论目前实际文工程中根耳据两种情猎况计算,辨取其中侵的较小值音为桩的承擦载力。（1）预按桩体壳材料强何度计算：fpk=fpcu，屠k*Kkfpk---居-桩体恼承载力价标准值确；fpcu提，k----乘桩材料的验无侧限抗些压强度平乘均值；Kk----堤强度折减的系数，一李般取0.刮35~0唯.5。单桩竖向青承载力标膝准值：Rkd=fpk*Ap式中Rkd----单桩竖和向承载芽力标准历值；Ap----企桩的截面病积。（2）延按土的耳支持力而计算：Rkd=upqsi*Li+a*项qp*Ap式中up---杀-桩周读长；qsi---第团I层桩间急土的摩擦田阻力标准庭值；Li----保桩周第I送层土的厚烂度；qp----蜻桩端土的戴承载力标传准值；a---毒-桩端天慰然地基土脑的承载力做折减系数倒，对搅拌头桩当桩端夹土质不良井时，取0状.4~0甜.6,老其它情况锻取1.0楼。3.民刚性桩填桩体承退载力计先算复合地犬基中，酱刚性桩果多为摩乐擦桩，拿其承载关力标准啄值表达污式为：Rkd=upqsi*Li+qp*Ap4.烦复合地承基的承搭载力计收算理论目前有两毛类方法，婆一是分别艳确定桩体奖和桩间土页的承载力宿，依据一六定原则将羡两者叠加刘得到复合泊地基的承枪载力，该冻方法又称度为复合求发和法；另京一种是复幅合地基视岩为整体，慨按整体剪拴切破坏或雹滑动破坏巴来计算复张合地基的确承载力，敢又称稳定增分析法。（1）复监合求和法骄：散体桩拌复合地援基：仍乒是研究菜问题，蜻采用如吗下：fsp，庭k=fpk*m得+（1惧-m）押*fsk当fpk>=n*遇fsk计算式卷为:fsp，令k=[烫1+能m(n肥-1）言]*fsk当fsk<=fpk/n服计算式瘦为:fsp，锋k=[1怪+m(扎n-1）谎]/n*灭fsk式中袜：fsp，玩k、fpk、fsk---顿--分则别为复勇合地基框、桩体节和桩间晨土承载阶力标准愈值；m---去-桩土面见积置换率汗；n--察--桩废土应力泻比。对于柔性摊桩复合地穿基：fsp，颠k=fpk*m扩+（1-技m）*闲fsk---谊--桩弊间土承混载力折慈减系数疼，摩擦尽型桩取绪0.5牧~赛1.0狸,对阻摩擦支抚撑型桩着取0.活1~0佳.4。对刚性桩浆复合地基越：fsp，k=N*婚Rdk/A+*As/A*fskN--冶--基山础下桩睡数；Rdk----姻单桩承载烦力标准值余；A--角--基暴础面积训；As---肝-桩间吼土面积虚；---谣-桩间握土承载妨力折减白系数，改取0.嫁8~1怪.0。另一计算影方法：fsp，k=*[1+沫m(五n-1肿）]*非fsk式中---穴--桩数间土承各载力折塑减系数议，一般顿取0.宏8；（2）稳晨定分析法翻：通常采外用圆弧饥分析法育，假定自圆弧滑追动面经塑过加固团区和未趣加固区徐，在滑练动面上辆的总滑职动力矩竟为Ms，总抗搅滑力矩甜为MR，则沿滑老动面发生宋破坏的安索全系数为遮：K掀=MR/Ms取不同的方滑动面进贷行计算，粪找出最小菠的安全系凤数值；判站断其稳定化性，确定轨地基承载宗力；易可割按确定的惕荷载计算鉴安全系数查；由此确胶定地基的酸承载力。5.画复合悉地基变慎形分析茅研究通常把复单合地基沉忙降量分为倦两部分:滴即加固棒区变形量归和加固区继下卧层变舒形量。分豆析加固区搂：（1）复育合模量法婚：把桩体猎和桩间土羡视为一复悲合体，采举用复合模洽量：Epsi=m*号Epi+（1区-m）欠*Esi或炕Epsi=[1饰+m（n鼠-1）]券*Esi式中主Epi、Esi----浪分别为第待I层桩体观、桩间土盘的压缩模迟量。（2）应据力修正法储：由于桩猜体的模量旗比桩间土枣模量大，寻使作用在拔桩间土上喷的应力小鸟于复合地芒基的平均糟应力。采翠用应力修颜正法计算尸变形时，穷根据桩间励土分担的悲荷载，用本分层总和降法计算加征固区土层帮的变形量铁，表达式股为：S甲=psi/Esi*Hi=spi/Esi*Hi式中psi---死-天然瓣地基在严荷载作君用下第暖I层土兴上的附夹加应力条增量；pi---锅-复合加地基中晃第I层独桩间土丛中的附温加应力宽增量；s----驳修正系数彼。（3）倍桩身压遮缩量法谢：若桩激体不会战发生桩脆底刺入偷下卧层书的沉降分变形，忧则可通腹过此法柱计算。若桩侧摩卸擦阻力为鞋均匀分布职，桩底端淘承载强度泽为q，则替桩身压缩怖量为：S=烘L（up*q+轰qp）/（2歌*Ep）式中化q--挎--复合丑地基荷载再强度；qp----介桩底端承店载力强度族；L--降--桩笑身长，速等于加苍固区厚峰度。up---通-桩周仓长；Ep----运桩的压缩痒模量。复合地基那变形现场漏静载荷试孤验结果分扮析

天然而地基与单时桩复合地棕基对比0100200300400500051015202530沉降量s(mm)上部载荷(kN)????????四桩复放合地基护变形试管验第3节估组合型复常合地基技扔术理论近十多且年来，悄地基处款理技术迫得到了厅极大发爆展。其巡寿主要表仔现为多拣种地基搭处理方革法的综困合运用本。许多工程透实践证明手，当岩土那工程条件桃较为复杂串或建筑物凤对地基要秤求较高时惭，采用单勤一的地基姜处理方法先处理地基宴，往往满朗足不了设仙计要求或奖造价较高殿，而由两忧种或多种愁地基处理席措施组成帖的综合处垃理方法很担可能是最纺佳选择。组合型诊复合地悉基是该糖领域近劫年来的椅研究热涨点,针茄对复杂持的地层销条件和进工程需涝要,事各类组惩合方式验的合理猫设计和语实施都宇需要理败论支持避.一、组合币型复合地泰基分类1、双缴向复合地非基双向(穗竖横向视增强体宿亦即桩价-网)宵复合地裙基的概职念，是除指通过胶在地基话中联合涌设置竖周向和水安平向增希强体而龟形成的挖新型复浩合地基笨。其特点是暂设计时认缩慧为双向复镰合地基的灰竖向和水鱼平向增强墙体在荷载影作用下共结同承担荷纱载的作用东。水平向御增强体榴不仅可悔以使荷五载均匀揪地作用堂于竖向离增强体让及桩间巩土上，傍而且设顽计时认旗为其参尊与承担笔荷载作衣用，是份复合地植基承载侍能力的饿来源。贿在近年守国内外惊的工程宏实践中妇，已有法将此法改成功地坡应用于凡软土地槐基处理司的工程脸实例。双向复顷合地基象组成结剥构示意杂图2、组泊合桩型复视合地基组合桩型香复合地基售符合《建毫筑地基处圾理技术规新范》(J络GJ79月-200秃2)基本鲜规定。目前，此叼类复合地知基仍处于竹尝试、试吸验研究阶析段，尚无内相应的国盯家规范，侧其名称叫祸法各异。施如组合型搁复合地基颠、多元复暗合地基、殖混合桩型来复合地基贵等。考虑雅其加固机陵理及设计及理念，长么短桩复合捞地基也应培纳入此类驶。基本定义净为：组合辣桩型复合汉地基是指耀由两种或怠两种以上翁不同类型州的桩（包定括长短桩渠）与桩间库土组成的脊复合地基钳。通常将己桩身强班度较高震的桩称屑为主桩咱(或强艘桩)，问将强度征较低的筑桩称为放次桩(捐或弱桩腐)。组合桩型颈复合地基携的类型很伶多，有刚府性长短桩太组成的复尊合地基，汗刚性桩与女柔性桩形丙成的复合养地基，刚吐性桩与散上体材料桩客形成的复怕合地基，丛柔性桩与眨散体材料谣桩形成的突复合地基钢。组合桩唉型复合砍地基组再成图二、组挂合桩复汁合地基芽理论1、水泥否土组合桩蠢复合地基水泥土绕组合桩清桩作为章一个新非兴事物法，还没堂有一个拖统一的廉名字，滥大体上玩存在如巧下一些耀名字：蹲加芯材肃水泥土槽桩、加钉芯水泥绪土复合茶桩、混短凝土芯耍水泥土红搅拌桩钉、刚芯眉水泥土既搅拌桩也、组合胖桩、水焰泥土搅螺拌组合票桩、夹源芯桩、傲水泥土消组合桩您、劲芯硬水泥土咬组合桩春、加芯损搅拌桩蒸。适用于处探理正常固尊结的淤泥奥与淤泥质杂土、粉土冰、饱和黄里土、素填肢土、粘性烂土、松散泽砂土等地啦基,通过蹄将小直径职刚性芯桩析压入水泥安土搅拌桩喜桩体内,萝或在水泥悄土桩体内核成孔并浇激筑混凝土削或钢筋混朗凝土,形瞧成由刚性栗芯桩外包清水泥土形即成的组合昏桩体结构招,芯桩与御水泥土共忘同工作承针受上部荷络载。特点是徐：芯桩脾强度高蛇,对冰桩身抗初压有利秃,外示包水泥结土价廉调,与锈土的接烟触面积花大,嗽对桩周含侧阻力慌增加有杰利。桩体上亮部的荷红载传给雕芯桩,坐芯桩枕通过水拉泥土与愈芯桩之忍间的粘紫结力传削给水泥绣土,迎然后再魂传给地塘基土,厘这样缓从芯桩果到土体按通过水各泥土的堆过渡形掉成了强盆、中、甲弱的渐煤变过程昌,形街成一种遗中间强障度高外演围强度宣低的合冤理的桩笋身结构宾。提前制缺作桩芯水泥土性搅拌桩漠施工插入预爷制桩芯进行桩样体养护烧、成桩桩身应力羞计算分析修结果水泥土组陶合桩组合追方式力学晕分析1．在满失足外桩长扮度大于内得芯长度下柳，随着内擦芯桩径的叛减小，可奖承担的最慕大荷载在粉减小，桩裤芯位移也盘在减小。明由于内芯搅的强度高极于外桩，喜因此内芯刊半径的减捉小导致了利整体强度巴的减小，瓣最终最大型荷载减小钢了。2．在满象足外桩长傲度等于内鸭芯长度下悔，随着内溜芯桩径的锣减小，最规大荷载在此减小，桩晃芯位移略漆有增大。性分析其中坐的原因，晋是因为内牵芯的材料苦强度要高刻，半径减旬小导致了好最大承荷腰减小；另面一方面，贷由于内芯溉的长度与缓外桩长度浇相同，在董桩端处，佣内芯很容弄易从外桩坛中拖出，绵导致了桩暴芯处的位姿移增大。3．在满极足外桩长来度小于内仔芯长度下赢，随着内卡芯桩径的辛减小，最欢大荷载在糟减小，桩余芯位移增闲大。分析张其原因，电与第一条宫规律类似兆，另外该伴组合桩人置为增加了腥一个软弱脉面，使得免强度减小宾；由于内似芯桩径的队减小，而拐且芯桩长圾度直接到和达深部土反体，这就墙导致一个克细桩的刺旱入效应，吵导致桩芯映的位移显晕著增大。4．内芯宽与外桩的煤长度相同叹时的最大挤承载力要黎明显小于渗其他的情态况。分析违原因，就贯是由于内平芯长度与焦外桩长度盟相同，在思桩端处，振内芯的底昏端没有较为强材料的金阻挡，内鸟芯很容易肌从外桩中鬼拖出，导歪致了桩芯呈处的位移裂增大；内若芯与外桩顿的组合方昼式实际上陶是增加了供一个软弱到界面（其禁强度明显碧要小于内描芯桩与外哭桩的材料凝强度）。5．在所腰承受的最育大荷载上荒，内芯长坑度小于外穿桩长度的训情况要优模于内芯长胸度大于外绿桩长度的出情况，当林然位移也孟略有增大樱。2、长明短组合盲桩作用讲分析试验场区殊内地质情链况如下：1)素隐填土（Q香4ml）究：黄褐色脉、灰色，惰主要由亚答黏土、砂喝土组成，思局部含少明量碎石块租。稍湿、奏松散。此马层未露于录地表，层板顶和层底琴标高为5敲.6m和谎3.5m控，厚度为景2.1m玩。2)淤兼泥（Q4桨me）：嗽此层主要证揭露为淤纵泥，局部呀相变成淤软泥质亚黏捧土、淤泥壮质粉砂，岔局部夹薄调层亚黏土谋。层顶和火层底标高宵为3.5盈和-13萌.2，层家厚为16聋.7m。炸该层土质梅为深灰色杆、灰黑色汽，含有机安质，具臭序味，层间净常夹薄层夺线状粉细胜砂，局部名可见少量倾贝壳碎片舰、腐木或桐腐植物。烘饱和，流旱塑。3)亚依黏土(Q筒3al腿):浅灰窃色、褐黄惯色、灰黄凡色，可塑鉴。层顶和种层底绝对圣标高为-掌13.2爹～-15润.4，层台厚为2.究2m。表4.2鸟静载光试验桩长自组合Tab携le醒4.1沈Th桐eu新nio忘no猴fl健oad冈ing脚te红st附sit虫e编号成长桩细（m）浩短桩（涛m）肚桩间删距（m音）Ⅰ权11划8虾1站.5Ⅱ痛13他10槽1.5Ⅲ携15活12猎1.5试验区域脑选择在2址3号路一暖个25m解×6m的筐方形区域疯，组合桩渐间隔布置泥，组合桩水均采用正育方形布置锅，桩径5哭00mm瓜，桩心距更1500竞mm，单桩复止合地基尼四扫桩复合营地基长短搅拌债桩复合地消基的承载姑力计算可受用式4-拌15表示习，但是式远4-15烤中参数较誓多，物理对意义明确旷，但在工辟程实践中骡不利于应青用，故可壤对其进行焰转化为下吐式：（4-动19）式中：fspk——长短自桩复合地娃基承载力荷特征值，朴kPa；－搅拌桩惑复合地基灶桩体承载毯力修正系裁数；－搅拌尘桩复合索地基桩役间土承喊载力修辉正系数炮。m——桩负体置换率现；实测桩劣顶及桩扭间土应胞力～荷截载曲线1）对于笑桩长为1铜2m的单狸桩复合地联基，随着潜上部载荷角的不断增殖加，桩顶愁应力基本蛮上呈现直俱线上升的款趋势当荷惑载达到5电00kN跨以后，桩爷顶应力出钱现下降的技趋势，这丢说明桩头甩已经被压者坏，上部瓣载荷逐渐祥向桩间土行体转移。党相比桩顶医应力而言晶，桩间土评体的应力赤变化虽然绿也一直都弓在增加，胁但是增加撕的幅度要侨小的多。2）从糊四桩复朴合地基泰的桩土持应力随赔荷载变俊化曲线回很明显亚地发现块，载荷言试验过王程中，塔随着荷蓝载的增蔬大，组竞合桩桩脉顶应力染增大速否率是不工一样的融，反映当在曲线群上则表领现为曲季线出现事交点。刃加载初鲁期，长鹊桩桩顶镜的应力侵都要比忍短桩的肥桩顶应中力小，嘉随着荷菠载的不奥断增大激，长桩轿的桩顶庸应力逐谁渐超过装短桩桩挪顶应力塑。在上浓部荷载技的增加六过程中院，实现迹了长桩剖从次要唉受力桩律向主要尽受力桩衡的过渡朵。3）在董上部荷得载作用塘下，组壳合桩被零迅速调段动起来舰，并且炕