复合地基基本理论

一、复合地基的定义与分类

1.定义

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。

2.复合地基的分类

（1）按增强体方向和材料性质分类

特点：桩体有较强粘聚力，但模量和刚度远比混凝土小，在大荷载作用下会变形过量甚至断桩。

复合地基常用的形式

（2）按基础刚度和垫层分类

刚性基础与柔性基础下复合地基承载性状不同：柔性基础下复合地基的桩土荷载分担比要比刚性基础下的复合地基小，而其沉降要比刚性基础大。

二、复合地基特点及形成条件

1.复合地基特点

（1）加固区是由基体和增强体两部分组成，是非均质、各向异性的。——区别于均质地基。

（2）在荷载作用下，基体和增强体共同直接承担荷载的作用。——区别于桩基础。

2.复合地基的形成条件

形成条件：在荷载作用下，增强体与天然地基土体通过变形协调共同承担荷载作用。

复合地基的组成：

垫层是保证形成复合地基的措施，但不是必要条件。

三、复合地基作用机理与破坏模式

（一）作用机理

1.挤密作用

砂桩、土桩、石灰桩、碎石桩等在施工过程中，由于振动、挤压、排土等原因，可对桩间土起到一定的密实作用。石灰桩具有吸水、发热和膨胀特性，对桩间土同样起到挤密作用。

2.加速固结作用

碎石桩、砂桩具有良好的透水性，可以加速地基的固结，水泥土类和混凝土类桩在一定程度上也可以加速地基固结。

3. 置换作用

4. 垫层和加筋作用

垫层作用主要是指在较厚的软弱土层中，桩体没有打穿该软弱土层，这样，整个复合地基对于没有加固的下卧层起到垫层的作用，经垫层的扩散作用将建筑物传到地基上的附加应力减小，作用于下卧层的附加应力趋于均匀，从而使下卧层的附加应力在允许范围之内，这样就提高了地基的整体抵抗力，减少了沉降。

加筋作用主要是指厚度不大的软弱土层，桩体可穿过整个软弱土层达到其下的硬层上面．此时，桩体在外荷载的作用下就会产生一定的应力集中现象，从而使桩间土承担的压力相应减小，其结果与天然地基相比，复合地基的承载力会提高，压缩量会减小，稳定性会得到加强，沉降速率会加快，还可用来改善土体的抗剪强度，加固后的复合桩土层将可以改善土坡的稳定性，这种加固作用即通常所说的加筋作用。

（二）复合地基破坏模式

破坏过程：

（1）桩间土首先破坏引起复合地基全面破坏；

（2）桩体首先破坏引起复合地基全面破坏；

（3）桩体与桩间土同时发生破坏。

四、复合地基的常用概念

（一）面积置换率

1. 复合地基置换率（m）：桩体横截面积（Ap）与该桩体所承担的加固面积（A）的比值，m=Ap/A。

2. 布桩形式与面积置换率的关系

正方形布置：

网格状布置：

等边三角形布置：

（二）桩土应力比

1．桩土应力比（n）：在某一荷载作用下，单位面积上桩体和土体所受竖向平均应力之比。

2．影响桩土应力比的因素

（1）荷载水平；

（2）复合地基面积置换率：m增大，n减小。

（3）桩土模量比：桩土模量比增大，桩土应力比近于线性增长。

（4）原地基土强度：原地基土强度越高，n越小；原地基土强度低，n越大；

（5）桩长：桩土应力比n，随桩长增大而增大，但达到临界值Lc后，n值几乎不再增大；

（6）时间：n随时间的延续逐渐增大，这是由于桩间土的固结和蠕变使荷载向桩体集中。

（三）桩土荷载分担比

桩土荷载分担比：桩、土分担荷载的比例。

式中

Pp —— 桩承担的荷载；

Ps —— 桩间土承担的荷载；

P —— 总荷载。

桩土荷载分担比和桩土应力比的关系：

（1）已知桩土荷载分担比