53863地基處理電子課件5復(fù)合理論

第五章復(fù)合基地理論地基處理概述1復(fù)合地基的作用機(jī)理與破壞模式2復(fù)合地基承載力3復(fù)合地基穩(wěn)定性分析4復(fù)合地基沉降計(jì)算5因地基處理方法不同，天然地基經(jīng)處理形成的人工地基大致可以分為均質(zhì)地基、雙層地基和復(fù)合地基三種形式。概述均質(zhì)人工地基雙層地基水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基豎直向增強(qiáng)體復(fù)合地基人工地基均質(zhì)地基是指天然地基在處理過(guò)程中加固區(qū)土體性質(zhì)得到全面改良，加固區(qū)土體的物理力學(xué)性質(zhì)基本上是相同的，加固區(qū)范圍，無(wú)論是加固面積還是深度，與荷載作用下對(duì)應(yīng)的持力層或壓縮范圍相比較都已滿足一定的要求。采用預(yù)壓法處理天然地基形成的人工地基屬于此類地基。雙層地基是指天然地基經(jīng)地基處理形成的均質(zhì)加固區(qū)的厚度與荷載作用面積與其相應(yīng)持力層或壓縮范圍相比較為較小時(shí)，在荷載作用影響區(qū)域內(nèi)，地基由兩層性質(zhì)相差較大的土體組成。采用換填法或表層壓實(shí)法處理形成的人工地基屬于雙層地基。復(fù)合地基是指天然地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體或被改良的天然地基土體）和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基?；w和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載作用，達(dá)到提高地基承載力，改變其變形性質(zhì)和或工程特性的目的。粉噴樁復(fù)合地基復(fù)合地基示意圖根據(jù)地基中增強(qiáng)體的方向，復(fù)合地基分為豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基和水平向復(fù)合地基。樁體復(fù)合地基中，樁體是由散體材料組成，還是由粘結(jié)材料組成，以及粘結(jié)材料的剛度大小，都將影響復(fù)合地基荷載傳遞性狀。復(fù)合地基分類復(fù)合地基中樁的分類

由柔性樁和樁間土所組成的復(fù)合地基可稱為柔性樁復(fù)合地基，依次有：散體材料樁復(fù)合地基—如碎石樁、砂樁、礦渣樁等；柔性樁復(fù)合地基—如石灰樁、土（或灰土）樁；半剛性樁—如水泥土攪拌樁、旋噴樁等；剛性樁復(fù)合地基——混凝土類樁（如CFG樁等）。樁中水泥摻入量的大小將直接影響樁體的強(qiáng)度。當(dāng)摻入量較小時(shí)，樁體的特性類似柔性樁；而當(dāng)摻入量較大時(shí)，又類似于剛性樁。復(fù)合地基特點(diǎn)

復(fù)合地基與天然地基比較：

復(fù)合地基加固區(qū)是由增強(qiáng)體和基體兩部分組成，是非均質(zhì)和各向異性的，該特點(diǎn)使復(fù)合地基區(qū)別于均質(zhì)地基。復(fù)合地基天然地基復(fù)合地基墊層復(fù)合地基復(fù)合地基與樁基比較①樁身材料與強(qiáng)度。復(fù)合地基中樁有散體材料樁、柔性樁、半剛性樁和剛性樁；樁基中的樁均為剛性樁；②樁與上部結(jié)構(gòu)的連接方式。復(fù)合地基中樁體與基礎(chǔ)不是直接相連的，它們之間通過(guò)墊層（碎石或砂石墊層）來(lái)過(guò)渡；而樁基中樁體與基礎(chǔ)直接相連，兩者形成一個(gè)整體。③受力特性不同。復(fù)合地基的主要受力層在加固體內(nèi)，由基體和增強(qiáng)體兩部分共同承擔(dān)上部荷載、協(xié)同工作；而樁基的主要受力層是在樁尖以下一定范圍內(nèi)，主要由樁體承擔(dān)荷載作用。④群樁效應(yīng)問(wèn)題。由于復(fù)合地基的理論的最基本假定為樁與樁周土的協(xié)調(diào)變形。為此，從理論而言，復(fù)合地基中也不存在類似樁基中的群樁效應(yīng)。圖2-5復(fù)合地基——樁基的區(qū)別·由樁體承擔(dān)荷載基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載墊層承臺(tái)樁體作用由于復(fù)合地基中樁體的剛度比周圍土體大，在荷載作用下等量變形時(shí)，地基中的應(yīng)力將按材料模量重新分配，樁體產(chǎn)生應(yīng)力集中，承擔(dān)大部分荷載，使得復(fù)合地基承載力和整體剛度高于原有地基，沉降量有所減小。墊層作用樁與樁間土形成復(fù)合地基，在加固深度范圍內(nèi)形成復(fù)合土層，可起到類似墊層的換土效應(yīng)，減少淺層地基中的附加應(yīng)力，或者說(shuō)增大應(yīng)力擴(kuò)散角。5.2復(fù)合地基的作用機(jī)理與破壞模式5.2.1復(fù)合地基的作用機(jī)理振密、擠密作用對(duì)砂樁、碎石樁、土樁、灰土樁和石灰樁等，在施工過(guò)程中由于振動(dòng)、沉管擠密或振沖擠密、排土等原因，可使樁間土起到一定的密實(shí)作用，改善土體物理力學(xué)性能。采用生石灰樁，由于其材料遇水產(chǎn)生水化反應(yīng)具有吸水、發(fā)熱和膨脹等作用，對(duì)樁間土同樣可起到擠密作用。加速固結(jié)作用碎石樁、砂樁、土工織物加筋體間的粗粒土等都具有良好的透水性，是地基中的排水通道。由于這些排水通道有效地縮短了排水距離，加速了樁間土的排水固結(jié)，樁間土在排水固結(jié)過(guò)程中土體抗剪強(qiáng)度得到增長(zhǎng)。加筋作用可以提高土體的抗剪強(qiáng)度，增加土坡的抗滑能力。水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基的加筋作用更加明顯。增強(qiáng)體的設(shè)置使復(fù)合地基加固區(qū)整體抗剪強(qiáng)度提高。加固區(qū)往往是地基持力層的主要部分，加固區(qū)復(fù)合土體具有較高的抗剪強(qiáng)度，可以有效提高地基的承載力和穩(wěn)定性。1．豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基的破壞模式一種是樁間土首先發(fā)生破壞進(jìn)而發(fā)展成復(fù)合地基全面破壞；另一種是樁體首先發(fā)生破壞進(jìn)而發(fā)展成復(fù)合地基全面破壞。

在實(shí)際工程中，樁間土和樁體同時(shí)達(dá)到破壞是很難遇到的。在剛性基礎(chǔ)下的樁土復(fù)合地基，大多數(shù)情況下都是樁體先破壞，進(jìn)而引起復(fù)合地基全面破壞；在路堤下的樁土復(fù)合地基，大多數(shù)情況下都是土體先破壞，進(jìn)而引起復(fù)合地基全面破壞。5.2.2復(fù)合地基的破壞模式豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基中樁體破壞模式可以分為下述四種形式：刺入破壞、鼓脹破壞、樁體剪切破壞和滑動(dòng)剪切破壞樁體刺入破壞模式。樁體剛度大、地基土承載力較低的情況下較易發(fā)生刺入破壞。樁體發(fā)生刺入破壞，承擔(dān)的荷載大幅度降低，進(jìn)而引起復(fù)合地基樁間土破壞，造成復(fù)合地基全面破壞。剛性樁復(fù)合地基較易發(fā)生刺入破壞。特別是柔性基礎(chǔ)（填土路堤）下的剛性樁復(fù)合地基更容易發(fā)生刺入破壞。若處在剛性基礎(chǔ)下，則可能發(fā)生較大沉降，造成復(fù)合地基失效。樁體鼓脹破壞模式在荷載作用下，樁周土不能給樁體提供足夠的圍壓，不能阻止樁體發(fā)生過(guò)大的側(cè)向變形，就會(huì)產(chǎn)生樁體鼓脹破壞。樁體發(fā)生鼓脹破壞進(jìn)而引起復(fù)合地基全面破壞，散體材料樁復(fù)合地基較易發(fā)生鼓脹破壞。剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)下的散體材料樁復(fù)合地基均可能發(fā)生樁體鼓脹破壞。樁體剪切破壞模式在荷載作用下，復(fù)合地基中的樁體發(fā)生剪切破壞，進(jìn)而引起復(fù)合地基全面破壞。低強(qiáng)度的柔性樁較容易產(chǎn)生樁體剪切破壞。剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)下的低強(qiáng)度柔性樁復(fù)合地基均可產(chǎn)生樁體剪切破壞。相比較，柔性基礎(chǔ)下發(fā)生樁體剪切破壞的可能性更大?；瑒?dòng)剪切破壞模式。

在荷載作用下，復(fù)合地基沿某一滑動(dòng)面產(chǎn)生滑動(dòng)破壞。在滑動(dòng)面上，樁體和樁間土均發(fā)生剪切破壞。各種復(fù)合地基均可能發(fā)生滑動(dòng)破壞。柔性基礎(chǔ)下的復(fù)合地基比剛性基礎(chǔ)下的復(fù)合地基發(fā)生滑動(dòng)剪切破壞的可能性更大。增強(qiáng)體的材料性質(zhì)，復(fù)合地基上的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式、荷載形式、豎向增強(qiáng)體本身的剛度對(duì)復(fù)合地基的破壞模式產(chǎn)生影響。樁間土的性質(zhì)與增強(qiáng)體的性質(zhì)差異程度也會(huì)對(duì)復(fù)合地基的破壞模式產(chǎn)生影響。若兩者相對(duì)剛度較大，較易發(fā)生樁體刺入破壞。但是筏板基礎(chǔ)下的剛性樁復(fù)合地基，由于筏板基礎(chǔ)的作用，復(fù)合地基中的樁體也不易發(fā)生刺入破壞。顯然復(fù)合地基上的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式對(duì)復(fù)合地基的破壞模式也有較大影響。剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的失效主要不是地基失穩(wěn)，而是產(chǎn)生的沉降過(guò)大，或者產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降。路堤或堆場(chǎng)下的復(fù)合地基首先要重視地基穩(wěn)定性問(wèn)題，防止地基失穩(wěn)，然后是變形問(wèn)題。復(fù)合地基破壞模式小結(jié)5.3復(fù)合地基承載力5.3.1復(fù)合地基面積置換率和樁土荷載分擔(dān)比1．復(fù)合地基面積置換率樁體在平面上最常用的布置形式有兩種：等邊三角形和正方形布置。2．復(fù)合地基樁土荷載分擔(dān)比在荷載作用下，復(fù)合地基中樁體承擔(dān)的荷載與樁間土承擔(dān)的荷載之比稱為樁土荷載分擔(dān)比。有時(shí)也用復(fù)合加固區(qū)中樁體的豎向應(yīng)力與樁間土的豎向應(yīng)力之比來(lái)衡量，稱為樁土應(yīng)力比。樁土荷載分擔(dān)比與樁土應(yīng)力比可以相互換算。豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)或采用增強(qiáng)體靜載荷試驗(yàn)結(jié)果和其周邊土的承載力特征值結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)時(shí)，可采用《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ-2012）推薦的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。5.3.2豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力特征值的確定1．復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)（1）試驗(yàn)?zāi)康膹?fù)合地基靜載荷試驗(yàn)用于測(cè)定承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)復(fù)合土層的承載力

單樁和復(fù)合地基載荷試驗(yàn)是檢驗(yàn)加固效果和工程質(zhì)量的一種有效而常用的方法?？煞譃楣こ填愝d荷試驗(yàn)和試驗(yàn)類載荷試驗(yàn)兩大類。（2）試驗(yàn)準(zhǔn)備

復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)承壓板應(yīng)具有足夠的剛度。單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)的承壓板可用圓形或方形，面積為一根樁承擔(dān)的處理面積；多樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)的承壓板可用方形或矩形，其尺寸按實(shí)際樁數(shù)所承擔(dān)的處理面積確定。單樁樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)樁的中心或多樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)樁的形心應(yīng)與載荷板中心應(yīng)保持一致，并與荷載作用點(diǎn)重合。

試驗(yàn)應(yīng)在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行。承壓板以下宜鋪設(shè)粗砂或中砂墊層，墊層厚度可取100~150mm。如采用設(shè)計(jì)的墊層厚度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)承壓板的寬度對(duì)獨(dú)立和條形基礎(chǔ)應(yīng)采用基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)寬度；對(duì)大型基礎(chǔ)試驗(yàn)有困難時(shí)，應(yīng)考慮承壓板尺寸和墊層厚度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。墊層施工的夯填度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

試驗(yàn)標(biāo)高處的試坑寬度和長(zhǎng)度不應(yīng)小于承壓板尺寸的3倍?；鶞?zhǔn)梁和加荷平臺(tái)支點(diǎn)（或錨樁）宜設(shè)在試坑外，且與承壓板邊的凈距不應(yīng)小于2m。

試驗(yàn)前應(yīng)采取防水和排水措施，防止試驗(yàn)場(chǎng)地地基土含水量變化或地基土擾動(dòng)，影響試驗(yàn)結(jié)果。（3）靜載荷試驗(yàn)裝置復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)裝置，一般由加荷穩(wěn)壓裝置、反力裝置及觀測(cè)裝置組成。加荷裝置包括承壓板、千斤頂及穩(wěn)壓器等；反力裝置常用平臺(tái)堆載或錨樁；觀測(cè)系統(tǒng)包括百分表及基準(zhǔn)梁等。4）靜載荷試驗(yàn)要點(diǎn)

加載等級(jí)可分為8~12級(jí)。測(cè)試前為校核試驗(yàn)系統(tǒng)整體工作性能，預(yù)壓荷載不得大于總加載量的5%。最大加載壓力不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求承載力特征值的2倍。每加一級(jí)荷載前后均應(yīng)各讀記承壓板沉降量一次，以后每0.5h讀記一次。當(dāng)1h內(nèi)沉降量小于0.01mm時(shí)，即可加下一級(jí)荷載。當(dāng)出現(xiàn)下列現(xiàn)象之一時(shí)可終止試驗(yàn)：①沉降急劇增大，土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起；②承壓板的累計(jì)沉降量已大于其寬度或直徑的6%；③當(dāng)達(dá)不到極限荷載，而最大加載壓力已大于設(shè)計(jì)要求承載力特征值的2倍。卸載級(jí)數(shù)可為加載級(jí)數(shù)的一半，等量進(jìn)行，每卸一級(jí)，間隔0.5h，讀記回彈量，待卸完全部荷載后間隔3h讀記總回彈量。試驗(yàn)千斤頂安放千斤頂與油泵連接

（5）復(fù)合地基承載力特征值的確定當(dāng)壓力-沉降曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取比例界限；當(dāng)其值小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取極限荷載的一半。當(dāng)壓力-沉降曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對(duì)變形值確定，①沉管砂石樁、振沖碎石樁或柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基，可取s/b或s/d等于0.01所對(duì)應(yīng)的壓力；②對(duì)灰土擠密樁、土擠密樁復(fù)合地基，可取s/b或s/d等于0.008所對(duì)應(yīng)的壓力；③對(duì)水泥粉煤灰碎石樁或夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基，對(duì)以卵石、圓礫、密實(shí)中粗砂為主的地基，可取s/b或s/d等于0.008所對(duì)應(yīng)的壓力；對(duì)以黏性土、粉土為主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所對(duì)應(yīng)的壓力；④對(duì)水泥攪拌樁或旋噴樁復(fù)合地基，可取s/b或s/d等于0.006~0.008所對(duì)應(yīng)的壓力，樁身強(qiáng)度大于1.0MPa且樁身質(zhì)量均勻時(shí)可取高值。⑤對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定相對(duì)變形值，但原地基為高壓縮性土層時(shí)，相對(duì)變形值的最大值不應(yīng)大于0.015；⑥復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，當(dāng)采用邊長(zhǎng)或直徑大于2m的承壓板進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，b或d按2m計(jì)；⑦按相對(duì)變形確定的地基承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半。3）試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)小于3點(diǎn)，當(dāng)滿足其極差不超過(guò)平均值的30%時(shí)，可取其平均值為復(fù)合地基承載力特征值。當(dāng)極差超過(guò)平均值的30%時(shí)，應(yīng)分析極差過(guò)大的原因，需要時(shí)應(yīng)增加試驗(yàn)數(shù)量，并結(jié)合工程具體情況確定復(fù)合地基承載力特征值。工程驗(yàn)收時(shí)應(yīng)視建筑物結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形式綜合評(píng)價(jià)，對(duì)于樁數(shù)少于5根的獨(dú)立樁基礎(chǔ)或樁數(shù)少于3排的條形基礎(chǔ)，復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)取最低值。2．按經(jīng)驗(yàn)參數(shù)確定用經(jīng)驗(yàn)公式估算地基承載力特征的可靠性受到限制，這種方法一般只適用于初步設(shè)計(jì)階段。（1）散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力特征值（2）有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力特征值增強(qiáng)體單樁豎向承載力特征值Ra的取值，應(yīng)符合下列規(guī)定：①當(dāng)采用單樁載荷試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2；②當(dāng)無(wú)單樁載荷試驗(yàn)資料時(shí)，可按下式計(jì)算增強(qiáng)體樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求當(dāng)復(fù)合地基承載力特征值需進(jìn)行基礎(chǔ)埋深的深度修正時(shí)，增強(qiáng)體樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求在進(jìn)行復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)有時(shí)不僅要計(jì)算地基的承載力，還需進(jìn)行地基的穩(wěn)定性分析。一般可采用圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算。5.4復(fù)合地基穩(wěn)定性分析在圓弧滑動(dòng)法中，假設(shè)的圓弧滑動(dòng)面往往既要經(jīng)過(guò)加固區(qū)又要經(jīng)過(guò)未加固區(qū)，地基土的強(qiáng)度應(yīng)分區(qū)計(jì)算，分別采用不同的強(qiáng)度指標(biāo)。未加固區(qū)采用天然土體強(qiáng)度指標(biāo)；加固區(qū)土體應(yīng)采用復(fù)合土體強(qiáng)度指標(biāo)，或者分別采用樁體和樁間土的強(qiáng)度指