3复合地基

复合地基承载力第三章由两种刚度不同材料组成共同承受上部荷载并协调变形的人工地基。复合地基变形协调指桩和土变形一致共同变形。按材料分类散体桩复合地基柔性桩复合地基刚性桩复合地基砂桩碎石桩土桩灰土桩石灰桩粉喷桩旋喷桩树根桩CFG桩一、作用机理1、桩体作用第一节复合地基作用机理和破坏模式由此复合地基承载力和整体刚度高于原地基，承载力提高，沉降有所减小。复合地基定义：•变形协调条件.•复合地基由桩体和桩间土共同工作.桩体和桩间土变形相同E桩E土•桩体产生应力集中•桩间土应力降低等量变形时，地基中应力将再分配。psSSppssSESEpsFF2、加速固结作用固结系数aekCwv)1(0采用砂桩和碎石桩时，砂和碎石桩增大了渗透系数k的大小，加速了饱和土体的固结。水泥土桩减小了地基的压缩系数a，a的减小幅度大于k，同样能提高固结系数，加快土体固结。3、挤密作用砂桩、土桩、石灰桩、碎石桩在施工过程中，由于振动挤密、排土等原因，对土体起到一定密实作用。石灰桩：桩体的吸水和膨胀作用对桩间土同样起到挤密作用。4、加筋作用提高土体抗剪强度，增强地基土体抗滑能力.Dzizi-1Hiσcσz=0.2或0.1σcσc线σz线p1iΔp1iσciσziσc(i-1)σz(i-1)p1i=(σci+σc(i-1))/2Δpi=(σzi+σz(i-1))/2计算下限二、破坏模式及其影响因素1、破坏模式•桩间土先破坏•桩体破坏（多见）•桩和桩间土共同破坏（1）刺入破坏桩体刚度大，地基强度低，桩体应力集中远大于地基承载力。在荷载作用下，桩间土不能提供足够的围压来阻止桩体产生过大侧向变形，从而产生桩体的破坏。（2）膨胀破坏桩和桩间土发生整体剪切变形。（3）整体剪切破坏Dzizi-1Hiσcσz=0.2或0.1σcσc线σz线p1iΔp1iσciσziσc(i-1)σz(i-1)p1i=(σci+σc(i-1))/2Δpi=(σzi+σz(i-1))/2计算下限在荷载作用下，复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。（4）滑动破坏•散体桩（振冲碎石桩）易产生膨胀破坏；•刚性桩（CFG桩）易产生刺入破坏。2、复合地基破坏模式影响因素（1）不同型桩（2）桩身材料如水泥土桩：水泥掺入量aw%5wa易发生膨胀破坏%15wa易发生整体剪切破坏%25wa易发生刺入破坏随桩身强度的增加，破坏形式逐渐由膨胀破坏过渡到刺入破坏同型桩当桩身强度不同时，也会有不同的破坏模式。3、散体桩的破坏方式软土强度非常小，灵敏度高，打桩过程中土体受到扰动，强度下降，提供不了散体桩成桩所需的围压。易在软弱土层体产生膨胀破坏•当浅层存在非常软的粘土时，碎石桩将在浅层发生剪切或鼓胀破坏软土层•当较深层存在有局部非常软的粘土时，碎石桩将在较深层发生局部膨胀软土层1/DHHD㎝•较深层存在有较厚非常软的粘土情况，碎石桩在较深层发生鼓胀破坏2/DHH软土层D一、面积换算率AAmppA桩体的横截面积A桩承担复合地基的面积dl224ldm第二节复合地基设计参数1、正方形布置•桩体直径为d•间距为ldl面积换算率为：桩体截面积与六面形面积之比2232ldml/2l/42、等边三角形布置•桩体直径为d•间距为l桩体截面积：正六边形面积==12个三角形ABC的面积：ABC重心DEFGHIJKM面积换算率为：dbadbambd3、网格布置•增强体间距分别为a和b•增强体宽度为d二、桩土应力比p复合地基中桩间土的竖向平均应力s桩土应力比为spn/定义复合地基中桩体的竖向平均应力（一）影响因素1、荷载水平•荷载作用的初期，桩土应力较小。•随着荷载的增大，桩土应力比增大。•荷载进一步增大：应力比载荷淤泥—石灰桩桩土应力比荷载曲线桩体进入塑性状态，桩土应力比n降低。桩和土同时进入塑性状态，应力比趋向一定值。复合地基变形增大，桩体产生应力集中。荷载通过地基和基础之间垫层均匀的传递给桩和桩间土。2、桩土模量比spEE/对应力比的大小有重要影响随着模量比的增加，桩土应力比近于呈线性增长。应力比模量比3、复合地基面积换算率m增大，n减小面积换算率应力比4、原地基土强度•复合地基面积换算率m•桩土应力比n关系•原地基土强度低，复合地基桩土应力比就大•原地基土强度高，则其桩土应力比就小。•桩土应力比随桩长的增加而增大，•当桩长达到某一临界桩长后应力比变化不显著临界桩长影响因素应力比桩的长径比dl/在荷载长期作用下，桩间土会产生固结和蠕变，6、时间5、桩长复合地基类型桩径土质荷载大小基础宽度桩间土承担荷载会向桩体集中，使n随时间延续逐渐增大。（二）应力比计算公式影响复合地基的桩土应力比的因素很多，没有完善计算公式。1、模量比计算公式假定在刚性基础下，桩体和桩间土的竖向应变相等sp•桩体上竖向应力pppE•桩间土竖向应力sssE桩土应力比n的表达式为：spspEEn//•与原非均质复合土体等价的均质复合土体的模量称为复合地基的复合模量。三、复合模量psEEE复合地基加固区由桩体和桩间土体两部分组成，•为简化计算，将复合地基视作均质的复合土体.第三节复合地基的承载力呈非均质一、散体材料桩桩体承载力散体材料桩成桩的关键1、侧向极限应力法pupuzprupukCakaCkf)(0散体材料桩发生膨胀，由桩周土进入塑性状态时，侧向极限应力可能算出桩体极限承载力。ru侧向极限应力0z深度Z处的初始总侧向应力uC桩周土不排水抗剪强度a计算系数，对碎石桩为3～5。2/DHH软土层D在于桩间土对桩的侧限阻力2、被动土压力法psuspukkCkqzf])[()2/45(02sstgkz桩的鼓胀深度sk桩间土的被动土压力系数pk桩体材料的被动土压力系数q桩间土荷载2/DHH软土层D根据极限承载力可由下式得出承载力标准值：Kffpupk/K安全系数pkf桩体承载力标准值二、柔性桩桩体承载力1、根据桩体材料强度计算承载力。kpcupkff,pkf桩体承载力标准值kpcuf,桩体材料无侧限抗压强度平均值强度折减系数，一般取0.35～0.50单桩竖向承载力的标准值ppkdkAfR2、按土的支持力计算ppisipdkqAlquRpu桩周长siq第I层摩阻力标准值桩端天然地基承载力折减系数a规范规定用两种方法确定承载力，取小值•对于搅拌桩桩端土质不良时取0.4～0.6，•其他情况取1。pq桩端土承载力的标准值三、刚性桩地基ppisipdkqAlquRdkR刚性桩单桩承载力标准值四、复合地基承载力根据《地基处理规范》复合求和法：kskpkspfff,,,1、散体桩承载力kskpkspfmmff,,,)1(kskspfnmf,,)]1(1[kskpnff,,kpkspfnnmf,,/)]1(1[kskpnff,,2、柔性桩复合地基kskpkspfmmff,,,)1(桩间土承载力折减系数3、对刚性桩地基m面积换算率dkR单桩承载力标准值pA桩面积桩间土承载力折减系数，一般取0.8～1•对摩擦桩取0.5～1.0•对摩擦支撑桩取0.1～0.4kskspfnmf,,)]1(1[桩土应力比，取10～14桩间土承载力折减系数。nkspdkkspfmARmf,,)1(复合地基的沉降量分为两部分•加固区下卧层的变形量加固区下卧层计算一般采用分层总和法niisiziiniiiihEheees111211Dzizi-1Hiσcσz=0.2或0.1σcσc线σz线p1iΔp1iσciσziσc(i-1)σz(i-1)p1i=(σci+σc(i-1))/2Δpi=(σzi+σz(i-1))/2计算下限第四节复合地基变形•复合地基加固区变形加固区变形的计算方法一、复合模量法•将桩和土视为一复合体•采用复合压缩模量法来评价复合土体的压缩量niipsiiHEpS1S加固区土层沉降ip第I层土体上附加应力的增量；psiE第I层复合地基的压缩模量iH第I层复合土体的厚度n复合土体分层总数复合地基压缩模量计算方法sipipsiEmEmE)1(sipsiEnmE)]1(1[分别为第I层桩体、桩间土的压缩模量sipiEE,二、沉降折减法（变形协调条件）根据桩间土分担的荷载用分层总和法计算加固区土层变形niisisiHEpS1sip复合地基中第I层桩间土中的附加应力增量三、桩身压缩量法•不发生刺入破坏，•变形协调，•若桩侧摩阻力为均匀分布，•桩底端承载力为qP，lEqqSppa2)(aq桩头压力pq桩底端压力桩身长度，等于加固区厚度l条件桩身压缩量为