复合地基_PPT课件.pptx
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,一、复合地基概述二、复合地基的形成条件三、复合地基中几个基本概念四、复合地基作用机理五、复合地基破坏模式六、复合地基的设计参数七、复合地基计算,复合地基主要内容,房屋建筑粉喷桩复合地基,水下的碎石桩复合,碎石桩复合地基,强夯置换复合地基,码头,机场,一、复合地基概述,复合地基与桩基的区别1、承载特性桩基上部荷载全部由桩承担,复合地基上部荷载由桩和桩间土共同承担。
2、构造特征,复合地基概述,复合地基的定义:
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(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体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。
复合地基发展过程,碎石桩复合地基,水泥搅拌桩复合地基,狭义复合地基概念,广义复合地基概念,散体材料复合地基,柔性桩复合地基,低强度混凝土桩复合地基,钢筋混凝土桩复合地基,刚性桩复合地基,。
2、复合地基分类,复合地基根据地基中增强体的设置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两大类。
分为桩长相等和不相等。
复合地基的常用型式在工程实践中应用的复合地基型式很多,可从下述三个方面来分类:
(1)增强体设置方向;
(2)增强体材料;(3)基础刚度以及是否设置垫层。
复合地基中增强体除竖向设置和水平向设置外,还可斜向设置,如树根桩复合地基。
在形成复合地基时,竖向增强体可以采用同一长度,也可采用长短桩形式,长桩和短桩可采用同一材料制桩,也可采用不同材料制桩。
采用不同材料制桩时即形成多元复合地基。
在深厚软土地基中采用多元复合地基既可有效提高地基承载力,又可减小沉降,且具有较好的技术效果和经济效益。
对增强体材料,水平向增强体多采用土工合成材料,如土工格栅、土工织物等;竖向增强体可采用砂石桩、水泥土桩、土桩与灰土桩、CFG桩等。
在建筑工程中,桩体复合地基承担的荷载通常是通过钢筋混凝土基础传给的,而在路堤工程中,荷载是由刚度比钢筋混凝土基础小得多的路堤直接传递给桩体复合地基的。
前者基础刚度比增强体刚度大,而后者路堤材料刚度往往比增强体材料刚度小。
理论研究和现场实测表明刚性基础下和路堤下复合地基性状具有较大的差异。
为叙述方便,将填土路堤下复合地基称为柔性基础下复合地基。
柔性基础下复合地基的沉降量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置一层刚度较大的“垫层”,防止桩体刺入上层土体。
对刚性基础下的桩体复合地基有时需设置一层柔性垫层以改善复合地基的受力状态。
综上所述,复合地基常用型式分类如下:
增强体设置方向
(1)竖向;
(2)水平向;(3)斜向。
增强体材料
(1)土工合成材料,如土工格栅、土工织物等;
(2)砂石桩;(3)石灰桩、水泥土桩等;(4)CFG桩和低强度混凝土桩等;(5)两种以上竖向增强体(多元复合地基);(6)水平向和竖向增强体(桩网复合地基)。
按增强体长度分类,等长桩复合地基长短桩复合地基,长短相间,外长中短,中长外短,长短桩复合地基长短桩布置形式,长短桩复合地基的优点,在荷载作用下,地基浅部附加应力大,而深部附加应力小;一般情况下,天然地基浅部土体压缩模量小,而深部土体压缩模量大。
长短桩复合地基加固区浅部置换率大,而深部置换率小。
采用长短桩复合地基可充分发挥材料加固潜能,加固效果好,而且经济。
由于增强体设置方向不同、增强体的材料组成差异、基础刚度以及垫层情况不同、增强体长度不一定相同,复合地基的形式非常复杂,要建立可适用于各种类型复合地基承载力和沉降计算的统一公式是困难的,或者说是不可能的。
在进行复合地基设计时一定要因地制宜,不能盲目套用一般理论,应该以一般理论作指导,结合具体工程进行精心设计。
二复合地基的形成条件,Es1,刚性基础,Ep1、散体材料桩复合地基,Es2散体材料桩在荷载作用下产生侧向鼓胀变形,能够保证增强体和地基土体共同直接承担上部结构传来的荷载。
因此,散体材料桩复合地基均满足形成条件。
复合地基形成条件:
桩土共同承担荷载,其中Ep为桩体模量;Es1为桩间土模量;Es2为加固区下卧层土体模量。
2、刚性基础下粘结材料桩与地基土体形成复合地基的条件,粘结材料桩在荷载作用下产生桩体压缩和向下移动,为了保,证桩和桩间土共同承担荷载必须考虑复合地基形成条件。
Es1,Es2,刚性基础,Ep,右图中,在荷载作用下,刚性基础下的桩和桩间土沉降量相,同,可保证桩和土共同直接承担图中:
EpEs1,EpEs2,荷载。
右图中,桩落在不可压缩层上,在基础下设置柔性垫层。
一般情况在荷载作用下,通过柔性垫层的协调,也可保证桩和桩间土两者共同承担荷载。
如果桩和桩间土之间可能产,生的最大差异变形超过垫层的协调能力,则虽然设置了柔性垫层,也不能保证桩和桩间土始终能够共同直接承担荷载。
不可压缩层,Es1,刚性基础,Ep,垫层Es2,右图中,桩落在不可压缩层上,且未设置垫层。
在荷载作用下,开始时增强体和桩间土体中,的竖向应力大小大致上按模量比分配,但是随着土体产生蠕变,荷载向增强体上转移。
特别是遇地下水位下降等因素,桩间土体进一步压缩,可能不再承担荷载。
在这种情况下两者难以共同承担荷载,也就是说桩和桩间土不能形成复合地基。
EpEs1,Es1,不可压缩层,刚性基础,Ep,右图中,复合地基中增强体穿透最薄弱土层,落在相对好的土层上,Es2Es1。
在这种情况下,应重视Ep、Es1和Es2三者之间的关系,保证在荷载作用下通过桩,体和桩间土变形协调来保证桩和桩间土共同承担荷载。
EpEs1,EpEs2,相对好土层,Es1,刚性基础,Ep,最软弱土层,Es2,结论:
采用粘结材料桩,特别是采用刚性桩复合地基时需要重视复合地基的形成条件的分析。
这是当前复合地基应用中必须重视的问题。
刚性基础下粘结材料桩与地基土体,Es1,Es2,形成复刚性合基础地基的条件,Ep,相对好土层,Es1,刚性基础,Ep,最软弱土层,Es2,Es1,不可压缩层,刚性基础,Ep,形成复合地基有条件,不可压缩层,Es1,刚性基础,Ep,垫层Es2,形成复合地基有条件,能形成复合地基,不能形成,复合地基,3、路堤下粘结材料桩与地基土体形成复合地基的条件,土工格栅加筋垫层,在荷载作用下,路堤下粘结材料桩能够产生桩体压缩、向下位移、并能在路堤沉降时插入路堤土体中。
一般情况下,能够保证增强体和地基土体共同直接承担上部结构传来的荷载。
因此路堤下粘结材料桩复合地基满足形成条件。
三、复合地基中几个基本概念,1、复合地基置换率,Ap:
桩的横截面积;A:
该桩对应的加固影响面积,2、桩土应力比:
桩土应力比与桩体材料、桩长、面积置换率有关。
其他条件相同时,桩体材料刚度越大,桩土应力比越大;桩越长,桩土应力比越大;面积置换率越小,桩土应力比越大。
影响桩土应力比的因素分析,a、基础刚度刚性基础下桩土应力比随荷变化曲线出现峰值,数,值较大。
柔性基础下复合地基桩土应力比随荷变化曲线出现最小值,数值小于刚性基础下复合地基。
柔性基础下复合地基,刚性基础下复合地基,b、桩的刚度刚性基础下复合地基,桩的刚度越大,桩土应力比越大。
c、面积置换率m,桩土应力比随置换率的,减小而增加,但幅度不大。
d、地基土强度,刚性基础下复合地基,桩土应力比随原地基土强度增加而降低。
e、桩长桩土应力比随桩长增加而增大。
存在有效桩长,当桩,达到有效桩长后,桩土模量比随桩长几乎不再增加。
f、时间桩土应力比随时间缓慢增大,然后稳定。
g、垫层厚度,桩土应力比随垫层厚度的增加而减小,当垫层厚度增,大到一定值后,桩土应力比趋于稳定。
复合地基桩土荷载分担比复合地基桩土荷载分担比即桩与土分担荷载的比例。
复合地基中桩土的荷载分担既可用桩土应力比表示,也可用桩土荷载分担比表示:
3、复合压缩模量,复合模量表征复合土体抵抗变形的能力,数值上等于某一应力水平时复合地基应力与复合地基相对变形之比。
通常复合模量可用桩抵抗变形能力与桩间土抵抗变形能力的某种叠加来表示。
计算式为,四、复合地基作用机理,复合地基在施工阶段的作用机理主要表现为挤密效应和排水固结效应,工作阶段的作用机理主要表现为桩体效应、垫层效应和加筋效应。
1、挤密效应:
竖向增强体复合地基在施工过程中将桩位处的土部分或全部的挤压到桩侧,使桩间土体挤压密实。
2、排水固结效应:
增强体透水性强,是良好的排水通道,能有效地缩短排水距离,加速桩间饱和软粘土的排水固结。
3、桩体效应:
复合地基中桩体刚度大,强度高,承担的荷载大,能将荷载传到地基深处,从而使复合地基承载力提高,地基沉降量减小。
4、垫层效应:
复合地基的复合土层宏观上可视为一个深厚的复合垫层,具有应力扩散效应。
5、加筋效应:
水平向增强体复合地基,在荷载的作用下,发生竖向压缩变形,同时产生侧向位移。
复合地基中的加筋材料,将阻碍地基土侧向位移,防止地基土侧向挤出,提高复合地基中水平向的应力水平,改善应力条件,增强土的抗剪能力。
6、协作效应:
增强体与周围土体协调变形、共同工作、相得益彰。
如竖向增强体复合地基,桩体强度高,刚度大,约束土体侧向变形,改善土体的应力状态,使土体在较高应力状态下不致发生剪切破坏。
同时,土体也约束桩体的侧向变形,保持桩体的形状,提高桩的强度和稳定性。
刚性基础下垫层作用机理,A土体,B桩体,A1处竖向应力比A2处的应力小。
B1处竖向应力比B2处应力大。
柔性垫层作用:
发挥桩间土,承载潜能,减小桩体中应力,路堤下垫层作用,土工格栅加筋垫层,刚性垫层作用:
有利于发挥桩的承载潜能,提高复合地基承载力,五、复合地基的破坏模式,复合地基有多种破坏模式,它与复合地基的类型,增强体的材料性质,增强体的布置形式、长度,地基土的性质等因素有关。
复合地基的破坏模式是建立复合地基承载力和沉降计算理论的依据。
1、竖向增强体复合地基的破坏模式,2、水平向增强体复合地基的破坏模式,非均质粘性土中碎石桩破坏机理,六、复合地基的设计参数,复合地基的设计参数主要有处理范围、处理深度、桩体直径、间距、布置方式、增强体材料、面积置换率、配合比和桩土应力比等,其中面积置换率和桩土应力比是复合地基承载力确定和沉降计算的两个基本参数。
1、处理范围地基处理范围应根据建筑物的重要性、平面布置、地基土质条件和增强体的类型确定。
一般应大于基础底面积,满足应力扩散的要求。
对于刚性桩和部分半刚性桩,由于基础荷载主要由桩体承担,并通过桩体传到地基深处,桩可只布置在基础底面。
2、处理深度地基处理深度可根据地基处理目的、要求和地基土的性质确定。
地基处理目的包括提高地基承载力、稳定性、降低地基压缩性、减小渗透性、特殊目的(全部或部分消除液化、湿陷性等)。
柔性桩和半刚性桩易发生鼓胀破坏。
就承载力而言存在着一个有效桩长,桩长大于有效桩长后,承载力不再随桩长的增加或增加的幅度很小,从这一角度桩长不宜过长。
但增加桩长对减少基础沉降是有利的。
原则上,当土层厚度不大时,一般应达松软土层底面;当松软土层厚度较大时,对按稳定性控制的工程,应达最危险滑动面以下2m以上;对按变形控制的工程,应满足处理后的地基变形量不超过建筑物的地基变形允许值并满足软弱下卧层承载力的要求;在可液化地基中,应按要求的抗震处理深度确定。
3、桩体直径桩体直径可根据地基土的性质,处理深度,桩的类别、作用,当地经验和选用的施工机械确定。
桩径选择过小,施工质量不易控制;过大,需增大褥垫层厚度,以保证桩土共同承担荷载。
当地基处理深度大时,桩直径应大些;挤密桩直径应大些;以承载为主的桩直径应大些;兼有排水固结的桩直径宜小些。
4、桩间距桩距应根据设计要求的复合地基承载力、建筑物控制沉降量、土的性质、施工工艺等确定。
一般取桩径的35倍。
从施工考虑,尽量选择较大的桩距,以免新打桩对已打桩产生不良影响
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