吳曉榮 王東棟 水 艷

（1.中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司 蚌埠 233001 2.淮河流域水資源保護局 蚌埠 233001）

水泥土攪拌樁復合地基沉降設計參數數值分析

吳曉榮1王東棟1水 艷2

（1.中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司 蚌埠 233001 2.淮河流域水資源保護局 蚌埠 233001）

本文從水泥土攪拌樁優(yōu)化設計處理地基的基礎出發(fā)，對水泥土攪拌樁復合地基的沉降進行設計參數數值模擬研究。采用FLAC3D樁結構單元對水泥土樁的變形規(guī)律進行模擬，通過改變樁長、樁徑、置換率和樁體彈模等樁體設計參數，分析其對復合地基變形特性的影響。對影響復合地基變形的設計參數進行敏感性分析，找出主要影響因素，為工程設計提供指導。

水泥土攪拌樁 優(yōu)化設計 數值模擬

水泥土攪拌樁復合地基是諸多復合地基中具有代表性的一種，一般具有工期短、污染少、震動小、經濟效益顯著等特點，是國內外目前進行地基處理的主流技術之一。本文采用有限差分法FLAC3D進行復合地基沉降的數值分析計算，對各種樁體影響因素諸如樁長、樁徑、面積置換率及樁體彈性模量等進行探討，研究復合地基沉降的變化規(guī)律。

1 工程概況

姜唐湖蓄（行）洪區(qū)位于淮河干流中游正陽關至臨淮崗洪水控制工程之間。姜唐湖退水閘位于姜唐湖蓄（行）洪區(qū)的末端，退水閘具有擋洪、蓄洪、行洪、退洪以及反向進洪的功能。工程為Ⅱ等大（2）型工程，閘室共16孔，每孔凈寬10m。本工程閘基及岸、翼墻地基持力層強度較低且存在軟弱土層，設計擬對上下游翼墻地基進行水泥土攪拌樁處理。

2 有限差分法建立模型

三維快速拉格朗日法（FLAC3D）是一種基于顯式有限差分法的數值分析方法，可以準確模擬巖土或其他材料的三維力學行為。計算選取退水閘工程翼墻②-②斷面為基本建模對象，通過對各種樁體參數的改變，分析它們對復合地基沉降的影響，進行參數敏感性分析。翼墻②－②斷面的計算模型見圖1。

3 復合地基樁體參數影響計算

本文擬從樁長、樁徑、樁間距和樁體彈模這4個樁體參數出發(fā)，分析它們對復合地基沉降的影響。

3.1 樁長參數影響

本節(jié)計算參數選取如下：翼墻基底應力70kPa；樁為等邊三角形布置，樁間距1.2m；樁徑0.6m，樁體彈性模量300MPa。計算樁長分別取 8m、9m、9.5m、10m、10.5m、11m和12m時的復合地基沉降，分析樁長對復合地基沉降的影響情況。

圖2為復合地基沉降隨樁長的變化規(guī)律曲線。計算結果表明：地基沉降隨樁長增加逐漸減小，并趨于穩(wěn)定。隨著樁長的增加，地基總沉降和下臥層沉降都在減小，而加固層的沉降則隨著樁長的增加而增加，這是由于樁長的增加，使得下臥層的壓縮厚度變小，壓縮深度變大，這樣作用在下臥層上的附加應力變小，從而使得下臥層的沉降減小。樁長的增加使加固層的厚度變大，所以加固層的沉降有所增加，但是增加的幅度不大，遠遠小于下臥層的減小幅度，故地基的總沉降量減小。但是曲線的斜率是慢慢減小的，樁長增長到一定程度，復合地基的應力場和位移場的分布逐漸穩(wěn)定，復合地基的沉降較小，繼續(xù)增加樁長對減小復合地基整體沉降幾乎不再產生什么效果。

3.2 樁徑參數影響

樁徑對樁頂沉降的影響可以從圖3看出，隨樁徑的增大，樁頂沉降隨之減小。這是由于樁徑增大時，樁頂荷載不變，樁身的應力就相對減小了，這樣樁身壓縮量顯然減小。

3.3 樁間距（置換率）參數影響

圖1 翼墻②－②斷面的計算模型

圖2 樁長與復合地基沉降關系圖

圖4 置換率與復合地基沉降關系圖

表1 參數變化對沉降影響結果表

圖3 樁徑與樁頂沉降關系圖

圖5 樁體彈模與復合地基沉降關系圖

本文計算了翼墻②-②斷面水泥土樁間距分別為0.86m、0.93m、1.2m、1.4m時，即置換率分別為 24.61%、21.14%、13.11%、10.60%時，復合地基沉降的變化情況，如圖4所示。

由圖4可見，樁距較大時，上部軟弱土層中的附加應力很大，基礎沉降也較大，減小樁距，能夠有效將上部土層中的應力向下傳遞，對減小復合地基整體沉降的效果非常明顯；樁距較小時，復合地基沉降降低很多，減小樁距，對土中的應力分布有一定影響，但比以前明顯減弱，所以復合地基整體沉降減小不是很明顯；樁距減小到一定程度，樁距變化對土中的應力場影響甚小，基礎的沉降較小，并趨于穩(wěn)定，則繼續(xù)減小樁距對減小復合地基整體沉降幾乎沒有什么效果。

面積置換率不是影響復合地基沉降的主要因素，增加置換率主要是減小加固層的沉降，對減小下臥層的沉降作用并不明顯。但是大量實測資料和工程實例計算表明，加固層沉降一般很小，通常小于30mm，所占地基總沉降量的比例較小。因此在設計中，一味的增加置換率來加大加固層的剛度以達到減小沉降的方法是不可取的，設計中應根據工程地質條件和建筑的上部荷載大小取一個最優(yōu)的面積置換率。

3.4 樁體彈模參數影響

圖5為復合地基沉降隨樁體彈模變化的關系圖。計算表明：當土體模量一定時，增大樁體模量可減小沉降，當樁體的彈模增加到一定值后，繼續(xù)增加樁體的彈模對復合地基沉降影響不明顯。提高樁體強度可提高加固層的變形模量，減小加固層沉降，將荷載傳遞到深層土體中。由于實際土層的分布一般隨深度增加，土層的剛度增大，因此被轉移到深層的荷載對該處土體變形影響不大，從而有效減小建筑物的總沉降。因此復合地基的加固一般應穿透軟弱土層。

樁體彈性模量增大后地基沉降減小逐漸不明顯的原因是，樁體強度的決定因素是水泥摻入比，靠提高水泥摻入比來減小復合地基沉降作用不大，況且提高水泥摻入比會直接增加工程造價，因此水泥攪拌樁復合地基設計只需選擇合適的水泥摻入比即可，一般設計采用的水泥摻入比為13%～18%。

4 參數敏感性分析

表1反映了參數變化對復合地基沉降的影響，從中可以看出，對復合地基沉降影響的參數敏感性從高到低的排列為：樁長、樁徑、置換率、樁體彈性模量，其中樁長、樁徑的影響較為顯著。

5 結語

本文計算以姜唐湖退水閘工程作為研究實例，工程對翼墻的南北兩岸采用水泥土攪拌樁進行地基加固。采用巖土軟件FLAC3D對復合地基計算參數進行數值分析，分析了樁長、樁徑、樁間距和樁體彈性模量這4個樁體參數的變化對復合地基的沉降分別產生的影響；并對影響因素進行參數敏感性分析，為復合地基優(yōu)化設計提供理論依據