承载力及变形特性

7.2.4　承载力及变形特性

1）复合地基承载力

复合地基承载力计算思路均为先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，再根据一定的原则叠加得到复合地基承载力。从已有的计算公式来看，复合地基承载力的计算公式基本一致，均可按下式估算：

式中：f_spk——复合地基承载力特征值（kPa）；

m——面积置换率（%）；

R_a——单桩竖向承载力特征值；

A_p——桩的截面积（m²）；

f_sk——处理后桩间土承载力特征值（kPa）；

β——桩间土承载力折减系数。

对不同的桩型，桩间土承载力折减系数β取值不同，其实质是部分考虑桩间土的作用。水泥粉煤灰碎石桩一般取0.75～0.95；夯实水泥土桩一般取0.9～1.0；碎石桩一般取1.0；水泥土桩取0～0.9；旋喷桩取0～0.5。

刚性桩（如CFG桩）复合地基承载力的计算方法目前未取得统一。

若碎石桩、砂桩、水泥土桩、石灰桩等用于改善天然地基整体稳定性时，可利用复合地基的抗剪特性，再使用圆弧滑动来进行计算。如果考虑桩体和桩间土两者都发挥抗剪强度，并按面积比例进行计算，则可得出复合地基的抗剪强度τ_ps的通式为

式中：τ_ps、τ_p、τ_s——分别为复合地基、桩体和桩间土的抗剪强度。

然而，对不同类型的复合地基，因各自情况不同，其简化形式也不同。对散体土桩复合地基，其计算表达式为

式中：c_s——桩间土的黏聚力；

φ_p——桩体的有效内摩擦角；

p——作用荷载；μ_s、n——分别为应力降低系数和桩土应力比，其中：μ_s＝

m——桩土面积置换率；

γ_p——桩体材料重度；

z——剪切面平均深度；

θ——某剪切面平均深度处剪切面与水平面的交角。对水泥土桩复合地基，其简化形式为

式中：c_p——水泥土的黏聚力；

α——强度折减系数。

Priebe（1978）所提出的碎石桩复合地基采用和复合值的方法，开辟了计算复合地基抗剪强度τ_ps的另一个途径，即

式中：ω——桩体与桩间土相对的应力分布，其定义为ω＝mnβ；

φ_s——桩间土的内摩擦角。

2）复合地基变形

复合地基变形计算主要包括复合地基加固区的变形计算和加固区下卧层的变形计算。加固区下卧层的变形计算一般采用常规的分层总和法，加固区的变形计算方法主要有以下几种，现加以简要介绍。

（1）模量修正法

在常规变形计算公式中，采用复合模量代替原土模量的方法。一般复合压缩模量可按下式计算：

式中：E_psi、E_pi、E_si——分别为第i层复合地基、桩体和桩间土的压缩模量。

（2）沉降折减法

沉降折减法是按照复合地基的基本概念以及考虑地基变形过程中桩体上应力集中现象而建立的沉降计算方法，即

式中：s₀、s——分别为加固前和加固后的沉降量；

β——沉降折减系数，β＝μ_s＝

然而，在实际工程中，由于桩体往往不是完全贯穿下卧软土层，故形成了“上硬下软”的双层地基。图7.13、图7.14分别为沉降与复合模量及加固深度的关系。图中E₁、E₂分别为加固层复合模量和下卧层土的变形模量；B为条形基础宽度，H₁为加固深度；s为总沉降量，s₁为下卧层沉降量。由图可见，随的增大，沉降量减小，但是当大于某一值后曲线趋于平缓，这说明如再增大E₁（或H₁），并不能有效地减小沉降，这也就意味着在实际工程中应适当选取E₁或H₁，使加固工程既经济又合理。

图7－13　关系曲线

图7－14　关系曲线