《復(fù)合地基簡述》PPT課件.ppt

1、第2章 復(fù)合地基理論概要 （Composite Subgrade),一、概述 二、作用機(jī)理和破壞模式 三、復(fù)合地基應(yīng)力特征 四、樁體復(fù)合地基承載力計(jì)算五、復(fù)合地基沉降計(jì)算 六、基礎(chǔ)剛度和墊層對樁體復(fù)合地基性狀的影響,一、概述1、概念 復(fù)合地基一般指由兩種剛度（或模量）不同材料（樁體和樁間土）所組成，在相對剛性基礎(chǔ)下兩者共同分擔(dān)上部荷載并協(xié)調(diào)變形（包括剪切變形）的地基。 其研究方法是在眾多根樁所加固地基中，選擇一根樁及其影響的樁周土所組成的單元體作為研究對象。,復(fù)合地基與天然地基同屬地基范疇，兩者之間有 內(nèi)在聯(lián)系，但又有本質(zhì)的區(qū)別；復(fù)合地基與樁基都是 采用以樁的形式處理地基，故兩者具有相似之處，

2、但 復(fù)合地基屬地基的范疇，而樁基屬于基礎(chǔ)范疇，兩者 又有其本質(zhì)的區(qū)別。,復(fù)合地基計(jì)算簡圖,復(fù)合地基主要受力層在加固體內(nèi)，而樁基的主要受力層是在樁尖以下一定范圍內(nèi)。由于復(fù)合地基理論的最基本的假設(shè)為樁與樁間土的協(xié)調(diào)變形。為此，從理論而言，復(fù)合地基中不存在類似樁尖中的群樁效應(yīng)。,復(fù)合樁基與樁基受力比較示意,2、分類,按材料：散體土類樁如碎石樁、砂樁等； 水泥土類樁水泥土攪拌樁、旋噴樁、 水泥土夯實(shí)樁等； 混凝土類樁CFG樁、素砼樁、樹根樁等。,按強(qiáng)度：柔性樁散體材料類樁，其與樁身材料 的密實(shí)度有關(guān)； 半剛性樁水泥土類樁，其與水泥的 摻入比有關(guān)； 剛性樁混凝土類樁，其與砼的強(qiáng) 度等級(jí)有關(guān)。 柔性復(fù)合地

3、基、半剛性復(fù)合地基、剛性復(fù)合地基,3、從荷載傳 遞路線看： 復(fù)合地基 的本質(zhì)是樁和 樁間土共同直 接承擔(dān)荷載。,淺 基 礎(chǔ),樁 基 礎(chǔ),樁 體 復(fù) 合 地 基,二、作用機(jī)理和破壞模式1、作用機(jī)理1）樁體作用 由于樁體的強(qiáng)度較樁間土為大，在剛性基礎(chǔ)等量變形時(shí)，地基中的應(yīng)力將按材料的模量進(jìn)行分布，在樁體上產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，大部分荷載由樁體承擔(dān)，樁間土上應(yīng)力減少。 2）墊層作用 樁與樁間土組成的復(fù)合層，由于其性能優(yōu)于原天然地基，它可起到類似墊層的換土、均勻地基應(yīng)力、增大應(yīng)力擴(kuò)散角的作用。,在樁體未有貫穿整個(gè)軟弱土層時(shí)的復(fù)合地基中，墊層的作用尤其明顯。3）加速固結(jié)作用 除碎石樁和砂樁具有良好的透水性，

4、可加速地基的固結(jié)外，水泥土類、混凝土類樁也可加速地基的固結(jié)。 Cv=k(1+e。)/wa t=2.47H2/Cv式中：Cv固結(jié)系數(shù)；k滲透系數(shù)；e。天然孔隙比； w水的重度；a壓縮系數(shù)；H土層固結(jié)的厚 度；T最終沉降完成所需時(shí)間。 水泥土類樁使k降低，同時(shí)使a減小，而且后者的減小幅度要前者為大。,4）擠密作用 砂樁、土樁、夯實(shí)樁、砂石樁等由于施工過程中對樁周土具有擠密作用；生石灰樁由于其材料吸水、發(fā)熱和膨脹等作用，對樁周土也具有擠密作用；據(jù)有關(guān)資料，其它類樁也對樁周土具有擠密作用，但其效果尚需進(jìn)一步研究。5）加筋作用 各種樁土復(fù)合地基不僅可提高地基土的承載力外，還可提高土體的抗剪強(qiáng)度，增加土坡

5、的抗滑能力。,強(qiáng)度增加 / 原強(qiáng)度,2、破壞模式 刺入破壞 鼓脹破壞 整體剪切破壞 滑動(dòng)破壞 刺入破壞：樁體向下刺入，導(dǎo)致其承擔(dān)荷載急劇下降，樁間土發(fā)生破壞， 極易發(fā)生在剛性樁復(fù)合地基中； 鼓脹破壞：樁周土不能提供足夠側(cè)向壓力，導(dǎo)致樁體變形過大，易發(fā)生在 散體材料樁中； 整體剪切破壞：在上部荷載作用下，樁體發(fā)生剪切破壞，從而引起復(fù)合地基 的全面破壞，易發(fā)生在低強(qiáng)度的柔性樁復(fù)合地基中； 滑動(dòng)破壞：復(fù)合地基沿滑動(dòng)面發(fā)生剪切破壞，柔性地基較剛性地基易發(fā)生。,復(fù)合地基破壞的模式比較復(fù)雜，一般認(rèn)為其取決于樁體與樁間土的破壞特性，其中樁體的破壞特性是主要的。,水泥土樁體與樁間土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,復(fù)合地基的二次

6、屈服現(xiàn)象,三、復(fù)合地基應(yīng)力特征 1、基底反力 2、附加應(yīng)力,實(shí)測載荷板下復(fù)合地基反力分布圖,復(fù)合地基豎向附加應(yīng)力等值線圖 m置換率 Ep/Es樁土模量比,3、樁土應(yīng)力比 樁土應(yīng)力比是復(fù)合地基的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它關(guān)系到復(fù)合地基承載力和變形計(jì)算，它與荷載水平樁土模量比、樁土面積置換率、軟地基土的強(qiáng)度、樁長固結(jié)時(shí)間和墊層情況等因素有關(guān)。,復(fù)合地基的p-n關(guān)系曲線（樁與土的模量影響）,n與樁土模量比的關(guān)系 碎石樁復(fù)合地基n與m 的關(guān)系 應(yīng)力一定時(shí)，Ep/Es n隨著m的增大而 越大，n越大 減小，但幅度不大,樁的長徑比L/d與n的關(guān)系曲線 n隨著L增加而增大，但當(dāng)樁長達(dá)到某一值時(shí)，n值基本上不再 增

7、加。為此，存在一有效樁長Lo的概念。,L/d,建筑物施工過程中碎石樁復(fù)合地基實(shí)測n與t的變化情況,碎石樁復(fù)合地基n與t的關(guān)系曲線,四、樁體復(fù)合地基承載力計(jì)算1、復(fù)合地基極限承載力pcf ： pcf= k11m ppf + k22(1-m) psf (2-2-1) 式中 ppf 單樁極限承載力，kPa； psf 天然地基極限承載力，kPa； k1 反映復(fù)合地基中樁體實(shí)際極限承載力與單樁極限承載力不同的修正系 數(shù)，與地基土質(zhì) k2 反映復(fù)合地基中樁間土實(shí)際極限承載力與天然地基極限承載力不同的修 正系數(shù) 1復(fù)合地基破壞時(shí)，樁體發(fā)揮其極限強(qiáng)度的比例 2復(fù)合地基破壞時(shí)，樁間土發(fā)揮其極限強(qiáng)度的比例 m 復(fù)

8、合地基置換率， m=Ap/A，其中，Ap為樁體面積，A為對應(yīng)的加固面積,2、確定樁體極限承載力ppf a. 樁體極限承載力ppf 可通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定（首選）。 b. 無試驗(yàn)資料時(shí)，對剛性樁復(fù)合地基和柔性樁復(fù)合地基，樁體極限承載力可采用類似摩擦樁極限承載力計(jì)算式計(jì)算，其表達(dá)式為： 按上式計(jì)算樁體極限承載力外，尚需計(jì)算樁身材料強(qiáng)度允許的單樁極限承載力，即： 取二者中較小值為樁的極限承載力。,c. 無試驗(yàn)資料時(shí)，對散體材料樁復(fù)合地基，樁體極限承載力可通過計(jì)算樁間土側(cè)向極限應(yīng)力確定，其表達(dá)式為： 式中， ru樁側(cè)土體所能提供的最大側(cè)限力，kPa；( P22 ) Kp樁體材料的被動(dòng)土壓力系數(shù)，kPa；,

9、3、確定天然地基極限承載力psf a. 天然地基極限承載力psf 可通過載荷試驗(yàn)確定（首選）。 b. 土工試驗(yàn)資料，查閱有關(guān)規(guī)范。 c. Skempton極限承載力公式。,五、復(fù)合地基沉降計(jì)算復(fù)合地基的總沉降量s的表達(dá)式： s1為加固區(qū)的壓縮量， s2為加固區(qū)下臥土體的壓縮量。,1、加固區(qū)土層壓縮量s1計(jì)算：1）復(fù)合模量法： 將復(fù)合地基加固區(qū)中增強(qiáng)體和基體兩部分視為一復(fù)合土體，采用復(fù)合壓縮模量ECS來評(píng)價(jià)復(fù)合土體的壓縮性。采用分層總和法計(jì)算S1：式中 pi第i層復(fù)合土上附加應(yīng)力增量 Ecsi第i層復(fù)合土層的復(fù)合壓縮模量 Hi 第i層復(fù)合土層的厚度,復(fù)合壓縮模量Ecsi ： 式中 EP樁體壓縮模

10、量 Es土體壓縮模量,2）應(yīng)力修正法 ： 在該法中，根據(jù)樁間土承擔(dān)的荷載 ps ，按照樁間土的壓縮模量 Es ，采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)土層的壓縮量S1： 式中 s 應(yīng)力修正系數(shù)； n 樁土應(yīng)力比； m 復(fù)合地基置換率； psi復(fù)合地基在荷載作用下第i層樁間土的附加應(yīng)力增量，相當(dāng)于未加 固地基在荷載ps作用下第i層土上的附加應(yīng)力增量； s1s 未加固地基在荷載作用下相應(yīng)厚度內(nèi)的壓縮量。,3）樁身壓縮量法 ： 在荷載作用下，樁身壓縮量sp為： 式中 p 應(yīng)力修正系數(shù)； l 樁身長度，即等于加固區(qū)厚度h n 樁土應(yīng)力比； m 復(fù)合地基置換率； pbo樁底端端承力密度 ； Ep樁身材料變形模量 。

11、加固區(qū)壓縮量s1: 樁底端刺入下臥層土體的刺入量 。,2、復(fù)合地基加固區(qū)下臥層土層壓縮量 s2 計(jì)算： 通常采用分層總和法計(jì)算。作用在下臥層土體上的荷載或土體中附加壓力是難以精確計(jì)算的。目前在工程應(yīng)用上，常采用下述三種方法計(jì)算：1）壓力擴(kuò)散法： 加固區(qū)下臥層上附加壓力示意圖（右下）。作用在下臥層上的 pb 為： 式中 p復(fù)合地基上荷載密度 B作用寬度；D作用長度 壓力擴(kuò)散角； h加固區(qū)厚度 條形基礎(chǔ)：,2）等效實(shí)體法： 加固區(qū)下臥層上附加壓力示意圖（右下）。作用在下臥層上的 pb 為： 式中 p復(fù)合地基上荷載密度 B作用寬度；D作用長度 f等效實(shí)體側(cè)平均阻力密度； h加固區(qū)厚度 條形基礎(chǔ)：,3

12、）改進(jìn)Geddes 法： 復(fù)合地基總荷載為p ，樁體承擔(dān)p p ，樁間土承擔(dān)p s= p - p p 。樁間土承擔(dān)的荷載p s在地基所產(chǎn)生的豎向應(yīng)力z,Q ，其計(jì)算方法和天然地基中應(yīng)力計(jì)算方法相同。樁體承擔(dān)的荷載p p在地基中所產(chǎn)生的豎向應(yīng)力采用Geddes 法計(jì)算。然后疊加兩部分應(yīng)力得到地基中總的豎向應(yīng)力。 Geddes將長度為L 的單樁在荷載Q 作用下對地基土產(chǎn)生的作用力，近似為如上圖所示的樁端集中力 Q p ，樁側(cè)均勻分布的摩阻力 Q r和樁側(cè)隨深度線性增長的分布摩阻力 Q t等三種形式荷載的組合。Geddes 根據(jù)彈性理論半無限體中作用一集中力的Mindlin 應(yīng)力解積分，導(dǎo)出了單樁的上述三種形式荷載在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力計(jì)算公式。,單樁荷載分解為三種形式荷載的組合,墊層對樁體復(fù)合地基性狀影響：,為提高柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的樁土荷載分擔(dān)比，減小復(fù)合地基沉降，可在復(fù)合地基和柔性基礎(chǔ)之間設(shè)置剛度較大的墊層（如土工格珊碎石墊層、灰土墊層）。 不