《多元复合地基法》PPT课件.ppt

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1、第15章 多元复合地基法Chapter 15 Multi-element Composite Foundation 回顾与复习（Review）复合地基的定义：复合地基的定义：是指天然地基在地基处理过是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，地基中设置加筋材料，加固区加固区是由是由基体基体（天然（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体增强体两部分组成的人工地基。复合地基较天然地基两部分组成的人工地基。复合地基较天然地基的承载力提高，沉降减小。的承载力提高，沉降减小。复合地基分

2、类 复合地基根据地基中增强体的方向可分为复合地基根据地基中增强体的方向可分为竖向增强体复合地基竖向增强体复合地基和和水平向增强体复合地基水平向增强体复合地基两类。竖向增强体复合地基又称为两类。竖向增强体复合地基又称为桩体复合地桩体复合地基基。竖向增强体复合地基根据增强体性质又可竖向增强体复合地基根据增强体性质又可分为分为散体材料桩散体材料桩复合地基、复合地基、柔性桩柔性桩复合地基和复合地基和刚性桩刚性桩复合地基。复合地基。本章要学习的内容Main Contents in This Chapter一、概述一、概述二、多元复合地基的定义及分类二、多元复合地基的定义及分类三、多桩型复合地基法三、多桩

3、型复合地基法四、双向增强体复合地基法四、双向增强体复合地基法15.1 概 述鉴于水平向增强体、竖向增强体复合地基中鉴于水平向增强体、竖向增强体复合地基中的三种类型桩（即散体材料桩、柔性桩和刚性桩）的三种类型桩（即散体材料桩、柔性桩和刚性桩）的承载能力和变形特性不同，且由于每种地基处理的承载能力和变形特性不同，且由于每种地基处理方法都不是万能的，每种地基处理方法都有其适用方法都不是万能的，每种地基处理方法都有其适用范围和优缺点，可将水平向增强体、或竖向增强体范围和优缺点，可将水平向增强体、或竖向增强体中的三种类型桩中的两种甚至三种桩综合应用于加中的三种类型桩中的两种甚至三种桩综合应用于加固软土地

4、基，形成多元复合地基，以充分发挥水平固软土地基，形成多元复合地基，以充分发挥水平向增强体以及各桩型的优势，大幅度地提高地基承向增强体以及各桩型的优势，大幅度地提高地基承载力，减小地基沉降，从而取得良好的技术效果和载力，减小地基沉降，从而取得良好的技术效果和经济效益。经济效益。15.2 多元复合地基的定义及分类15.2 Definition and Classification of Multi-15.2 Definition and Classification of Multi-element Composite Foundationelement Composite Foundation

5、一、定义一、定义 多元复合地基是指由水平向增强体、竖向增强体中的刚多元复合地基是指由水平向增强体、竖向增强体中的刚性桩、柔性桩、散体材料桩中的两种或两种以上的增强体，性桩、柔性桩、散体材料桩中的两种或两种以上的增强体，采取不同的组合方式对天然地基加固所形成的复合地基。采取不同的组合方式对天然地基加固所形成的复合地基。二、分类二、分类 主要分为三大类：主要分为三大类：（1)1)多桩型复合地基多桩型复合地基 （2)2)双向单桩型复合地基双向单桩型复合地基 （3)3)双向多桩型复合地基双向多桩型复合地基 在多桩型复合地基中，可将桩身强度较高的桩称为主在多桩型复合地基中，可将桩身强度较高的桩称为主桩，

6、将强度较低的桩称为次桩。可将多桩型复合地基分为桩，将强度较低的桩称为次桩。可将多桩型复合地基分为两类：在第一类多桩型复合地基中，主桩作用为主，次桩两类：在第一类多桩型复合地基中，主桩作用为主，次桩为辅；在第二类多桩型复合地基中，为辅；在第二类多桩型复合地基中，主桩的数量较少，仅主桩的数量较少，仅布置在节点或荷载较大处，其主要目的是减小沉降，地基布置在节点或荷载较大处，其主要目的是减小沉降，地基承载力提高主要依靠次桩的置换作用。承载力提高主要依靠次桩的置换作用。三、多桩型复合地基三、多桩型复合地基 双向增强体复合地基由水平向的增强体和竖向的增双向增强体复合地基由水平向的增强体和竖向的增强体与天然

7、地基土体共同组成。在双向增强体复合地基强体与天然地基土体共同组成。在双向增强体复合地基中，如果竖向的增强体只有一种桩型，那么可称之为双中，如果竖向的增强体只有一种桩型，那么可称之为双向单桩型复合地基向单桩型复合地基(见图见图15-2)；如果竖向的增强体有两种；如果竖向的增强体有两种或两种以上的桩型，那么可以称之为双向多桩型复合地或两种以上的桩型，那么可以称之为双向多桩型复合地基（见图基（见图15-3）。）。四、双向增强体复合地基四、双向增强体复合地基多桩型复合地基（多桩型复合地基（Multi-Pile Composite Foundation)双向单桩型复合地基双向单桩型复合地基双向多桩型复合

8、地基双向多桩型复合地基15.3.1多桩型复合地基承载力的计算多桩型复合地基承载力的计算1.第一类多桩型复合地基承载力计算第一类多桩型复合地基承载力计算15.3 多桩型复合地基法15.3 Bearing Capacity of Multi-pile Composite Foundation 复合地基承载力由三部分组成复合地基承载力由三部分组成（1）当当次次桩桩为为强强度度较较高高的的柔柔性性桩桩（例例如如深深层层搅搅拌拌水泥土桩）时，采用下式计算复合地基承载力水泥土桩）时，采用下式计算复合地基承载力（2）当次桩为强度较低的柔性桩（例如石灰桩、）当次桩为强度较低的柔性桩（例如石灰桩、灰土挤密桩等）

9、或散体材料桩（例如碎石桩）时，灰土挤密桩等）或散体材料桩（例如碎石桩）时，采用下式计算复合地基承载力采用下式计算复合地基承载力 2.第二类多桩型复合地基承载力计算第二类多桩型复合地基承载力计算对于第二类多桩型复合地基，主桩的数量较少，对于第二类多桩型复合地基，主桩的数量较少，仅布置在节点或荷载较大处，其主要目的是减小仅布置在节点或荷载较大处，其主要目的是减小沉降，地基承载力提高主要依靠次桩的置换作用。沉降，地基承载力提高主要依靠次桩的置换作用。在实际工程中，可按两种情形考虑：在实际工程中，可按两种情形考虑：第一种情形第一种情形 考考虑虑主主桩桩分分担担一一定定的的荷荷载载，根根据据桩桩的的类类

10、型型及及地地质质条条件件采采用用经经验验参参数数法法计计算算单单桩桩承承载载力力，扣扣除除主主桩桩承承受受的荷载后，剩余荷载由次桩形成的复合地基承担。的荷载后，剩余荷载由次桩形成的复合地基承担。第二种情形第二种情形 将将主主桩桩的的承承载载作作用用作作为为安安全全储储备备，仅仅考考虑虑次次桩桩形形成成的的复复合合地地基基承承担担上上部部结结构构荷荷载载，此此种种情情形形即即由由两两桩桩型型复复合合地地基基退退化化为为普普通通的的单单一一桩桩型型复复合合地地基基。复复合合地地基基承承载载力力按按通通常常单单一一桩桩型型复复合合地地基基的的承承载载力力计计算算公公式式计算。计算。15.3.2 多桩

11、型复合地基沉降计算1.第一类多桩型复合地基沉降计算方法第一类多桩型复合地基沉降计算方法(1)第一种情形（主桩与次桩桩长相等）第一种情形（主桩与次桩桩长相等）s=s1+s2加固区土层压缩量加固区土层压缩量s1可采用复合模量法计算。可采用复合模量法计算。复合压缩模量复合压缩模量E cs通过面积加权法计算，也可通过试验通过面积加权法计算，也可通过试验确定。确定。Ecs=m1Ep1+m2Ep2+(1-m1-m2)Es加固区下卧土层压缩量加固区下卧土层压缩量s2可采用分层总和法计算。可采用分层总和法计算。其次讨论复合地基加固区下卧土层压缩量其次讨论复合地基加固区下卧土层压缩量s2的的计算方法。由于在第一

12、类多桩型复合地基中，主计算方法。由于在第一类多桩型复合地基中，主桩的置换率较大，主桩起主要的置换作用，而且桩的置换率较大，主桩起主要的置换作用，而且由于主桩较长，建议宜采用实体基础法计算作用由于主桩较长，建议宜采用实体基础法计算作用在下卧土层上的附加应力，采用分层总和法计算在下卧土层上的附加应力，采用分层总和法计算下卧土层压缩量下卧土层压缩量s2。2.第二类多桩型复合地基沉降计算方法l 在第二类多桩型复合地基中，由于主桩的置换率在第二类多桩型复合地基中，由于主桩的置换率很小，主桩的置换作用较小，绝大部分荷载由次桩及很小，主桩的置换作用较小，绝大部分荷载由次桩及桩间土承担，而主桩仅布置在节点或荷

13、载较大处，因桩间土承担，而主桩仅布置在节点或荷载较大处，因此第二类多桩型复合地基的沉降计算方法与第一类多此第二类多桩型复合地基的沉降计算方法与第一类多桩型复合地基的沉降计算方法有较大区别，下面建议桩型复合地基的沉降计算方法有较大区别，下面建议两种计算方法。两种计算方法。第第一一种种计计算算方方法法：采采用用复复合合模模量量法法计计算算加加固固区区土土层层的的压压缩缩量量s1，采采用用改改进进的的Geddes法法计计算算下卧土层的压缩量下卧土层的压缩量s2。第第二二种种计计算算方方法法为为工工程程中中的的实实用用简简化化计计算算方方法法，即即将将总总荷荷载载扣扣除除桩桩体体承承受受的的荷荷载载后

14、后的的剩剩余余荷荷载载作作用用在在复复合合地地基基加加固固区区上上，其其加加固固区区土土层层和和下下卧卧层层土土层层上上的的附附加加应应力力计计算算方方法法与与天天然然地地基基中中应应力计算方法相同力计算方法相同。1 多桩型复合地基中的单桩检测 对对于于多多桩桩型型复复合合地地基基中中的的单单桩桩桩桩身身质质量量，可可依依照照各各类类桩桩的的检检测测办办法法分分别别进进行行检检测测，例例如如，刚刚性性桩桩可可采采用用低低应应变变动动力力检检测测法法检检测测桩桩身身完完整整性性，深深层层搅搅拌拌水水泥泥土土桩桩可可采采用用轻轻便便动动力力触触探探或或抽抽芯芯检检测测，石石灰灰桩桩可可采采用用静静

15、力力触触探探或或轻轻便便动动力力触触探探检检测测桩桩身身强强度度和和成成桩桩质质量量，碎碎石石桩桩可可采采用用重重型型动动力力触触探探检检测测成成桩桩质质量。量。15.3.3 多桩型复合地基检测方法15.3.3 Verification Test of Multi-pile Composite Foundation2 多桩型复合地基承载力检测方法（直接法）(1)规范方法规范方法 对于一般的复合地基加固效果检测，建筑地对于一般的复合地基加固效果检测，建筑地基处理技术规范基处理技术规范JGJ 79-2002规定采用复合地基静规定采用复合地基静载荷试验，若为单桩复合地基静载荷试验，压板可载荷试验，若

16、为单桩复合地基静载荷试验，压板可采用圆形或方形，面积为单根桩承担的处理面积。采用圆形或方形，面积为单根桩承担的处理面积。多桩复合地基载荷试验的压板可采用方形或矩形，多桩复合地基载荷试验的压板可采用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。采用矩形压板，是否合适？采用异性压板，是否合适？(2)平行四边形压板法平行四边形压板法 建议对于工程中有时采用矩形或方形压板建议对于工程中有时采用矩形或方形压板难以准确合理地检测多桩型复合地基承载力时，难以准确合理地检测多桩型复合地基承载力时，在多桩型复合地基静载荷试验中可采用平行四在多桩型复合地基静载荷试验中可采

17、用平行四边形压板。边形压板。平行四边形压板 采用平行四边形压板时，应注意以下事项：采用平行四边形压板时，应注意以下事项：（1）当按相对变形）当按相对变形s/b取值时，取值时，b应取平行四边形较应取平行四边形较短的一个高；或取与平行四边形面积相等的正边形短的一个高；或取与平行四边形面积相等的正边形的边长；的边长；（2）平行四边形相邻边边长及平行四边形相邻内角）平行四边形相邻边边长及平行四边形相邻内角之差不宜过大，否则平行四边形的两锐角处容易产之差不宜过大，否则平行四边形的两锐角处容易产生应力集中而使土体过早产生挤出破坏；生应力集中而使土体过早产生挤出破坏；（3）由于板的平面尺寸比相同面积的方形板

18、大，因）由于板的平面尺寸比相同面积的方形板大，因此压板应具有较高的刚度。此压板应具有较高的刚度。3 多桩型复合地基承载力检测（间接法）所谓间接法就是分别对主桩或次桩进行所谓间接法就是分别对主桩或次桩进行单桩或复合地基静载荷试验，然后利用多桩单桩或复合地基静载荷试验，然后利用多桩型复合地基的承载力计算公式计算出多桩型型复合地基的承载力计算公式计算出多桩型复合地基的承载力。复合地基的承载力。工程实例一工程实例一:深层搅拌桩与石灰桩联合加固杂填土深层搅拌桩与石灰桩联合加固杂填土（该项目完成于（该项目完成于19941994年）年）工程实例二工程实例二:钻孔压灌混凝土桩与水泥粉喷桩联合加钻孔压灌混凝土桩

19、与水泥粉喷桩联合加固深厚软土（该项目完成于固深厚软土（该项目完成于20002000年）年）15.3.4 多桩型复合地基法的工程实践15.3.4 Case Histories of Multi-pile Composite Foundation 双向增强体复合地基双向增强体复合地基 双向增强体复合地基法近些年来在工程中开始逐双向增强体复合地基法近些年来在工程中开始逐渐得到应用。但是，由于目前这种新型的复合地基的渐得到应用。但是，由于目前这种新型的复合地基的作用机理尚不十分清楚，既没有现成的设计理论和设作用机理尚不十分清楚，既没有现成的设计理论和设计方法，也没有成熟的施工工艺和控制措施，更缺乏计方

20、法，也没有成熟的施工工艺和控制措施，更缺乏施工质量的检验验收标准，没有形成技术规范和设计施工质量的检验验收标准，没有形成技术规范和设计指南。也就是说，目前双向增强体复合地基的理论研指南。也就是说，目前双向增强体复合地基的理论研究远远落后于其工程实践。虽然目前的工程应用停留究远远落后于其工程实践。虽然目前的工程应用停留在边摸索边总结的经验状态，但是，其有限的应用却在边摸索边总结的经验状态，但是，其有限的应用却显示出非常好的技术效果和经济效益，具有开展进一显示出非常好的技术效果和经济效益，具有开展进一步深入研究和扩大应用范围的重要价值。步深入研究和扩大应用范围的重要价值。15.4.1 双向增强体复

21、合地基双向增强体复合地基 所谓双向增强体复合地基就是对天然地基的下所谓双向增强体复合地基就是对天然地基的下部采用竖向增强体（包括刚性桩、柔性桩和散体材部采用竖向增强体（包括刚性桩、柔性桩和散体材料桩等）加固，而上部采用水平向增强体加固，竖料桩等）加固，而上部采用水平向增强体加固，竖向增强体、水平向增强体与天然地基共同作用所形向增强体、水平向增强体与天然地基共同作用所形成的人工地基。该类复合地基可发挥水平向增强体成的人工地基。该类复合地基可发挥水平向增强体和竖向增强体的各自的优势，共同有效地承担上部和竖向增强体的各自的优势，共同有效地承担上部荷载，大大减小地基变形。荷载，大大减小地基变形。双向增

22、强体复合地基法也称为桩网复合地基法和桩双向增强体复合地基法也称为桩网复合地基法和桩承式加筋复合垫层法。承式加筋复合垫层法。双向增强体复合地基形成的背景 双向增强体复合地基法是在单一增强体复合地基存在一些双向增强体复合地基法是在单一增强体复合地基存在一些不足的背景下产生的。不足的背景下产生的。（1）水平向增强体）水平向增强体(土工合成材料、金属材料格栅等土工合成材料、金属材料格栅等)不足之不足之处：处：不方便在较深的土层下施工，难以用于基坑特别是深基不方便在较深的土层下施工，难以用于基坑特别是深基坑支护；坑支护；不能充分调动下部土的承载潜力；不能充分调动下部土的承载潜力；应用于软土地应用于软土地

23、基处理时，所需沉降变形时间往往较长，不利于加快工程进度。基处理时，所需沉降变形时间往往较长，不利于加快工程进度。（2）单一的竖直向增强体）单一的竖直向增强体(通常称为桩体通常称为桩体)不足之处：不足之处：没有没有加筋、过滤、防渗功能；加筋、过滤、防渗功能；在高边坡情况下往往要设专用抗滑在高边坡情况下往往要设专用抗滑斜桩，难以施工；斜桩，难以施工；有时因特殊情况需要，仍嫌其沉降变形达有时因特殊情况需要，仍嫌其沉降变形达到稳定的时间过长；到稳定的时间过长；受到柔性荷载或者基础刚度不大时，竖受到柔性荷载或者基础刚度不大时，竖向增强体的承载力难以充分发挥，导致承载力难以得到大幅度向增强体的承载力难以充

24、分发挥，导致承载力难以得到大幅度提高，沉降也较大。提高，沉降也较大。15.4.3 双向增强体复合地基的优点双向增强体复合地基的优点 双向增强体复合地基综合了水平向增强体和竖向增强体的双向增强体复合地基综合了水平向增强体和竖向增强体的优势，可以克服上述单一增强体复合地基的不足之处，通过不优势，可以克服上述单一增强体复合地基的不足之处，通过不同增强体的合理组合，获得较高的承载力，并大大减少沉降。同增强体的合理组合，获得较高的承载力，并大大减少沉降。双向增强体复合地基具有以下优点。双向增强体复合地基具有以下优点。(1)双向增强体复合地基具有桩体、垫层、排水、挤密、加筋、双向增强体复合地基具有桩体、垫

25、层、排水、挤密、加筋、防护等综合效能。防护等综合效能。(2)竖向增强体复合地基法比较容易实现在天然软土地基上快竖向增强体复合地基法比较容易实现在天然软土地基上快速填筑稳定的高路堤或堤坝。速填筑稳定的高路堤或堤坝。(3)当竖向增强体按照稀疏间距布置时，采用减沉桩理论进行当竖向增强体按照稀疏间距布置时，采用减沉桩理论进行设计和施工，可大幅度降低工程建设成本。设计和施工，可大幅度降低工程建设成本。(4)沉降较小且完成时间较短，工后沉降较易控制，可缩短工沉降较小且完成时间较短，工后沉降较易控制，可缩短工期，相对加快工程进度。期，相对加快工程进度。(5)不需采用预压来先期完成沉降，施工方便。不需采用预压

26、来先期完成沉降，施工方便。双向增强体复合地基法的应用范围 由于双向增强体复合地基法这一新技术在控制沉降和不均由于双向增强体复合地基法这一新技术在控制沉降和不均匀沉降有着具大的技术优势，且经济效益显著，目前，逐步开匀沉降有着具大的技术优势，且经济效益显著，目前，逐步开始在国内得到应用，主要应用范围集中在以下这些方面：始在国内得到应用，主要应用范围集中在以下这些方面：(l)大面积堆载场地的地基处理；大面积堆载场地的地基处理；(2)路堤软土地基处理，比如高速公路和高速铁路路基处理；路堤软土地基处理，比如高速公路和高速铁路路基处理；(3)软土地基上新老路堤接合部的处理，以防止不均匀沉降；软土地基上新老

27、路堤接合部的处理，以防止不均匀沉降；(4)高层建筑物地基软弱下卧层处理；高层建筑物地基软弱下卧层处理；(5)桥台过渡段地基处理，比如处理桥台过渡段地基处理，比如处理“桥头跳车桥头跳车”现象；现象；(6)其他工程应用，例如持力层为斜坡的桩基础，以防止地基侧其他工程应用，例如持力层为斜坡的桩基础，以防止地基侧向失稳。向失稳。双向增强体复合地基的发展1993年，南年，南(宁宁)一昆一昆(明明)铁路线永丰营车站的软土地基处理铁路线永丰营车站的软土地基处理采用了粉喷桩结合土工格栅这一桩承加筋土复合地基；采用了粉喷桩结合土工格栅这一桩承加筋土复合地基；1998年，江苏省泰州市首次利用年，江苏省泰州市首次利

28、用“土工编织布土工编织布(geotextile)加筋垫层加筋垫层+水泥粉喷搅拌桩水泥粉喷搅拌桩”的复合地基方案，修复处理泰的复合地基方案，修复处理泰州市引江河嘶马码头下的软土地基；州市引江河嘶马码头下的软土地基；国内发展：2001年，铁道部科学研究院深圳分院采用了桩网复合地基处年，铁道部科学研究院深圳分院采用了桩网复合地基处理不同处理技术路段的接合段来控制沉降和差异沉降；理不同处理技术路段的接合段来控制沉降和差异沉降；2007年，在宁波钢铁厂轧钢车间采用了素混凝土桩年，在宁波钢铁厂轧钢车间采用了素混凝土桩+水泥搅水泥搅拌桩形成的两种竖向增强体同双层土工格栅形成的双向增强拌桩形成的两种竖向增强体

29、同双层土工格栅形成的双向增强体复合地基进行地基处理；体复合地基进行地基处理；双向增强体复合地基的设计1.水平向土工格栅加筋垫层的设计水平向土工格栅加筋垫层的设计 双向增强体复合地基中土工格栅加筋垫层的设计主要是针双向增强体复合地基中土工格栅加筋垫层的设计主要是针对引起土工格栅张拉力的几种形式进行考虑，包括因竖向应力对引起土工格栅张拉力的几种形式进行考虑，包括因竖向应力和侧向滑移导致的张拉力，满足在工作条件下的张拉力要求。和侧向滑移导致的张拉力，满足在工作条件下的张拉力要求。为了评价土工格栅加筋体支撑竖向压力的能力大小，可采用应为了评价土工格栅加筋体支撑竖向压力的能力大小，可采用应力折减比力折减

30、比SSR这一参数。应力折减比的定义为：作用在两桩间这一参数。应力折减比的定义为：作用在两桩间距之间加筋体上的平均竖向应力与路基填土和表面荷载产生的距之间加筋体上的平均竖向应力与路基填土和表面荷载产生的竖向应力的比值，竖向应力的比值，SSR分为二维和三维的情况，二维情况下分为二维和三维的情况，二维情况下SRR的定义与土拱率完全一致，三维情况下的定义与土拱率完全一致，三维情况下SSR3D的计算公式的计算公式如下：如下：思考题思考题(Problems)1.多元复合地基的定义是什么？多元复合地基的定义是什么？2.多元复合地基有何优点？多元复合地基有何优点？3.两类多桩型复合地基的承载力和沉降分别如何两类多桩型复合地基的承载力和沉降分别如何计算？计算？4.多桩型复合地基如何进行质量检测？多桩型复合地基如何进行质量检测？5.双向增强体复合地基有何优点？有什么应用前双向增强体复合地基有何优点？有什么应用前景？景？