NEW复合地基理论

HenanPolytechnicUniversity地基处理技术复合地基理论TheoriesofCompositeFoundationTechnicalofSoilImprovementHenanPolytechnicUniversity基础的分类当天然地基满足建筑物对地基要求时，通常采取浅基础;当不能满足要求时，要进行地基处理。桩基础是最常用的一种人工地基形式。因为桩基础技术比较成熟，而且以形成一套较全面，系统的理论，通常桩基技术与地基处理并列，讨论。地基处理：天然土体力学性质得到普遍的改良（预压法，强夯法，换填法），与浅基础计算基本相同。另一类:地基处理过程中土体得到增强或置换，设置加筋材料，形成复合地基。HenanPolytechnicUniversity复合地基地基的定义地基处理后形成的人工地基均质地基复合地基多层地基复合地基：指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，加固区是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。在荷载的作用下，基体和增强体共同承担荷载作用。HenanPolytechnicUniversity地基处理后，天然地基土体整体的物理力学性质得到普遍的改良，类似于均质地基。如：采用夯实、排水固结等，减少土的孔隙比，从而提高土的承载力，同时减少地基沉降。对这类人工地基，其承载力和沉降的计算方法与过程同原天然地基，不同的仅仅是地基土层的物理力学指标得到改善，计算过程中采用改善过的指标。此类人工地基不是复合地基HenanPolytechnicUniversity在地基中添加了与天然土体不一样的材料，通过加入材料与天然土体的协同作用，来共同承担上部荷载，这种处理后形成的人工地基就是复合地基。例如：采用水泥搅拌桩进行地基处理，就是在土中加入了水泥。还有用其它方法进行地基处理形成复合地基的，例如：采用振冲置换法，强夯置换法，低强度桩复合地基法，钢筋混凝土桩复合地基法等。HenanPolytechnicUniversity堆场水泥土搅拌桩复合地基HenanPolytechnicUniversity房屋建筑粉喷桩复合地基HenanPolytechnicUniversity水下的碎石桩复合地基HenanPolytechnicUniversity碎石桩复合地基强夯置换复合地基HenanPolytechnicUniversity码头机场HenanPolytechnicUniversity问题1.以下哪些地基加固方法属于复合地基加固（）a.深层搅拌法b.换填法c.沉管砂石桩法ｄ.真空预压法E.强夯法A、a和b；B、a和c；C、d和f；D、a和e；(a)(b)(d)(f)问题2.下图哪几种形式是属于复合地基？HenanPolytechnicUniversity复合地基理论1发展概况2复合地基的分类与形成条件3复合地基作用机理和破坏模式4复合地基的承载力5复合地基沉降参考书：《地基处理》，魏新江主编，浙江大学出版社《地基处理技术发展与展望》龚晓南主编水利水电出版社HenanPolytechnicUniversity1.发展概况复合地基（CompositeFoundation）一词,国外最早见于1962年。复合地基的概念已成为很多地基处理方法的理论分析及公式建立的基础和根据。它已广泛地运用于如碎石桩、砂桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩和石灰桩等加固地基的理论分析中。初期后来主要指天然地基中设置碎石桩而形成的碎石桩复合地基深层搅拌法和高压喷射注浆法的应用，人们开始重视水泥土桩复合地基的研究HenanPolytechnicUniversity我国复合地基技术发展：1990年河北承德，由中国建筑学会地基基础专业委员会黄熙龄院士主持召开了我国第一次以复合地基为专题的学术讨论会。应用领域高等级公路房屋建筑铁路堆场机场堤坝HenanPolytechnicUniversity?复合地基定义的争论复合地基:指两种刚度（或模量）不同的材料（桩体和桩间土）所组成，在相对刚性基础上两者共同分担上部荷载并协调变形（包括剪切变形）的地基。砂石桩复合地基或水泥土桩复合地基根据桩体的刚度桩体与基础不相连与桩体刚度无关桩和桩间土共同承担荷载根据其工作状态HenanPolytechnicUniversity2复合地基的分类与形成条件（1）根据地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。均质人工地基双层地基水平向增强复合地基竖直向增强复合地基HenanPolytechnicUniversity（2）根据复合地基工作机理可作下述分类；复合地基常用的形式水平向增强复合地基竖直向增强复合地基斜向增强复合地基长短桩复合地基水平向增强体复合地基刚性桩复合地基半刚性桩复合地基柔性桩复合地基粘结材料桩复合地基散体材料桩复合地基竖向增强体复合地基复合地基HenanPolytechnicUniversity桩体如按成桩所采用的材料可分为：1)散体土类桩：如碎石桩、砂桩等；2)水泥土类桩：如水泥土搅拌桩、旋喷桩等；3)混凝土类桩：树根桩、CFG桩等。桩体如按成桩后的桩体的强度（或刚度）可分为：1)柔性桩：水泥搅拌桩，旋喷桩等；2)半刚性桩：CFG桩；3)刚性桩：混凝土类桩。HenanPolytechnicUniversityCFG桩复合地基HenanPolytechnicUniversity地基,复合地基,桩基的区别天然地基复合地基桩基础荷载传递路线的不同是浅基础、复合地基和桩基础等三种地基基础形式的基本特征。浅基础：荷载直接传递给地基土体。对桩基础：荷载通过桩体传递给地基土体。复合地基：荷载一部分通过桩传递给地基土体，一部分直接传递给地基土体。HenanPolytechnicUniversity浅基础桩基础复合基础HenanPolytechnicUniversity复合地基的重要参数1.置换率：若某建筑物的基础总面积为A，采用复合地基进行设计。其竖向受力体为桩体和桩间土体，单桩的桩体断面面积为Ap,总桩数为Np,则可以从总体角度来定义，复合地基的置换率为：ppNAAm)/(设每根桩分担的处理基础面积为A,单桩桩身截面积为Ap,则复合地基的置换率为：AAmp/HenanPolytechnicUniversity桩位布置：正方形和三角形布置2232/Ddm等边三角形布置：设每根桩分担的处理基础面积为A,单桩桩身截面积为Ap,则复合地基的置换率为：224//DdAAmp正方形布置：HenanPolytechnicUniversity等效直径算法22438ld2232）（ldllde05.132三角形排列时：llde13.14正方形排列时：224ld224）（ldHenanPolytechnicUniversity2.复合模量：复合地基加固区有增强体和桩间土组成。为了简化计算，将加固区视为一均质的复合土体。3.桩土应力比：复合地基加固区表面，桩体的竖向应力和桩间土的竖向应力之比。桩体部分的竖向应力σp，桩间土竖向应力σs。则桩土应力比为：sspEnmE1)-(1spn/桩土应力比的大小可以定性地反映复合地基的工作情况。HenanPolytechnicUniversity3.复合地基作用机理和破坏模式3.1作用机理桩体作用垫层作用加速固结作用挤密作用加筋作用HenanPolytechnicUniversity3.2破坏形式复合地基的破坏形式可分为以下四种：刺入破坏、鼓胀破坏、桩体剪切破坏和整体滑动破坏。刺入破坏鼓胀破坏桩体剪切破坏整体滑动破坏HenanPolytechnicUniversityHenanPolytechnicUniversity非均质粘性土中碎石桩破坏机理HenanPolytechnicUniversity散体桩复合地基桩侧摩阻力f与桩身压力Q随深度变化图3.3破坏形式荷载传递机理散体桩复合地基：HenanPolytechnicUniversity柔性桩复合地基侧摩阻力与桩身压力随深度的变化柔性桩复合地基：HenanPolytechnicUniversity4.复合地基的承载力复合地基承载力特征值公式为：:为桩式复合地基的承载力特征值，kPa，:为单桩承载力特征值，kPa:为天然地基承载力特征值，kPa:对不同的桩取值不同，一般是小于等于1HenanPolytechnicUniversity单桩承载力特征值：桩的周长，m；：桩长范围内划分的土层数；：第i层土的桩侧摩阻力特征值，kPa：桩端土承载力特征值，kPa；；：第i层土的厚度，m。punsiqppilHenanPolytechnicUniversity5.复合地基加固区下卧层承载力验算当地基受力范围内，复合地基加固区下有软弱下卧层时，尚需对复合地基下卧层承载力进行验算。作用在地基顶面的附加应力，经过复合地基加固区按一定角度扩散后，作用在下卧层顶面处附加应力与自重应力之和要求不超过下卧土层的承载力特征值。azczzfppfaz：软弱下卧层顶面处土经深度修正后的承载力特征值。HenanPolytechnicUniversity条形基础附加应力计算矩形基础附加应力计算条形基础和矩形基础荷载扩散tan2)(zbppbpckz)tan2)(tan2()(zlzbpplbpckz其中：PC——基础底面处土的自重压应力值PK——基础底面处的平均压应力值HenanPolytechnicUniversity5.复合地基沉降计算思路及方法：分别计算复合地基加固区和下卧层压缩量，再把二者相加，即：S=S1+S2S:为复合地基总的沉降量S1:为加固区的沉降量S2:为桩端以下土体沉降量HenanPolytechnicUniversity1.加固区沉降量S1的计算—复合模量法第i层土的复合模量第i层土的平均附加应力第i层土的厚度sspEnmE1)-(1Esp：复合土层的压缩模量（MPa）；a:系数，可取1.1～1.3，成孔对桩周土挤密效应好或置换率大时取高值：n：桩土应力比，可取3～4，长桩取大值。Es：天然上的压缩模量（MPa）；HenanPolytechnicUniversity2.桩端以下压缩区沉降量S2的计算m：桩端平面以下压缩层范围内土层总数。：桩端平面下第j层土第i个分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量。n：第j层土的计算分层数。：第j层土第i个分层厚度：第j层土第i个分层土的竖向附加应力HenanPolytechnicUniversity复合模量法具有如下优点：1）从土体压缩量的角度考虑，避开了计算桩端刺入沉降；2）概念清楚，计算方便；3）特别对柔性桩和散体材料桩加固区沉降计算比较实用。4）在工程上应用面积加权之和计算复合地基加固区沉降是偏安全的。缺点：该复合模量公式的前提是桩土压缩量相等，这对桩土相对刚度较大的复合地基不实用。简而言之，该计算方法不适用于刚性桩复合地基部分，但可进行柔性桩段的计算。HenanPolytechnicUniversity工程实例：某一小区15A栋建筑面积6300m2.地下一层，地个12层，该楼主体采用框架结构，仅电梯间为剪力墙，基础为筏板基础，板厚1m,埋深4.4m,相当于黄海标高0.1m.基础平面图如下:HenanPolytechnicUniversity基础尺寸为30.8*15.34，基础底板以下淤泥质土，厚30m左右，经过方案比较，采用复合地基进行地基处理。采用三种桩型。1）600mm的湿法深层水泥搅拌桩（44根）2）500mm的钻孔灌注桩（45根）3）600mm的钻孔灌注桩（15根）HenanPolytechnicUniversity请求如下参数1.求复合地基的置换率；2.工程竣工后实测的基础底板以下平均应力为231kPa,土体压应力为60kPa,求荷载分担比n与桩土应力比n；3.若已知基础底板下天然土体压缩模量Es=3.1MPa,湿法深层搅拌桩压缩模量Ep1=