4.复合地基理论与设计.ppt

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1、一、概述 1.均质地基和复合地基 均质地基：均质地基：复合地基：复合地基：复合地基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。第二章第二章 复合地基理论概要复合地基理论概要 一、概述 2.复合地基分类 根据地基中增强体的方向可分为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。水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。一、概述 3.浅基础、桩基础和复合地基 1）浅基础）浅基础 特点：浅基础中，上部结构荷载是通过基础板直接传递给特点：浅基础中，上部结构荷载是通过基础板直接传

2、递给地基土体的地基土体的一、概述 3.浅基础、桩基础和复合地基 2）桩基础）桩基础 特点：端承桩桩基础中，上部结构荷载通过基础板传递特点：端承桩桩基础中，上部结构荷载通过基础板传递给给桩体，再依靠桩体，再依靠桩的端承力直接传递给桩端持力层。不仅基础板下地基土不传递荷载，桩的端承力直接传递给桩端持力层。不仅基础板下地基土不传递荷载，而且桩侧土也基本上不传递荷载。而且桩侧土也基本上不传递荷载。摩擦桩桩基础中，上部结构荷载通过基础板传递给桩体，再通过摩擦桩桩基础中，上部结构荷载通过基础板传递给桩体，再通过桩面摩阻力和桩端端承力传递给地基土体，但以桩侧摩阻力为主。桩面摩阻力和桩端端承力传递给地基土体，

3、但以桩侧摩阻力为主。一、概述 3.浅基础、桩基础和复合地基 3）复合地基）复合地基 特点：复合地基中，上部结构荷载通过基础板直接特点：复合地基中，上部结构荷载通过基础板直接同时将荷载传递给同时将荷载传递给土土体和基础板下地基土体。体和基础板下地基土体。4.小结 由上面分析可以看出，浅基础、桩基础和复合地基的分类主要是考虑了荷载传递路线。荷载传递路线也是上述三种地基基础形式的基本特征。简言之，1.对于浅基础，荷载直接传递给地基土体；2.对于桩基础，荷载通过桩体传递给地基土体；3.对于复合地基，荷载一部分通过桩体传递给地基土体，一部分直接传递给地基土体。5.垫层的作用：理论研究和试验研究表明，基础

4、和复合地基加固理论研究和试验研究表明，基础和复合地基加固区之间设置垫层不仅可保证各类增强体与桩间土区之间设置垫层不仅可保证各类增强体与桩间土形成复合地基共同承担上部荷载，而且可以有效形成复合地基共同承担上部荷载，而且可以有效改善复合地基中浅层的受力状态，如减小桩土荷改善复合地基中浅层的受力状态，如减小桩土荷载分担比、提高桩间土的抗剪强度、提高增强体载分担比、提高桩间土的抗剪强度、提高增强体承受竖向荷载的能力等。承受竖向荷载的能力等。二、桩体复合地基承载力计算 1.复合地基承载力：1）桩体复合地基承裁力计算思路是先分别确定桩体的承）桩体复合地基承裁力计算思路是先分别确定桩体的承载力和桩间土承载力

5、，再根据一定的原则叠加这两部分承载力和桩间土承载力，再根据一定的原则叠加这两部分承载力得到复合地基的承载力。载力得到复合地基的承载力。二、桩体复合地基承载力计算 1.复合地基承载力：2）桩体极限承载力计算）桩体极限承载力计算 粘结材料桩极限承载力计算粘结材料桩极限承载力计算 目前工程上对粘结材料桩目前工程上对粘结材料桩(柔性桩和刚性桩柔性桩和刚性桩)根据下述两种情况计算根据下述两种情况计算确定桩的承载力确定桩的承载力 (1)根据桩身材料强度计算承载力；根据桩身材料强度计算承载力；(2)根据桩侧摩擦力和根据桩侧摩擦力和桩桩端端阻力计算承载力。端端阻力计算承载力。二者中取较小值为校的承载力。二者中

6、取较小值为校的承载力。根据桩身材料强度计算单桩极限承载力：根据桩身材料强度计算单桩极限承载力：根据桩侧摩擦力和桩端端阻力计算单桩极限承载力的表达式为根据桩侧摩擦力和桩端端阻力计算单桩极限承载力的表达式为 二、桩体复合地基承载力计算 1.复合地基承载力：3）散体材料桩极限承载力计算）散体材料桩极限承载力计算 与柔性桩、刚性桩等粘结材料桩不同，散体材料桩是依靠与柔性桩、刚性桩等粘结材料桩不同，散体材料桩是依靠周围土体的侧限阻力保持其形状并承受荷载的，散体材料周围土体的侧限阻力保持其形状并承受荷载的，散体材料桩的承载力除与桩身材料的性质及其紧密程度有关外，主桩的承载力除与桩身材料的性质及其紧密程度有

7、关外，主要取决于桩周土体的侧限能力。要取决于桩周土体的侧限能力。二、桩体复合地基承载力计算 1.复合地基承载力：2）桩间土极限承载力计算）桩间土极限承载力计算 根据天然地基载荷板试验结果，或根据其他室根据天然地基载荷板试验结果，或根据其他室内土工试验资料可以确定天然地基极限承载力。内土工试验资料可以确定天然地基极限承载力。复合地基中桩间土极限承载力与天然地基极限承复合地基中桩间土极限承载力与天然地基极限承载力密切相关，但两者并不完全相同。在地基中载力密切相关，但两者并不完全相同。在地基中设置竖向增强体，使桩间土极限承载力不同于天设置竖向增强体，使桩间土极限承载力不同于天然地基承载力。两者的差别

8、随地基土的工程特性、然地基承载力。两者的差别随地基土的工程特性、竖向增强体的性质、增强体设置方法不同而不同。竖向增强体的性质、增强体设置方法不同而不同。有的情况下两者区别很小或者虽有一定区别，但有的情况下两者区别很小或者虽有一定区别，但桩间土极限承载力比天然地基极限承载力大，而桩间土极限承载力比天然地基极限承载力大，而且又较难计算时工程实际中常用天然地基极限且又较难计算时工程实际中常用天然地基极限承载力值作为桩向上极限承载力。承载力值作为桩向上极限承载力。二、桩体复合地基承载力计算 1.复合地基承载力：2）桩间土极限承载力计算）桩间土极限承载力计算 二、桩体复合地基承载力计算 2.复合地基加固

9、区下卧层承载力验算：当复合地基加固区下卧层为软弱土层时，按复合地基加当复合地基加固区下卧层为软弱土层时，按复合地基加固区容许承力计算基础的底面尺寸后，尚需要对复合地基固区容许承力计算基础的底面尺寸后，尚需要对复合地基下卧层承载力进行验算。要求作用在下卧层顶面处附加应下卧层承载力进行验算。要求作用在下卧层顶面处附加应力和自重应力之和不超过下卧层土的容许承载力，即力和自重应力之和不超过下卧层土的容许承载力，即三、复合地基沉降计算 在各类实用计算方法中，通常把复合地基沉降量分为两部分，复合地基加固区压缩量s1和下卧层压缩量s2。三、复合地基沉降计算 1.加固区土层压缩量s1的计算 1）复合模量法复合

10、模量法(Ec法法)。将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合土体，采用复合压缩模量土体，采用复合压缩模量Ecs 来评价复合土体的压缩性，来评价复合土体的压缩性，并采用分层总和法计算加固区土层压缩量并采用分层总和法计算加固区土层压缩量s1。加固区土层。加固区土层压缩量压缩量s1的表达式为：的表达式为：三、复合地基沉降计算 1.加固区土层压缩量s1的计算 2）应力修正法应力修正法(Es法法)。在采用应力修正法计算压缩量时，根据桩间土分在采用应力修正法计算压缩量时，根据桩间土分担的荷载，按照桩间土的压缩模量，采用分层总和法计算担的荷载，按照桩间土的

11、压缩模量，采用分层总和法计算加固区土层的压缩量。加固区土层的压缩量。三、复合地基沉降计算 1.加固区土层压缩量s1的计算 3）桩身压缩量法桩身压缩量法(Ep法法)。在荷载作用下复合地基加固区的压缩量也可通过计在荷载作用下复合地基加固区的压缩量也可通过计算桩体压缩量来得到。设桩底端刺入下卧层的沉降变形算桩体压缩量来得到。设桩底端刺入下卧层的沉降变形量为量为，则相应加固区土层的压缩量，则相应加固区土层的压缩量s1的计算式为：的计算式为：三、复合地基沉降计算 2.下卧层土层压缩量s2的计算方法 三、复合地基沉降计算 2.下卧层土层压缩量s2的计算方法 在计算下卧层压缩量s2时，作用在下卧层上的荷载是

12、比较难以精确计算的。日前在工程应用上，常采用下述几种方法计算。1）压力扩散法 若复合地基上作用荷载为p，复合地基加固区压力扩散角为，则作用在下卧土层上的荷载Pb可用下式计算：对于条形基础：三、复合地基沉降计算 2.下卧层土层压缩量s2的计算方法 2）等效实体法 作用在下卧土层上的荷载Pb可用下式计算：对于条形基础：复合地基在荷载作用下沉降计算也可采用有限单元法计算。在几何模型处理上大致上可以分为二类：一类在单元划分上把单元分为二类增强体单元和土体单元，增强体单元如桩体单元、土工织物单元等，并根据需要在增强体单元和土体单元之间设置或不设置界面单元；另一类是在单元划分上把单元分为加固区复合土体单元

13、和非加固区土体单元，复合土体单元采用复合体材料参数。四、基础刚度和垫层对桩体复合地基性状影响 1.基础刚度的影响 (1)刚件基础下复合地基中桩和桩间土沉降一致，桩承受较大荷载，桩土荷载分担比较大，且随着沉降发展逐步增加。柔件基础复合地基中校土沉降可自由发展，桩不仅产生沉降，而且相对土体桩顶端向上刺入土层，桩土荷载分担比较小。(2)柔性基础下复合地基沉降量比刚性基础下复合地基沉降量大，而且柔性基础下复合地基极限承载力比刚性基础下复合地基极限承载力小。两者的破坏形式也不相同。(3)刚性总础下，随着总荷载增加，桩首先进入极限状态，从而导致土上荷载急剧增加随即也进入极限破坏状态，进而导致复合地基的破坏；柔性基础下，土首先进入极限状态，导致桩体荷载集中系数增加，之后荷载的增加值主要由桩承受，进而导致复合地基破坏。四、基础刚度和垫层对桩体复合地基性状影响 2.垫层的影响 柔性系础下复合地基的沉降且远比刚性基础下复合地基的沉降大。为了减小柔性基础复合地基的沉降，应在桩体复合地基加固区上面设量一层刚度较大的“垫层”，防止桩体刺人上层土体，并充分发挥桩体的承载作用。对刚性基础下的桩体复合地基有时需设量一层柔件垫层以改善复合地基受力状态。