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【摘 要】复合地基在河南地区已大规模应用，但在设计和检测上还存在部分问题，就复合地基在实际中遇到的一些问题，提出处理意见和解决方案。
【关健词】复合地基；沉降计算；应力集中；单桩竖向承载力
文章编号：ISSN1006—656X（2014）06-0129-02
复合地基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。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。例如水泥土搅拌桩复合地基、高压喷射注浆桩复合地基、砂桩地基、振冲桩复合地基、土和灰土挤密桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基及夯实水泥土桩复合地基。
近年来，我国的高层建筑发展很快，工程中遇到的复杂地基越来越多。地基与基础工程在整个建筑工程中的造价比例相当高，因此地基设计和处理的重要性也就比较显著。
一、复合地基的工作原理
结合本地近十年来复合地基检测结果表明：复合地基如果设计得当在地基和基础工程中往往可以起到事半功倍的效果；设计不当，造成后期处理相当麻烦。如果地基土软弱.外加材料和地基土结合效果较差，则不能共同发挥作用，复合地基就会失败；只有当外加材料在地基土约束下形成桩体并发挥作用时，复合地基才能形成。这里就有个界限问题。列于粘性土和粉土地基，这个界限是用地基土的不排水抗剪强度（Cu）来表达的。根据南阳市检测不合格的复合地基数据表明，当Cu值低于l4 kPa时，不管是振冲碎石桩、振动砂石桩都无法形成有效的复合地基。因为当地基土无法抵挡砂石料的挤入时，砂石就会挤入周围的软土中，形成类似砂石垫层的人工地基；水泥粉煤灰碎石桩复合地基遇到这种地基土的情况下，基桩与地基土之间无法形成有效的摩阻力，仅仅是单桩在发挥作用，以上这两种情况都不是复合地基了。因此，建议把Cu=18（下限）作为粘性土地基形成复合地基的控制条件是较为合适的。
这里所提出的控制条件是复合地基设计的前提。只有当地基土的条件适合采用复合地基时，设计才能成功。此外，复合地基中的援换率、桩径和桩距的确定，都应由地基土的不排水抗剪强度和复合地基要求的性能指标共同控制。因为同样的地基设计强度对Cu值不同的地基，置换率、桩径和桩距都不同。
二、复合地基承载力的计算公式
复合地基承载力依据载荷试验结果而定。由于试验绝大多数情况下采用单桩复合地基进行的，承压板面积并未采用多桩的实际承担面积处理，这就出现了目前通行的承载力表达式：
fsp，k= mRa/Ap+ β（1-m） fs，k （1）
式中：fsp，k—复合地基的承载力特征值；
Ra—单桩竖向承载力特征值；
fs，k—桩间土的承载力特征值；
m—面积置换率；
β—桩间土承载力折减系数。
上式是采用载荷试验分别求出fp，k和fs，k之后，利用力的平衡法则导出的。在现行规范中有时根据经验来估算承载力，但分析起来仍和上述表达式一致。从（1）式可以看出：
（1）表达式是按桩和桩间土的面积比例分配应力的。
（2）式中桩和桩周土的承载力必须是等量变形条件下的承载力。
（3） fs，k不同于自然地基的承载力，它是复合之后的桩问土的承载力。经过复合之后，桩对桩问土都有不同的挤密或振密作用，不能简单看作只有置换作用（对粘性土类地基）。
必须指出，复合地基是由两类刚度不同的材料组成的（尽管都是柔性材料），在刚性基础的作用下，基底应力必须按地基材料刚度的大小进行分配，应力必然集中在桩顶。正是这种“应力集中”现象，才形成了复合地基的复合强度。
三、复合地基的沉降计算
地基的总沉降量能否控制在允许范围之内，是复合地基成败的关键因素之一。这里讨论的沉降计算问题指的是地基的复合层下没有坚硬土层（或坚硬土层埋藏很深时）。整个地基的总沉降量由复合层的沉降量Ssp和下卧层的沉降Sy两部分组成，即：
S=Ssp+Sy （2）
求出复合沉降模世后即可按通行的沉降计算办法计算复合层的沉降量Ssp。
四、复合地基处理深度和范围
复合地基同其他地基一样，除满足强度要求外，还应满足变形的要求。正是因为天然地基的强度不够，才采用复合地基进行处理。如果处理后仍不能满足强度要求，说明不应采用复合地基方案。我们是在复合地基能够成立的前提下进行讨论的。因为桩和桩间土的变形模量之比大于两者的应力比。一般情况下，如果复合地基能满足强度要求，由于变形模量可以随强度的提高而同步提高，变形也可以满足要求。
（一）处理深度
在满足强度要求的前提下，处理深度主要取决于地基的变形要求。至于其他方面的特殊要求，应具体问题具体分析。求出基底应力后，根据地质资料的具体情况，首先假定一个处理深度，再求出复合层底面的应力，然后按前一节的沉降计算办法求出复合层和下卧层的沉降量；如果符合要求则已，如不能满足要求，则调整深度后再计算。虽然计算工作量较大，但试算却是一个正确方法。
有不少靠经验确定某些指标以间接确定处理深度的经验公式，但它们都无法恰当地解决这个问题。实际上，由于地基情况复杂，想用一个简便公式确定处理深度是很难做到的。我们只能在理论和实践可能的条件下，尽量简化计算工作。在复合层下没有硬土层时，我们不可能：由于基底应力有效范围内全部处理，特别是在箱基和筏基之下更是这样。但经过处理的复合地基的沉降量肯定小于原天然地基的沉降量。根据已有的工程实践资料来看，其减少数量约为20%～40%，复合层底有硬土层时可达50%左右。又由于计算天然地基沉降要比计算复合地基沉降简便，设计中可以按通常的方法求出天然地基沉降量，将各分层的沉降量乘以0.6～0.8的系数，然后逐层进行总和，直至满足需要控制的沉降量为止。这样就可以确定一个近似的处理深度，最后根据需要再决定是否采用精确方法计算沉降量。 （二）处理范围
从广义来讲，复合地基也是地基，其处理范围应按地基的有效范围来确定。而地基的有效范围（受力宽度）和压力层的厚度成比例，即：
B′=B+2Htanθ
式中：B′—地基的受力宽度；B—基础宽度；H—有效压缩层的厚度（压力层厚度）；θ—地基土的内摩擦角。
但是，由于复合地基中应力集中在桩顶，所以不能简单套用上述公式。复合地基中，每个桩周围都有一个挤密的范围或者粘性土重新固结的范围，我们称这个影响范围的直径为“有效影响圆直径 ”。一般来说 ≥2D（D为桩的直径）。这样，参照一般人工地基处理范围（如前式），根据“应力集中”和 “有效影响网直径”两个因素，即可确定处理范围：
（1）边排桩的 值的外边界能够满足地基的受力宽度即可。
（2）由于应力集中在桩顶，复合地基的有效受力范围小于相同条件下的天然地基；和一般人工地基相比，地基的受力宽度也较小。
根据这两个特点并按照复合层的常用厚度，在一般的情况下即可用一种简便办法来确定处理范围：首先保证地基基础边缘在桩的控制范围之内 （极限状态是基础边缘就在桩上），然后按照设计桩距在其外再加一排保护桩，此排保护的φ值能够满足地基的受力宽度即可。
五、规范关于单桩竖向承载力检测存在问题
目前在地基处理的方法上， 水泥粉煤灰碎石桩复合地基应用较多，但在早期《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002中，却仅要求复合地基承载力检测，该类桩型其实已接近钢筋混凝土灌注桩，缺失单桩竖向承载力检测这项重要参数，对设计和结果判定均有不小的影响.在实际工程中，遇到水泥粉煤灰碎石桩复合地基失败的情况下，仍要补充单桩承载力检测，以方便对设计方案的变更.河南省各地区针对这一情况，当地建设主管部门已出台相应管理文件，对水泥粉煤灰碎石桩单桩承载力检测做出要求，数量为0.5-1.0%，有效的对该项检测进行了补充，同时在《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012年新规范中已对此做出的强条要求.
复合地基设计中值得研究的问题还很多，例如：
（1）复合地基的“后期强度”问题；
（2）置换率、桩径和桩距的优化设计问题；
（3）桩体材料的组成和砂石料级配问题；
期望引起专家和同行们的关注，通过实践和研究，使目前还不成熟的设计理论逐渐成熟起来。
【关健词】复合地基；沉降计算；应力集中；单桩竖向承载力
文章编号：ISSN1006—656X（2014）06-0129-02
复合地基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。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。例如水泥土搅拌桩复合地基、高压喷射注浆桩复合地基、砂桩地基、振冲桩复合地基、土和灰土挤密桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基及夯实水泥土桩复合地基。
近年来，我国的高层建筑发展很快，工程中遇到的复杂地基越来越多。地基与基础工程在整个建筑工程中的造价比例相当高，因此地基设计和处理的重要性也就比较显著。
一、复合地基的工作原理
结合本地近十年来复合地基检测结果表明：复合地基如果设计得当在地基和基础工程中往往可以起到事半功倍的效果；设计不当，造成后期处理相当麻烦。如果地基土软弱.外加材料和地基土结合效果较差，则不能共同发挥作用，复合地基就会失败；只有当外加材料在地基土约束下形成桩体并发挥作用时，复合地基才能形成。这里就有个界限问题。列于粘性土和粉土地基，这个界限是用地基土的不排水抗剪强度（Cu）来表达的。根据南阳市检测不合格的复合地基数据表明，当Cu值低于l4 kPa时，不管是振冲碎石桩、振动砂石桩都无法形成有效的复合地基。因为当地基土无法抵挡砂石料的挤入时，砂石就会挤入周围的软土中，形成类似砂石垫层的人工地基；水泥粉煤灰碎石桩复合地基遇到这种地基土的情况下，基桩与地基土之间无法形成有效的摩阻力，仅仅是单桩在发挥作用，以上这两种情况都不是复合地基了。因此，建议把Cu=18（下限）作为粘性土地基形成复合地基的控制条件是较为合适的。
这里所提出的控制条件是复合地基设计的前提。只有当地基土的条件适合采用复合地基时，设计才能成功。此外，复合地基中的援换率、桩径和桩距的确定，都应由地基土的不排水抗剪强度和复合地基要求的性能指标共同控制。因为同样的地基设计强度对Cu值不同的地基，置换率、桩径和桩距都不同。
二、复合地基承载力的计算公式
复合地基承载力依据载荷试验结果而定。由于试验绝大多数情况下采用单桩复合地基进行的，承压板面积并未采用多桩的实际承担面积处理，这就出现了目前通行的承载力表达式：
fsp，k= mRa/Ap+ β（1-m） fs，k （1）
式中：fsp，k—复合地基的承载力特征值；
Ra—单桩竖向承载力特征值；
fs，k—桩间土的承载力特征值；
m—面积置换率；
β—桩间土承载力折减系数。
上式是采用载荷试验分别求出fp，k和fs，k之后，利用力的平衡法则导出的。在现行规范中有时根据经验来估算承载力，但分析起来仍和上述表达式一致。从（1）式可以看出：
（1）表达式是按桩和桩间土的面积比例分配应力的。
（2）式中桩和桩周土的承载力必须是等量变形条件下的承载力。
（3） fs，k不同于自然地基的承载力，它是复合之后的桩问土的承载力。经过复合之后，桩对桩问土都有不同的挤密或振密作用，不能简单看作只有置换作用（对粘性土类地基）。
必须指出，复合地基是由两类刚度不同的材料组成的（尽管都是柔性材料），在刚性基础的作用下，基底应力必须按地基材料刚度的大小进行分配，应力必然集中在桩顶。正是这种“应力集中”现象，才形成了复合地基的复合强度。
三、复合地基的沉降计算
地基的总沉降量能否控制在允许范围之内，是复合地基成败的关键因素之一。这里讨论的沉降计算问题指的是地基的复合层下没有坚硬土层（或坚硬土层埋藏很深时）。整个地基的总沉降量由复合层的沉降量Ssp和下卧层的沉降Sy两部分组成，即：
S=Ssp+Sy （2）
求出复合沉降模世后即可按通行的沉降计算办法计算复合层的沉降量Ssp。
四、复合地基处理深度和范围
复合地基同其他地基一样，除满足强度要求外，还应满足变形的要求。正是因为天然地基的强度不够，才采用复合地基进行处理。如果处理后仍不能满足强度要求，说明不应采用复合地基方案。我们是在复合地基能够成立的前提下进行讨论的。因为桩和桩间土的变形模量之比大于两者的应力比。一般情况下，如果复合地基能满足强度要求，由于变形模量可以随强度的提高而同步提高，变形也可以满足要求。
（一）处理深度
在满足强度要求的前提下，处理深度主要取决于地基的变形要求。至于其他方面的特殊要求，应具体问题具体分析。求出基底应力后，根据地质资料的具体情况，首先假定一个处理深度，再求出复合层底面的应力，然后按前一节的沉降计算办法求出复合层和下卧层的沉降量；如果符合要求则已，如不能满足要求，则调整深度后再计算。虽然计算工作量较大，但试算却是一个正确方法。
有不少靠经验确定某些指标以间接确定处理深度的经验公式，但它们都无法恰当地解决这个问题。实际上，由于地基情况复杂，想用一个简便公式确定处理深度是很难做到的。我们只能在理论和实践可能的条件下，尽量简化计算工作。在复合层下没有硬土层时，我们不可能：由于基底应力有效范围内全部处理，特别是在箱基和筏基之下更是这样。但经过处理的复合地基的沉降量肯定小于原天然地基的沉降量。根据已有的工程实践资料来看，其减少数量约为20%～40%，复合层底有硬土层时可达50%左右。又由于计算天然地基沉降要比计算复合地基沉降简便，设计中可以按通常的方法求出天然地基沉降量，将各分层的沉降量乘以0.6～0.8的系数，然后逐层进行总和，直至满足需要控制的沉降量为止。这样就可以确定一个近似的处理深度，最后根据需要再决定是否采用精确方法计算沉降量。 （二）处理范围
从广义来讲，复合地基也是地基，其处理范围应按地基的有效范围来确定。而地基的有效范围（受力宽度）和压力层的厚度成比例，即：
B′=B+2Htanθ
式中：B′—地基的受力宽度；B—基础宽度；H—有效压缩层的厚度（压力层厚度）；θ—地基土的内摩擦角。
但是，由于复合地基中应力集中在桩顶，所以不能简单套用上述公式。复合地基中，每个桩周围都有一个挤密的范围或者粘性土重新固结的范围，我们称这个影响范围的直径为“有效影响圆直径 ”。一般来说 ≥2D（D为桩的直径）。这样，参照一般人工地基处理范围（如前式），根据“应力集中”和 “有效影响网直径”两个因素，即可确定处理范围：
（1）边排桩的 值的外边界能够满足地基的受力宽度即可。
（2）由于应力集中在桩顶，复合地基的有效受力范围小于相同条件下的天然地基；和一般人工地基相比，地基的受力宽度也较小。
根据这两个特点并按照复合层的常用厚度，在一般的情况下即可用一种简便办法来确定处理范围：首先保证地基基础边缘在桩的控制范围之内 （极限状态是基础边缘就在桩上），然后按照设计桩距在其外再加一排保护桩，此排保护的φ值能够满足地基的受力宽度即可。
五、规范关于单桩竖向承载力检测存在问题
目前在地基处理的方法上， 水泥粉煤灰碎石桩复合地基应用较多，但在早期《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002中，却仅要求复合地基承载力检测，该类桩型其实已接近钢筋混凝土灌注桩，缺失单桩竖向承载力检测这项重要参数，对设计和结果判定均有不小的影响.在实际工程中，遇到水泥粉煤灰碎石桩复合地基失败的情况下，仍要补充单桩承载力检测，以方便对设计方案的变更.河南省各地区针对这一情况，当地建设主管部门已出台相应管理文件，对水泥粉煤灰碎石桩单桩承载力检测做出要求，数量为0.5-1.0%，有效的对该项检测进行了补充，同时在《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012年新规范中已对此做出的强条要求.
复合地基设计中值得研究的问题还很多，例如：
（1）复合地基的“后期强度”问题；
（2）置换率、桩径和桩距的优化设计问题；
（3）桩体材料的组成和砂石料级配问题；
期望引起专家和同行们的关注，通过实践和研究，使目前还不成熟的设计理论逐渐成熟起来。