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)致該類建筑物開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

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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