随着我国地基处理技术的不断发展，复合地基在工程建设中得到越来越广泛的应用。复合地基是由天然地基土体和增强体组成的人工地基。根据增强体的方向可分为竖向增强体复合地基和水平向增强体复合地基。竖向增强体复合地基根据材料性质的不同可分为散体材料桩，柔性材料桩和刚性桩复合地基。复合地基发展初期，人们将注意力主要集中在碎石桩等散体材料桩复合地基的应用和研究上；后来，深层搅拌桩等柔性材料桩复合地基的推广使用，使柔性材料桩复合地基的应用研究得到重视；近年来，复合地基的概念被进一步拓宽，提出了刚性桩复合地基的概念。目前，刚性桩复合地基的桩体通常是以水泥为主要胶结材料，如CFG桩、素混凝土桩、无砂混凝土桩、水泥砂浆压力灌浆形成的树根桩、锚杆静压桩等，这些桩体具有较高的强度和刚度。其设计的基本思路是通过桩土的变形调节，实现桩-土共同作用，充分利用桩体强度和土体强度，从而在满足设计要求的前提下，降低工程造价。刚性桩复合地基在工程实践中逐步得到应用，发展较快，积累了一定的设计和施工经验，但理论研究相对落后，对刚性桩复合地基的作用原理还缺乏深入了解，有关设计参数的选取存在一定的盲目性。为促进刚性桩复合地基的发展，优化刚性桩复合地基的设计，需要结合试验及实践资料，对其作用原理（应力特性，变形特性、褥垫作用，桩-土-褥垫的共同作用）进行分析研究，了解影响刚性桩复合地基作用原理的因素，并提出相应的计算模式。
目前，刚性桩复合地基研究及应用存在的主要问题：①褥垫层的作用还缺乏量化的分析，已有的计算模型大多采用弹性模型，与实际情况出入较大。②复合地基中桩土的荷载传递特性研究不够深入。③桩-土-垫层体系的共同作用机理还缺乏研究，计算理论与实测资料相差较大。④对实际工程中得到应用的逆做法施工复合地基（主要指锚杆静压桩）还未进行研究。
本文参照已有的研究成果，结合实际工程实测资料，做了以下几方面工作：
1.根据褥垫的极限状态分析，当褥垫厚度大于滑动面最大开展深度时，桩顶极限应力可不考虑边界条件（即刚性基础）的影响；当褥垫厚度小于滑动面最大开展深度时，边界条件对桩顶极限应力产生显著影响，H〓/B越小，影响程度越大，因此，必须考虑边界条件的影响；由于褥垫层滑动面内总存在—随桩顶—起移动的土楔，处于弹性压密状态，当褥垫厚度小于压密临界厚度时，桩-褥垫体系处于弹性压密状态。由对数螺旋曲线的特性得出滑动面最大开展深度的表达式：〓。
2.分析桩-褥垫体系的变形特性，将褥垫层的变形阶段划分为弹性阶段、弹塑性阶段及弹性压密阶段，采用孔穴扩张理论及弹性理论等建立计算模型。假定：①土体是弹塑性体，服从Mohr-coulomb破坏准则；②不考虑褥垫层介质重量，及γ=0；③桩顶相对变形是某一初始半径为r〓的半球形孔在褥垫层中的扩张过程，其扩张的最终半径为桩的半径r〓，且桩顶贯入土体的体积等于半球状孔穴体积的变化量；④球状孔穴的扩张压力即为桩顶应力；⑤基础底面产生的应力为均匀分布，经褥垫调整后，分别以均布荷载的形式作用于桩顶及桩间土表面。参照弹塑性力学问题的一般解法，列出三组基本方程（平衡方程，几何方程及本构方程），并给出破坏准则和边界条件求解得到不同变形阶段的桩顶应力和变形的关系。①桩-褥垫体系处于弹性状态时，〓；②桩-褥垫体系处于弹塑性变形状态时，〓；③桩-褥垫体系处于弹性压密变形状态时，〓。
3.刚性桩复合地基作用机理研究。在分析复合地基的承载特性时，根据桩土表面沉降差发生方式及桩顶与基础连接方式的不同，分两种情况讨论：①褥垫柔性连接方式；②逆做法施工刚性连接方式。（1）褥垫柔性连接方式；根据桩-土体系，桩-褥垫体系变形特性的不同，分别提出不同情况下刚性桩复合地基的桩顶应力、桩间土应力及桩土应力比的计算公式。①桩褥垫体系处于弹塑性状态时，桩土应力比〓；②桩-褥垫体系处于弹性压密状态、桩土体系处于弹性变形状态时，桩土应力比〓；③桩-褥垫体系处于弹性压密状态、桩土体系处于弹塑性变形状态时，桩土应力比〓。（2）逆做法施工刚性连接方式，在桩受力前，桩土沉降差为：〓，中性点位置为〓；在桩受力后①当桩土体系处于弹性状态时，桩土应力比为〓，中性点位置为〓；②当桩土体系处于弹塑性状态时，〓。
4.根据对桩土应力比影响因素的分析，在复合地基中桩、土、褥垫层的几何、力学参数及荷载水平都会对桩土应力比产生影响。①刚性桩的桩长、桩身弹性模量都会对桩土应力比产生影响。桩越长，桩土应力比越大；桩身弹性模量越大，桩土应力比越大，但桩身弹性模量大于3×10〓Mpa时，桩土应力比趋于一常数。②当褥垫层的变形模量E〓一定时，褥垫的厚度越小，桩土应力比越大，随着褥垫层厚度的增加，桩土应力比减小，当厚度达到H〓>400mm时，褥垫的厚度对桩土应力比影响很小，这与工程实测资料及有限元计算成果基本相符。当褥垫的厚度一定时，褥垫变形模量越高，桩土应力比越大。③加固区土体的压缩模量越大，桩土应力比越小，随着土体模量的增加，桩土应力比的降幅减小。④桩-褥垫体系处于弹塑性状态或压密状态、桩土处于弹性状态时，影响荷载与桩土应力比关系的主要因素，不是桩-褥垫体系的变形特性，而与桩间土-褥垫体系的作用有关；桩-褥垫体系处于弹性压密阶段、桩土体系处于弹塑性态时，桩土应力比与荷载大小不是单调的函数关系，存在一峰值，当荷载在峰值范围之内时，桩土应力比随荷载增大而增大；当荷载大于峰值时，桩土应力比随荷载增大而减小。经与工程实测资料对比，反映的规律具有良好的相似性和较高的吻合程度。
5.在复合地基中，由于桩土共同作用，使桩的工作特性、荷载传递趋于复杂，明显不同于自由单桩，当荷载水平较小时，在相同的桩顶沉降下，复合地基中的单桩所承受的荷载小于自由单桩承受的荷载。但当复合地基沉降达到一定程度，满足〓<0时，复合地基中单桩承受的荷载将达到或超过自由单桩承受的荷载，根据武钢钢渣砼桩试验得出的复合地基中单桩的荷载-沉降关系曲线及中科院地基所作试验得到的复合地基中单桩的荷载-沉降关系曲线，试验结果与分析所揭示的规律是一致的。
6.桩对土的影响包括成桩过程中的扰动、挤密效应，桩对土侧向变形的限制及桩侧摩阻力对桩间土应力的影响。根据试验资料分析，在同一荷载作用下，复合地基中桩间土的沉降量大于天然地基，并且随着荷载的增大，两者的差别加大。
7.介绍了武钢钢渣砼复合地基试验的情况。试验内容包括地基土的静载荷试验、单桩的静载荷试验、单桩复合地基的静载荷试验及复合地基中桩土应力的测试。
8.复合地基的优化设计。刚性桩复合地基设计优化的基本思路为：通过调整桩土应力比使其满足式〓，并满足变形要求。基本原则为：①利用褥垫作用，调节褥垫参数，使桩土的承载力发挥系数为1。②考虑桩-土-褥垫体系的共同作用。③进行变形控制。复合地基承载力计算公式为：f〓=[1+m(n-1)]·α·f〓。
9.根据对逆做法施工刚性连接方式复合地基（锚杆静压桩复合地基）的应用实例进行的分析，理论计算与实测的最终结果相差6.53mm，误差9.1％，吻合程度很高。若按桩基设计，应布桩512根。按复合地基设计并结合信息法施工后，设计压桩385根，节省桩数127根，约3429米，节省造价约25％，经济效益非常可观。
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