复合地基设计思想

　　2.1 设计的基本思路

　　采用由刚性桩、水泥土搅拌桩和桩间土组成的复合地基，主要从以下几个方面[1]考虑：

　　⑴当竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部受到压缩发生相对于土的向下位移，桩周土在桩侧界面上形成向上的摩阻力;荷载沿桩身向下传递过程中不断克服摩阻力并通过它向土中扩散，因而桩身的轴力沿着深度逐渐减小，在桩端处与桩底反力相平衡;与此同时，桩端持力层在桩端压力作用下产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载的逐渐增加，上述过程周而复始地进行，直到变形稳定为止。由于桩身压缩量的累积，上部桩身位移总是大于下部，因此上部摩阻力总是先于下部发挥，桩侧摩阻力达到极限后就保持不变，继续增加的荷载就完全由桩端持力层承受，当桩底荷载达到桩端持力层的极限承载力时，桩便发生急剧的、不停滞的下沉而破坏。因此，增强桩身上部桩侧土的结构强度，对提高桩的承载力、改善桩的变形特性具有现实意义。

　　⑵水泥土搅拌桩加固软土地基改善软土的固结特性。通常水泥土的压缩曲线表现出明显的超固结特性，可近似地认为水泥土桩体不存在固结现象，而只有弹性的桩身压缩。水泥土搅拌桩加固深厚软土地基一般不会贯穿整个软土层，由此形成的加固层和下卧层软土的固结特性仍可用双层地基一维固结理论来分析。从固结机理来看，加固层渗透性极低的水泥土搅拌桩(比原状土低3到4个数量级[2])设置减小下卧层软土的排水固结;同时加固层竖向附加应力向水泥土搅拌桩集中而使桩间土所受应力大大减小，孔隙压力也大为降低，因此在下卧层软土和加固层桩间土之间形成较大的孔隙压力差，加快下卧层软土的固结。

　　⑶水泥土搅拌桩改善天然软土的性质。流塑态软粘土拌入固化剂后形成的加固土呈坚硬状态。粘聚力和内摩擦角较原状土增加，其抗压、抗剪强度、变形模量等指标分别比天然软土提高数十倍至数百倍。当固化剂掺入比αw>5%时，加固土无侧限抗压强度qu可达500～4000kPa，相应抗拉强度σ1=(0.15～0.25)qu，粘聚力c=(0.2～0.3)qu，摩擦角Ф变化于20o～30o之间，变形模量E50=(120～150)qu.加固土强度随固化剂掺入比、水泥标号和加固土龄期的增加而提高。随着水泥掺量的增加抗渗系数由原状土的10-7㎝/s下降为(10-7～10-11)㎝/s数量级。

　　⑷桩、土复合构成的地基形成了平面及竖向合适的刚度级配梯度和三维共同工作的应力状态，达到对天然地基承载力的有效补强，满足设计要求，减少地基的沉降。

　　⑸长刚性桩、短水泥土搅拌桩的布置，形成三层地基刚度，符合天然地基土层浅弱深强的规律以及地基应力传递特征，同时长刚性桩可以进入深层良好土层，减少复合地基的沉降。

　　⑹复合地基与上部结构通过褥垫层的柔性连接，在水平荷载作用下，有效地传递垂直荷载.

　　⑺复合地基与上部结构柔性连接的褥垫层调整复合地基的桩土荷载分配，发挥土体的承载能力特别是浅层土体的承载作用;垫层的作用归纳为：

　　①保证桩体和桩间土共同承担荷载，在上部荷载作用下，桩体一定程度“剌入”褥垫层中，充分发挥桩间土作用。在实测的复合地基桩体和桩间土时程曲线(给定荷载下)中，桩、土受力始终为一常数;

　　②调整桩、土荷载分担比，垫层越厚，桩间土承担的荷载越多;荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。因此调整垫层厚度可调整桩土荷载分担比，反之根据桩土应力的要求来确定垫层的厚度;

　　③缓解基础底面的应力集中，桩顶对应的基础应力与桩间土对应的基础底面应力之比随垫层厚度的变化而变化;据研究：当垫层厚度大于10㎝时，桩对基础底面产生的应力集中已明显降低;当垫层厚度为30㎝时，n只有1.2左右;

　　④调整桩土水平荷载的分配，未设置褥垫层时，水平荷载主要由桩承担。随着褥垫层的设置和增厚，桩顶承受的水平荷载逐渐变小。当褥垫层厚度大到一定程度时，水平荷载主要由桩间土承担，桩体发生水平折断的可能性减小，桩在复合地基中失去工作能力的机会减小。

　　⑤褥垫层的设置，复合地基中桩体存在向上的剌入变形，阻止桩间土的变形。

　　2.2 复合地基承载力计算

　　刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基承载力计算的思路：⑴由天然地基和刚性桩复合形成复合地基，视为一种新的等效天然地基，其承载力特征值为fspk1.⑵将等效天然地基和水泥土搅拌桩复合形成复合地基，求得复合地基承载力即刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基承载力。