复合地基技术规范 GB/T50783-2012

3.0.1 复合地基设计前，应具备岩土工程勘察、上部结构及基础设计和场地环境等有关资料。
3.0.2 复合地基设计应根据上部结构对地基处理的要求、工程地质和水文地质条件、工期、地区经验和环境保护要求等，提出技术上可行的方案，经过技术经济比较，选用合理的复合地基形式。
3.0.3 复合地基设计应进行承载力和沉降计算，其中用于填土路堤和柔性面层堆场等工程的复合地基除应进行承载力和沉降计算外，尚应进行稳定分析；对位于坡地、岸边的复合地基均应进行稳定分析。
3.0.4 在复合地基设计中，应根据各类复合地基的荷载传递特性，保证复合地基中桩体和桩间土在荷载作用下能够共同承担荷载。
3.0.5 复合地基中由桩周土和桩端土提供的单桩竖向承载力和桩身承载力，均应符合设计要求。
3.0.6 复合地基应按上部结构、基础和地基共同作用的原理进行设计。
3.0.7 复合地基设计应符合下列规定：
    1 宜根据建筑物的结构类型、荷载大小及使用要求，结合工程地质和水文地质条件、基础形式、施工条件、工期要求及环境条件进行综合分析，并进行技术经济比较，选用一种或几种可行的复合地基方案。
    2 对大型和重要工程，应对已选用的复合地基方案，在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工，并应检验设计参数和处理效果，通过分析比较选择和优化设计方案。
    3 在施工过程中应进行监测，当监测结果未达到设计要求时，应及时查明原因，并应修改设计或采用其他必要措施。
3.0.8 对工后沉降控制较严的复合地基应按沉降控制的原则进行设计。
3.0.9 复合地基上宜设置垫层。垫层设置范围、厚度和垫层材料，应根据复合地基的形式、桩土相对刚度和工程地质条件等因素确定。
3.0.10 复合地基应保证安全施工，施工中应重视环境效应，并应遵循信息化施工原则。
3.0.11 复合地基勘察和设计中应评价及处理场地中水、土等对所用钢材、混凝土和土工合成材料等的腐蚀性。

条文说明

3 基本规定

3.0.2 复合地基形式很多，合理选用复合地基形式可以取得较好的社会效益和经济效益。复合地基形式选用应遵守下列原则：
    1 坚持具体工程具体分析和因地制宜的选用原则。根据场地工程地质条件、工程类型、荷载水平，以及使用要求，进行综合分析，还应考虑充分利用地方材料，合理选用复合地基形式。
    2 散体材料桩复合地基主要适用于在设置桩体过程中桩间土能够振密挤密，桩间土的强度能得到较大提高的砂性土地基。对饱和软黏土地基，采用散体材料桩复合地基加固，加固后承载力提高幅度不大，而且可能产生较大的工后沉降，应慎用。
    3 对深厚软土地基，为了减小复合地基的沉降量，应采用较长的桩体，尽量减小加固区下卧土层的压缩量。可采用刚度较大的桩体形成复合地基，也可采用长-短桩复合地基。
3.0.3 本条强调对位于坡地、岸边的各类工程中的复合地基，以及填土路堤和柔性面层堆场等工程中的复合地基除应进行承载力和沉降计算外，还非常有必要进行稳定分析。满足规范规程中地基承载力要求的并不一定能满足地基稳定性要求。
3.0.4 复合地基中桩和桩间土共同直接承担荷载是形成复合地基的必要条件，在复合地基设计中要充分重视，予以保证。在荷载作用下，桩体和桩间土是否能够共同直接承担上部结构传来的荷载是有条件的，即复合地基的形成是有条件的，下面作简要分析（图1）。
    图1中E_p＞E_s1，E_p＞E_s2，E_p＞E_s3。散体材料桩在荷载作用下产生侧向鼓胀变形，能够保证桩体和桩间土共同直接承担上部结构传来的荷载。因此当竖向增强体为散体材料桩时，各种情况均可满足桩和桩间土共同直接承担上部荷载。然而，当竖向增强体为黏结材料桩时情况就不同了。不设垫层，桩端落在可压缩层[图1（a）]，荷载作用下，桩和桩间土沉降量相同，则可保证桩和桩间土共同直接承担荷载。桩落在不可压缩层上，在基础下设置一定厚度的柔性垫层[图1（b）]，在荷载作用下，通过基础下柔性垫层的协调，也可保证桩和桩间土共同承担荷载。但需要注意分析柔性垫层对桩和桩间土的差异变形的协调能力，以及桩和桩间土之间可能产生的最大差异变形两者的关系。如果桩和桩间土之间可能产生的最大差异变形超过柔性垫层对桩和桩间土的差异变形的协调能力，那么虽在基础下设置了一定厚度的柔性垫层，在荷载作用下，也不能保证桩和桩间土始终共同直接承担荷载。当桩落在不可压缩层上，而且未设置垫层[图1（c）]，在荷载作用下，开始时桩和桩间土中的竖向应力大小大致上按两者的模量比分配，但是随着土体产生蠕变，土中应力不断减小，而桩中应力逐渐增大，荷载逐渐向桩上转移。若E_p＞＞E_s1，则桩间土承担的荷载比例极小。特别是遇到地下水位下降等情况，桩间土体进一步压缩，桩间土可能不再承担荷载。在这种情况下桩与桩间土难以共同直接承担荷载，也就是说桩和桩间土不能形成复合地基以共同承担上部荷载。当复合地基中增强体穿透最薄弱土层，落在相对好的土层上[图1（d）]，E_s3＞E_s1，在这种情况下，应重视E_p、E_s1和E_s3三者之间的关系，保证在荷载作用下桩和桩间土通过变形协调共同承担荷载。因此采用黏结材料桩，特别是刚性桩形成的复合地基需要重视复合地基形成条件分析。
    在实际工程中如果桩和桩间土不能满足复合地基形成条件，而以复合地基理念进行设计是不安全的。把不能直接承担荷载的桩间土地基承载力计算在内，高估了复合地基承载能力，降低了安全度，可能造成工程事故，应引起设计人员的充分重视。

图1  复合地基形成条件示意
1—刚性基础；2—垫层；3—不可压缩层；4—软弱土层；5—相对好土层；
E_p—桩体压缩模量；E_s1—桩间土压缩模量；E_s2—垫层压缩模量；E_s3—下卧层压缩模量

3.0.6 复合地基设计中一定要重视上部结构、基础和复合地基的共同作用。复合地基是通过一定的沉降量使桩和桩间土共同承担荷载，设计中要重视沉降可能对上部结构产生的不良影响。
    基础刚度对复合地基的破坏模式、承载力和沉降有重要影响。一般情况下，当处于极限状态时，混凝土基础下桩体复合地基中桩先发生破坏，而填土路堤和柔性面层堆场下桩体复合地基中桩间土先发生破坏。混凝土基础下桩体复合地基承载力大于填土路堤和柔性面层堆场下桩体复合地基承载力。荷载水平相同时，混凝土基础下桩体复合地基的沉降小于填土路堤和柔性面层堆场下桩体复合地基的沉降。
    为了探讨基础刚度对复合地基性状的影响，吴慧明采用现场试验研究和数值分析方法对基础刚度对复合地基性状的影响作了分析（图2）。试验内容包括：①原状土地基承载力试验；②单桩竖向抗压承载力试验；③刚性板下复合地基承载力试验（置换率m＝15％）；④原地堆砂荷载下复合地基承载力试验（置换率m＝15％）。试验研究表明基础刚度对复合地基性状影响明显，主要结论如下：
    1 原地堆砂荷载下和刚性板下桩体复合地基的破坏模式不同。当荷载不断增大时，原地堆砂荷载下复合地基中土体先产生破坏，而刚性板下复合地基中桩体先产生破坏。
    2 在相同的条件下，原地堆砂荷载下复合地基的沉降量比刚性板下复合地基沉降量要大，而承载力要小。
    3 复合地基各种参数都相同的情况下，复合地基的桩土荷载分担比随基础刚度变小而减小，也就是说混凝土基础下复合地基中桩体承担的荷载比例要比填土路堤和柔性面层堆场下复合地基中桩体承担的荷载比例大。
    4 为了提高填土路堤和柔性面层堆场下复合地基桩土荷载分担比，提高复合地基承载力，减小复合地基沉降，可在复合地基上设置刚度较大的垫层，如灰土垫层，土工格栅碎石垫层等。

（a）刚性板下复合地基            （b）堆砂荷载下复合地基
图2 现场模型试验的示意
1—基准梁；2—百分表；3—原地面；4—传感器；5—水泥土桩；
6—PVC管；7—钢筋；8—钢板；9—砂；10—木斗

3.0.8 按沉降控制设计理论是近年发展的新理念，对复合地基设计更有意义。下面先介绍按沉降控制设计理论，然后再讨论复合地基按沉降控制设计。
    按沉降控制设计是相对于按承载力控制设计而言的。事实上无论按承载力控制设计还是按沉降控制设计都要满足承载力的要求和小于某一沉降量的要求。按沉降控制设计和按承载力控制设计的区别在于：在按承载力控制设计中，宜先按符合承载力要求进行设计，然后再验算沉降量是否满足要求。如果地基承载力不能满足要求，或验算沉降量不能满足要求，再修改设计方案。而在按沉降控制设计中，宜先按满足沉降要求进行设计，然后再验算承载力是否满足要求。下面通过一实例分析说明按沉降控制设计的思路。例如：某工程采用浅基础时地基是稳定的，但沉降量达500mm，不能满足要求。现采用250mm×250mm方桩，桩长15m。布桩200根时沉降量为50mm，布桩150根时沉降为70mm，布桩100根时沉降为120mm，布桩50根时沉降量250mm（图3）。若设计要求的沉降量小于150mm，则布桩大于90根即可满足要求。从该例可看出按沉降量控制设计的实质及设计思路。

图3 桩数-沉降关系曲线示意

    桩数与相应的沉降量之间的关系，实际上也可以反映工程费用与相应的沉降量之间的关系。减小沉降量意味着增加工程费用。于是按沉降控制设计可以合理控制工程费用。按沉降控制设计思路特别适用于深厚软弱地基上复合地基设计。
    按沉降控制设计要求设计人员更好地掌握沉降计算理论，总结工程经验，提高沉降计算精度，进行优化设计。
3.0.9 在混凝土基础下的复合地基上设置垫层和在填土路堤和柔性面层堆场下的复合地基上设置垫层性状和要求是不同的。是否设置垫层和垫层厚度应通过技术、经济综合分析后确定。
    混凝土基础下复合地基上的垫层宜采用100mm～500mm的砂石垫层[图4（a）]，当桩土相对刚度较小时取小值。由于砂石垫层的存在，桩间土单元A1中的附加应力比桩间土单元A2中的大，而桩体单元B1中的竖向应力比桩体单元B2中的小。也就是说设置垫层可减小桩土荷载分担比。另外，由于砂石垫层的存在，桩间土单元A1中的水平向应力比桩间土单元A2中的要大，桩体单元B1中的水平向应力比桩体单元B2也要大。由此可得出：由于砂石垫层的存在，使桩体单元B1中的最大剪应力比桩体单元B2中的要小得多。换句话说，砂石垫层的存在使桩体上端部分中竖向应力减小，水平向应力增大，造成该部分桩体中剪应力减小，有效改善了桩体的受力状态。

（a）设置垫层                                  （b）不设垫层
图4 混凝土基础下复合地基示意
1—桩间土单元A1；2—桩间土单元A2；3—桩体单元B1；
4—桩体单元B2；5—砂石垫层；6—刚性基础

    从上面的分析可以看到，混凝土基础下复合地基中设置砂石垫层，一方面可以增加桩间土承担荷载的比例，充分利用桩间土地基承载能力；另一方面可以改善桩体上端的受力状态，这对低强度桩复合地基是很有意义的。
    混凝土基础下采用黏结材料桩复合地基形式时，视桩土相对刚度大小决定在复合地基上是否设置垫层。桩土相对刚度较大，而且桩体强度较小时，应设置垫层。通过设置柔性垫层可有效减小桩土应力比，改善接近桩顶部分桩体的受力状态。混凝土基础下黏结材料桩复合地基桩土相对刚度较小，或桩体强度足够时，也可不设置垫层。混凝土基础下设置砂石垫层对复合地基性状的影响程度与垫层厚度有关。以桩土荷载分担比为例，垫层厚度愈厚，桩土荷载分担比愈小。但当垫层厚度达到一定数值后，仍继续增加，桩土荷载分担比并不会继续减小。
    与混凝土基础下设置柔性砂石垫层作用相反，在填土路堤和柔性面层堆场下的复合地基上设置刚度较大的垫层，可有效增加桩体承担荷载的比例，发挥桩的承载能力，提高复合地基承载力，有效减小复合地基的沉降。可采用灰土垫层、土工格栅加筋垫层、碎石垫层等。

（a）设置垫层                             （b）不设垫层
图5 路堤下复合地基示意
1—路堤；2—土工格栅加筋垫层