复合地基理论
本章主要内容
（1）复合地基的概念，作用机理及破坏模式；
（2）复合地基的应力特性；
（3）复合地基的承载力及变形特性；
（4）复合地基设计思路
本章重点与难点
重点：复合地基的概念；复合地基的承载力及变形计算；复合地基设计思路。
难点：复合地基的应力特性。
8.1 绪论
8.1.1 复合地基的发展
复合地基在我国土木工程建设中已得到广泛应用，但是对什么是复合地基，无论是学术界还是工程界，至今尚无统一的认识。复合地基是一个新概念，而且还处在不断发展之中。有人考证复合地基（Composite Foundation）一词，国外最早见于1960 年，国内应该更晚一些。
复合地基的涵义随着其实践的发展有一个发展过程，初期，复合地基主要是指在天然地基中设置碎石桩而形成的碎石桩复合地基，人们将注意力主要集中在碎石桩复合地基的应用和研究上，国内外对碎石桩复合地基承载力和变形计算发表了大量的论文。
随着深层搅拌法和高压喷射注浆法在地基处理中的推广应用，人们开始重视水泥土桩复合地基的研究。碎石桩和水泥土桩的差别表现在前者的桩体材料碎石为散体材料，后者水泥土为粘结材料。碎石桩属于散体材料桩，水泥土桩属于粘结材料桩。散体材料桩和粘结材料桩的受力性能有很大区别。随着水泥土复合地基的应用，复合地基的概念发生了变化，由碎石桩复合地基这种散体材料桩复合地基逐步扩展到粘结材料桩复合地基。随着减少沉降量桩和桩筏基础的应用和研究，以及各类低强度混凝土桩复合地基的应用，人们将复合地基概念进一步拓宽。将粘结材料桩按刚度大小分为柔性桩和刚性桩两大类，于是提出了柔性桩复合地基和刚性桩复合地基的概念。
随着土工合成材料在工程建设中的广泛应用，又出现了水平向增强体复合地基的概念。
但是，目前对于什么是复合地基，或者说那些地基基础形式可称为复合地基，学术界和工程界的看法是不一致的。有人认为各类砂石桩复合地基和各类水泥土桩复合地基属于复合地基，其他形式不能称为复合地基；也有人认为桩体与基础不相连接的是复合地基，相连接的就不是复合地基，至于桩体是柔性桩、刚性桩并不重要；还有人认为是否属于复合地基与桩体强度、桩体与基础是否连接无关，而视其在工作状态下，能否保证桩和桩间土共同承担荷载。
龚晓南认为复合地基有狭义和广义之分，上述第一种对复合地基的定义可认为狭义的复合地基，更狭义的只认为砂石桩复合地基属于复合地基，或者说只有散体材料桩才能使地基土形成复合地基，其他形式均不应成为复合地基，前述第三种意见可认为是比较广义的复合地基定义。从发展趋势看，复合地基的概念不断在拓广。广义复合地基概念侧重在荷载传递机理上来表示复合地基的本质。
随着地基处理技术和复合地基理论的发展，近些年来，复合地基技术在我国各地得到广泛应用，目前在我国应用的复合地基类型主要有：由多种施工方法形成的各类砂石桩复合地基，水泥土桩复合地基，低强度桩复合地基，土桩、灰土桩复合地基，钢筋混凝土桩复合地基，加筋土地基等。复合地基技术在房屋建筑、高等级公路、铁路、堆场、机场、堤坝等土木工程建设中得到广泛应用。复合地基技术的推广产生了良好的社会效益和经济效益。
8.1.2 复合地基的定义、分类
一、定义
当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，需要进行地基处理，形成人工地基，以保证建（构）筑物的安全与正常使用。地基处理方法很多，按地基处理的加固原理分类，主要有下述六大类：置换；排水固结；振密；挤密；灌入固化物；加筋；冷、热处理等。经过地基处理形成的人工地基大致可分为三类：均质地基、双层地基和复合地基。
人工地基中的均质地基是指天然地基在地基处理过程中加固区土体性
质得到全面改良，加固区土体的物理力学性质基本上是相同的，加固区的范围，无论是平面位置与深度，与荷载作用对应的地基持力层或压缩层范围相比较都已满足一定的要求，其示意如图8.1.1a）所示。例如：均质的天然地基采用排水固结法形成的人工地基，在排水固结过程中，加固区范围内地基土体中孔隙比减小，抗剪强度提高，压缩性减小，加固区内土体性质比较均匀。
图8.1.1 人工地基的分类
a）均质地基；b）双层地基；c）水平向增强体复合地基；d）竖向增强体复合地基
人工地基中的双层地基，指天然地基经地基处理形成的均质加固区的厚度与荷载作用面积或者与其相应持力层和压缩层厚度相比较为较小时，在荷载作用影响区内，地基由两层性质相差较大的土体组成，双层地基示意如图8.1.1b）所示。采用换填法或表层压实法处理形成的人工地基当处理范围比荷载作用面积大时，可归属于双层地基。双层人工地基承载力和变形计算方法基本上与天然双层地基的计算方法相同。
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。根据地基中增强体的方向又可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。其实意图分贝如图8.1.1c）和d）所示。
竖向增强体习惯上称为桩，有时也称为柱。竖向增强体复合地基通常称
为桩体复合地基。目前在工程中应用的竖向增强体有碎石桩、砂桩、水泥土桩、石灰桩、灰土桩、各种低强度桩和钢筋混凝土桩等。根据竖向增强体的性质，又可分为三类:散体材料桩、柔性桩和刚性桩。散体材料桩如碎石桩、砂桩等，只有依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体，桩体材料本身不能单独形成桩体。对应于散体材料桩，柔性桩和刚性桩也可称为粘结材料桩。视桩体刚度不同将粘结材料桩分为柔性桩和刚性桩两种，也有人将其称为半刚性桩和刚性桩。柔性桩如水泥土桩、灰土桩等。刚性桩如钢筋混凝土桩、低强度混凝土桩等。严格讲，桩体的刚度不仅与材料性质有关，还与桩的长径比、土体的刚度有关，应采用桩土相对刚度来描述。
水平向增强体复合地基主要指加筋土地基。随着土工合成材料的发展，加筋土地基应用愈来愈多。加筋材料主要是土工织物和土工格栅等。笔者考虑在荷载作用下加筋土地基中筋材与土体的复合作用，故将加筋土地基也纳人复合地基的范畴。
二、分类
复合地基增强体方向不同，复合地基性状不同。桩体复合地基中，桩体是由散体材料组成还是由粘结材料组成，以及粘结材料桩的刚度大小，都将影响复合地基荷载传递性状。根据复合地基工作机理可将复合地基作下述分类：
若不考虑水平向增强体复合地基，则竖向增强体复合地基可称为桩体复合地基或简称为复合地基。本章主要介绍桩体复合地基，对水平向增强体复合地基主要介绍加筋土地基。
