碎石樁復合地基沉箱施工預留沉降量計算應用分析

碎石樁復合地基沉箱施工預留沉降量計算應用分析

王健

秦皇島港股份有限公司 河北 秦皇島 066000

摘 要：為確定海上碎石樁復合地基在沉箱施工過程中預留沉降量，對碎石樁復合地基加固機理及沉降計算方法進行了研究分析，并將最終沉降量的計算結果與原型觀測值進行比較，較準確的計算出沉箱預留沉降量。

關鍵詞：碎石樁復合地基；沉箱；預留沉降

1 碎石樁復合地基加固機理

振沖碎石樁法是指采用振沖器成孔后，填充碎石、卵石或礦渣等硬質材料并振動密實形成樁體的一種地基加固方法。其加固機理以置換作用為主，即利用機械設備將原軟弱土豎向置換成強度較高的硬質材料。由于碎石樁體較樁周土強度高、模量大，在剛性基礎作用下，復合地基應力按模量的大小進行重新分配，在樁上形成應力集中。作用二是擠密效應，即樁周土在施工過程中由于施工機械的擠振產生位移，提高原軟弱土密度，減小空隙比從而提高原狀土的強度。作用三是排水減壓，由于碎石樁樁體的碎石之間存在大空隙，成為良好的排水通道，原地基土排水通道長度縮短、數(shù)量增加，從而加速了原軟弱地基土的固結，提高了復合地基承載力。作用四是墊層作用，由于碎石樁復合地基加固區(qū)的存在，建筑物的附加應力得到擴散，從而減少了下臥層的沉降。

2 碎石樁復合地基沉降計算分析

由于該重力式沉箱碼頭下地基壓縮層深厚，地基在附加應力和自重應力作用下被壓縮，由此產生了建筑物的沉降。目前，實際工程中碎石樁復合地基沉降計算主要分成復合地基加固區(qū)沉降S1和下臥層沉降S2兩部分計算，則復合地基沉降量

S=S1+S2

碎石樁復合地基加固區(qū)土層沉降計算方法較多，目前國內外一般采用復合模量法、應力修正法和樁身壓縮量法來計算。

2.1 復合模量法

復合模量法是將加固區(qū)增強體和基體兩部分視為均勻材料的整體，采用復合模量來評價復合土體的壓縮性，并采用分層總和法計算加固區(qū)沉降。

Esp=[1+m（n-1）]Es

式中Esp——復合模量；Es——樁間土壓縮模量；m——面積置換率，m=d2/de2其中d為樁身平均直徑，de為一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑；n——樁土應力比。

2.2 應力修正法

由于碎石樁的存在，作用在樁間土上的荷載密度比作用在復合地基上的平均荷載密度小，采用應力修正法計算沉降時，忽略碎石樁的存在而只考慮樁間土的荷載作用，樁間土荷載作用大小根據(jù)碎石樁和樁間土的壓縮模量大小進行分配。然后按照樁間土分擔的荷載和壓縮模量，根據(jù)分層總和法計算加固區(qū)土層的沉降。

碎石樁復合地基樁間土分擔的荷載ps為

式中p——碎石樁復合地基平均荷載；μs——應力修正系數(shù)。

2.3 樁身壓縮量法

樁身壓縮量法是通過計算樁體的壓縮變形量來計算加固區(qū)土層地基沉降，樁體壓縮變形量則是根據(jù)作用在碎石樁體上的荷載與樁身壓縮模量計算得來的。假設碎石樁底端刺入下臥層的變形量為Δ，則相應加固區(qū)土層的沉降S1為

S1=Sp+Δ

式中Sp——樁身壓縮沉降量。

碎石樁復合地基碎石樁分擔的荷載pp為

式中μp——碎石樁應力集中系數(shù)。

假設樁側摩阻力平均分布，樁底樁承載力密度為Pb0，則樁身壓縮沉降量為

3 工程實例分析

本工程擬在場區(qū)內建設重力式沉箱碼頭，設計地基極限承載力特征值為120 kPa。根據(jù)工程地質勘察資料顯示該區(qū)域地形平緩，由岸邊向深水域微傾。場區(qū)內土層結構自上而下分為①1流泥、①2淤泥、②粉砂、③粉質粘土、⑤1強風化板巖、⑤2中風化板巖，各地層物理力學性質。

3.1 加固方案

由于淤泥質粉質粘土以上地層地基容許承載力不滿足設計要求，經各方討論后，采用振沖碎石樁作為豎向增強體加固粉質粘土以上土層。碎石樁設計樁徑為1.2m、采用正三角形布置，樁體中心距離為1.7m。碎石樁施工前清除表層淤泥并用碎石均勻拋灑壓面，碎石樁穿透淤泥、淤泥質粉質粘土，進入持力層④層粉質粘土1m。成樁后頂面設置不小于1.0m。的碎石墊層，然后分級拋填10～100kg塊石基床至設計標高。

3.2 原型試驗

由于海上碎石樁法加固的海底軟弱地基水深較深，不適合進行復合地基載荷板試驗，經各方討論論證后采用現(xiàn)有條件進行原型試驗，試驗過程采用基床拋石、現(xiàn)有沉箱、沉箱內拋石及沉箱安放壓載塊等方法模擬分級加載狀況。沉箱安裝完成后進行沉降觀測，根據(jù)沉箱原型觀測沉降量確定沉箱的預留沉降。

3.3 計算參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場試驗，確定各計算主要參數(shù)為：p=120kPa，d=1.7m，H=12.0，n=3.5，B=10.0m，其它土層計算參數(shù)詳見表1。采用分層總和法計算沉箱最終沉降量，按不同計算方法計算的沉降量與原型觀測實測值進行比較，最終沉降量見表2。

4 結論

本文探討了海上碎石樁復合地基的加固機理和復合地基沉降的計算方法，較準確的計算出碎石樁復合地基的沉降量，為沉箱施工預留沉降起到了一定的指導作用。

由于外部荷載、碎石樁施工質量、潮位等各種因素的影響，原型觀測和計算得出的最終沉降量很難準確得出沉箱的最終沉降量，所以在沉箱預留沉降過程中應遵循寧高勿低的原則，并加強觀測，隨時根據(jù)測量數(shù)據(jù)調整預留值。

參考文獻：

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