一、復合地基的定義與分類

1.定義

天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體）和增強體兩部分組成的人工地基。

2.復合地基的分類

（1）按增強體方向和材料性質分類

特點：樁體有較強粘聚力，但模量和剛度遠比混凝土小，在大荷載作用下會變形過量甚至斷樁。

復合地基常用的形式

（2）按基礎剛度和墊層分類

剛性基礎與柔性基礎下復合地基承載性狀不同：柔性基礎下復合地基的樁土荷載分擔比要比剛性基礎下的復合地基小，而其沉降要比剛性基礎大。

二、復合地基特點及形成條件

1.復合地基特點

（1）加固區(qū)是由基體和增強體兩部分組成，是非均質、各向異性的。——區(qū)別于均質地基。

（2）在荷載作用下，基體和增強體共同直接承擔荷載的作用。——區(qū)別于樁基礎。

2.復合地基的形成條件

形成條件：在荷載作用下，增強體與天然地基土體通過變形協(xié)調共同承擔荷載作用。

復合地基的組成：

墊層是保證形成復合地基的措施，但不是必要條件。

三、復合地基作用機理與破壞模式

（一）作用機理

1.擠密作用

砂樁、土樁、石灰樁、碎石樁等在施工過程中，由于振動、擠壓、排土等原因，可對樁間土起到一定的密實作用。石灰樁具有吸水、發(fā)熱和膨脹特性，對樁間土同樣起到擠密作用。

2.加速固結作用

碎石樁、砂樁具有良好的透水性，可以加速地基的固結，水泥土類和混凝土類樁在一定程度上也可以加速地基固結。

3. 置換作用

4. 墊層和加筋作用

墊層作用主要是指在較厚的軟弱土層中，樁體沒有打穿該軟弱土層，這樣，整個復合地基對于沒有加固的下臥層起到墊層的作用，經(jīng)墊層的擴散作用將建筑物傳到地基上的附加應力減小，作用于下臥層的附加應力趨于均勻，從而使下臥層的附加應力在允許范圍之內(nèi)，這樣就提高了地基的整體抵抗力，減少了沉降。

加筋作用主要是指厚度不大的軟弱土層，樁體可穿過整個軟弱土層達到其下的硬層上面．此時，樁體在外荷載的作用下就會產(chǎn)生一定的應力集中現(xiàn)象，從而使樁間土承擔的壓力相應減小，其結果與天然地基相比，復合地基的承載力會提高，壓縮量會減小，穩(wěn)定性會得到加強，沉降速率會加快，還可用來改善土體的抗剪強度，加固后的復合樁土層將可以改善土坡的穩(wěn)定性，這種加固作用即通常所說的加筋作用。

（二）復合地基破壞模式

破壞過程：

（1）樁間土首先破壞引起復合地基全面破壞；

（2）樁體首先破壞引起復合地基全面破壞；

（3）樁體與樁間土同時發(fā)生破壞。

四、復合地基的常用概念

（一）面積置換率

1. 復合地基置換率（m）：樁體橫截面積（Ap）與該樁體所承擔的加固面積（A）的比值，m=Ap/A。

2. 布樁形式與面積置換率的關系

正方形布置：

網(wǎng)格狀布置：

等邊三角形布置：

（二）樁土應力比

1．樁土應力比（n）：在某一荷載作用下，單位面積上樁體和土體所受豎向平均應力之比。

2．影響樁土應力比的因素

（1）荷載水平；

（2）復合地基面積置換率：m增大，n減小。

（3）樁土模量比：樁土模量比增大，樁土應力比近于線性增長。

（4）原地基土強度：原地基土強度越高，n越小；原地基土強度低，n越大；

（5）樁長：樁土應力比n，隨樁長增大而增大，但達到臨界值Lc后，n值幾乎不再增大；

（6）時間：n隨時間的延續(xù)逐漸增大，這是由于樁間土的固結和蠕變使荷載向樁體集中。

（三）樁土荷載分擔比

樁土荷載分擔比：樁、土分擔荷載的比例。

式中

Pp —— 樁承擔的荷載；

Ps —— 樁間土承擔的荷載；

P —— 總荷載。

樁土荷載分擔比和樁土應力比的關系：

（1）已知樁土荷載分擔比

 

（2）已知樁土應力比

（四）復合模量

定義：復合模量表征復合土體抵抗變形的能力，數(shù)值上等于某一應力水平時復合地基應力與復合地基相對變形之比。

式中

Ep——樁體壓縮模量；

Es——樁間土壓縮模量；

Esp——復合模量；

n——樁土應力比；

m——置換率。

實際工程中，樁的模量直接測定比較困難。實用中可通過假定樁土模量比等于樁土應力比，或者采用復合地基承載力的提高系數(shù)計算復合模量。

（1）樁土應力比等于樁土模量比

式中 Es′——加固后樁間土模量。

（α——樁間土承載力提高系數(shù)）

（2）按承載力提高系數(shù)計算

式中 ζ——承載力提高系數(shù)

五、豎向增強體復合地基承載力

（一）復合地基承載力由靜載荷試驗確定

荷載試驗的操作與天然地基時相同。當實際基礎埋深與和壓板差別大時，應作寬、深度修正。

（二）經(jīng)驗公式估算法

豎向增強體復合地基承載力計算通常有兩種思路：

（1）先分別確定樁體的承載力和樁間土承載力，根據(jù)一定的原則疊加這兩部分承載力得到復合地基的承載力；

（2）把樁體和樁間土組成的復合地基作為整體來考慮，通過地基滑弧穩(wěn)定分析法確定復合地基極限承載力。

1．采用單樁及樁間土承載力計算

式中

ppf —— 單樁極限承載力；

psf —— 天然地基承載力；

K1 —— 反映復合地基中樁體實際極限承載力與單樁極限承載力不同的修正系數(shù)，一般大于1.0；

K2 —— 反映復合地基中樁間土實際承載力與天然地基極限承載力不同的修正系數(shù)，根據(jù)具體工程情況確定，可能大于1.0，也可能小于1.0；

λ1 —— 復合地基破壞時，樁體發(fā)揮其極限強度的比例。若樁體先達到極限強度繼而引起復合地基破壞，則為1.0，若樁間土比樁體先達到極限強度，則小于1.0；

λ2 —— 復合地基破壞時，樁間土發(fā)揮其極限強度的比例。一般情況下，復合地基中往往樁體先達到極限強度，其值通常在0.4～1.0之間；

m —— 復合地基面積置換率。

若能有效確定復合地基中樁體和樁間土的實際承載力，而且破壞模式是樁體先破壞繼而引起復合地基全面破壞，則可采用下式計算：

式中

fspk ——復合地基的承載力特征值；

fpk ——樁體的豎向承載力特征值；

fsk ——樁間土加固后承載力特征值；

β——樁間土承載力折減系數(shù)。

（1）樁體承載力特征值的確定

a．對粘結材料樁復合地基，樁體承載力特征值可采用類似摩擦樁承載力特征值以及根據(jù)樁身材料強度分別計算，取小值。

式中

α——樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，不同的樁取值不同；

li ——按土層劃分的各段樁長，對柔性樁，樁長大于臨界樁長時，計算樁長取臨界樁長值；

η——樁身強度折減系數(shù)，0.2～0.33。

（2）對散體材料樁復合地基，樁體極限承載力主要取決于樁側土體所能提供的最大側限力。

式中

Kp——樁體材料的被動土壓力系數(shù)；

σru——樁間土能提供的側向極限應力。

計算樁側土體所能提供的最大側限力常用如下方法：

Brauns（1978年）計算式、圓筒形孔擴張理論、Hughes和Withers（1974）計算式、 Wong H.Y.（1975）計算式 、被動土壓力法等。

2．將樁體和樁間土組成的復合地基作為整體考慮，常用穩(wěn)定分析法計算。

圓弧分析法中，假設的滑弧常經(jīng)過加固區(qū)和未加固區(qū)。地基的強度應分區(qū)計算。

未加固區(qū)采用天然土體強度指標，加固區(qū)采用復合土體綜合強度指標，也可分別采用樁體和樁間土的強度指標計算。

六、復合地基沉降計算方法

復合地基總沉降量s:

式中 s1——加固區(qū)土體壓縮量，

s2——加固區(qū)下臥層土體壓縮量。

（1）復合模量法（Ec法）

（2）應力修正法（Es法）

（3）樁身壓縮量法（Ep法）