基坑降水引起水泥土攪拌樁復(fù)合地基的沉降計(jì)算

李 巍

(安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000)

軟土地區(qū)已有建筑物采用水泥土深層攪拌樁復(fù)合地基處理的情況很普遍，新建工程進(jìn)行基坑降水造成周邊地下水位下降，導(dǎo)致該類(lèi)建筑物開(kāi)裂甚至倒塌的事例很多。因此研究基坑降水對(duì)水泥土深層攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算具有現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)基坑降水引起的水泥土樁復(fù)合地基沉降，分別將水泥土攪拌樁復(fù)合地基加固區(qū)視為復(fù)合土層和實(shí)體樁基礎(chǔ)，給出基坑降水引起的水泥土樁復(fù)合地基的最終沉降量計(jì)算式，討論了各計(jì)算式的工程適用性。

1 基坑降水及復(fù)合地基沉降計(jì)算

實(shí)際工程中，基坑周邊建筑物沉降一般由基坑開(kāi)挖和基坑降水等因素引起的變形耦合在一起，本文僅討論由基坑降水引起的周邊建筑物沉降計(jì)算，且均基于基坑降水周邊地下水位穩(wěn)定后即穩(wěn)定滲流問(wèn)題的基礎(chǔ)最終沉降量。

1.1 有效應(yīng)力增量計(jì)算

(1)

1.2 有效應(yīng)力增量引起的附加沉降計(jì)算

有效應(yīng)力增量引起的附加沉降量可按分層總和法計(jì)算，最終沉降量s可按式(2)計(jì)算:

(2)

1.3 水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算

現(xiàn)行建筑地基處理技術(shù)規(guī)范給出的實(shí)用沉降計(jì)算方法，復(fù)合土層壓縮模量可按式(3)計(jì)算:

Espi=ζEsi

(3)

2 基坑降水引起水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算問(wèn)題

本文參照建筑物荷載引起的地基附加應(yīng)力水泥土攪拌樁復(fù)合地基實(shí)用沉降計(jì)算方法，以下給出了常規(guī)地基模型、有效應(yīng)力增量水位以下擴(kuò)散模型和有效應(yīng)力增量下臥層擴(kuò)散模型三種實(shí)用計(jì)算方法。

2.1 常規(guī)地基模型

基坑降水引起水泥土攪拌樁復(fù)合地基最終沉降量為地下水位以上復(fù)合土層的壓縮量，可按式(4)計(jì)算:

(4)

2.2 有效應(yīng)力增量水位以下擴(kuò)散模型

該模型把基坑降水引起水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降量分為地下水位以上的壓縮量和地下水位以下的壓縮量。地下水位以上，加固區(qū)壓縮量由有效應(yīng)力增量引起；地下水位以下，把地下水位處有效應(yīng)力增量視作基底附加應(yīng)力。地下水位以下加固區(qū)至下臥層附加應(yīng)力擴(kuò)散可按天然地基模型或?qū)嶓w樁基礎(chǔ)模型進(jìn)行計(jì)算。

1)天然地基擴(kuò)散模型。

根據(jù)建筑地基處理規(guī)范，將地下水位以下的復(fù)合土層與下臥層均視作天然地基，地下水位以下土層中有效應(yīng)力增量按照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中附加應(yīng)力的形式進(jìn)行擴(kuò)散，基礎(chǔ)形式和基礎(chǔ)尺寸根據(jù)復(fù)合地基荷載作用面選用。

該模型基坑降水引起水泥土攪拌樁復(fù)合地基最終沉降量可按式(5)計(jì)算:

(5)

2)實(shí)體樁基礎(chǔ)擴(kuò)散模型。

將地下水位以下水泥土攪拌樁加固區(qū)視為實(shí)體樁基礎(chǔ)，地下水位以下加固區(qū)有效應(yīng)力增量可按壓力擴(kuò)散法或等效實(shí)體法計(jì)算。沉降量分為加固區(qū)地下水位以上壓縮量由有效應(yīng)力增量引起，加固區(qū)地下水位以下壓縮量由地下水位處有效應(yīng)力增量作為附加應(yīng)力擴(kuò)散引起，以及下臥層壓縮量由地下水位處有效應(yīng)力增量作為附加應(yīng)力擴(kuò)散引起。

該模型基坑降水引起水泥土攪拌樁復(fù)合地基最終沉降量可按式(6)計(jì)算:

(6)

(7)

等效實(shí)體法可按式(8)計(jì)算:

(8)

3 設(shè)計(jì)算例計(jì)算結(jié)果對(duì)比

地基埋深2.0 m，長(zhǎng)b=4.0 m，寬l=4.0 m，地下水位埋深1.0 m，水泥土攪拌樁加固區(qū)深度h1=10 m，下臥層深度h2=10 m，加固區(qū)及下臥層未處理前Es=2.5 MPa，fak=60 kPa，水泥土攪拌樁置換率m=0.25，Ep=50 MPa，地基處理后fspk=155 kPa。

分別用4種方法計(jì)算沉降量與地下水位下降深度關(guān)系曲線如圖1所示。

從圖1可知，4種方法中，地下水位處有效應(yīng)力增量天然地基擴(kuò)散模型和實(shí)體樁基礎(chǔ)模型壓力擴(kuò)散法計(jì)算結(jié)果較為接近。其他兩種方法的計(jì)算結(jié)果與前兩種方法均有較大差別，這是因?yàn)椴捎脧?fù)合土層法對(duì)加固區(qū)和下臥層不加區(qū)分，且加固區(qū)復(fù)合土層的壓縮模量計(jì)算結(jié)果偏小，不符合水泥土攪拌樁復(fù)合地基荷載傳遞機(jī)理。

事實(shí)上，加固體兩側(cè)面上的剪應(yīng)力非常復(fù)雜，是隨深度不斷變化的，等效實(shí)體法認(rèn)為側(cè)摩阻力f值不變，且其合理選用對(duì)工程應(yīng)用較為困難。

4 結(jié)語(yǔ)

1)基坑降水引起的地下水位以下的有效應(yīng)力增量不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為等于降水漏斗水位下降深度處的有效應(yīng)力增量，對(duì)于天然地基，地下水位以下的壓縮量可以忽略，對(duì)于水泥土攪拌樁復(fù)合地基，由于樁體的存在使淺層地基土中附加應(yīng)力減小，而使深層地基土中附加應(yīng)力增大，地下水位以下的壓縮量不能忽略，實(shí)用計(jì)算中可以把降水漏斗水位下降深度處的有效應(yīng)力增量作為附加應(yīng)力進(jìn)行沉降計(jì)算。

2)基坑降水引起的水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算可根據(jù)需要按照本文給出的天然地基模型和實(shí)體樁基礎(chǔ)模型應(yīng)力擴(kuò)散法這兩種實(shí)用沉降計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，本文給出的實(shí)體樁基礎(chǔ)等效實(shí)體法的實(shí)用沉降計(jì)算方法的適用性仍有待研究。

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