倪先棟

（河北齊榮工程設(shè)計服務(wù)有限公司，河北 邢臺 054000）

1 引言

隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，軟土地區(qū)的建筑項目建設(shè)步伐也日益加快，同時對地基承載力、沉降量等方面的控制也更加嚴(yán)格。相較于一般地區(qū)而言，軟土往往具有承載力低、排水能力差、結(jié)構(gòu)性明顯、流變性顯著等特征，使得軟土地區(qū)的地基處理難度較大【1】。在軟土地區(qū)建筑設(shè)計過程中如何控制軟土地區(qū)建筑物的沉降變形和選擇經(jīng)濟(jì)、合理、可行的地基處理方案已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者及工程技術(shù)人員關(guān)注的重大問題，同時，也是確保整個建筑項目經(jīng)濟(jì)性、安全性的重要前提之一。當(dāng)采取地基處理方法來改善軟土工程性質(zhì)時，應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計理念來減小土體（不均勻）沉降，否則會對上部建筑結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用功能產(chǎn)生一定程度的不利影響【2】。大量工程實踐表明，復(fù)合地基法在處理軟土地基時具有處治深度大、工程造價低、施工便利等優(yōu)點，在軟土地基處理中得到了廣泛應(yīng)用。因此，為了提高城市建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，推動我國軟土地區(qū)整體建設(shè)水平，研究樁體特性對軟土地區(qū)復(fù)合地基沉降規(guī)律的影響，并基于此來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計具有十分重要的工程意義。

2 依托工程概況

2.1 項目簡介

該教學(xué)樓項目為2 層建筑，層高10m，建筑總高度13.5m，建筑面積1 008m2，設(shè)計使用年限是50a。該項目范圍內(nèi)地基土以軟土和人工填土（呈松散狀態(tài)）為主，對建筑物沉降變形控制較嚴(yán)格。與此同時，該場地屬于不液化場地。因此，設(shè)計單位對該教學(xué)樓項目地基采用“復(fù)合地基法”進(jìn)行處理，以保證師生的正常教學(xué)活動及人身安全。

2.2 地基處治措施

為了更好地控制地基土在荷載作用下的（不均勻）沉降，本工程選擇深層攪拌樁工藝（水泥作為固化劑）。即使用攪拌機(jī)械將水泥漿與土體混合在一起形成具有較高強(qiáng)度和剛度的水泥土攪拌樁復(fù)合地基。深層攪拌樁施工技術(shù)的詳細(xì)施工流程如下：測量放樣→攪拌樁機(jī)就位→提升噴漿攪拌→重復(fù)上下攪拌→關(guān)閉攪拌機(jī)→清理攪拌機(jī)→機(jī)具移位。根據(jù)設(shè)計文件要求，為了更好地發(fā)揮水泥土攪拌樁樁體的承載作用，樁體按正方形布置，樁長為10m，樁間距為1.5m，樁徑為500mm，單樁豎向承載力特征值不小于120kPa，具體樁位布置及樁土位置關(guān)系如圖1 所示。

圖1 水泥土攪拌樁樁體樁位布置及樁土位置

3 軟土地區(qū)復(fù)合地基沉降特性影響因素

3.1 計算模型建立及網(wǎng)格劃分

選擇有限差分軟件FLAC3D5.0 來研究樁體參數(shù)（彈性模量、樁長、樁間距）對復(fù)合地基沉降變形特性的影響規(guī)律。同時，該項目中樁數(shù)較多，且相關(guān)學(xué)者研究表明【3】，復(fù)合地基長度、寬度對其沉降變形影響程度不大，故選擇單樁展開計算。水泥土攪拌樁樁體周圍土層主要是淤泥質(zhì)土，其密度1 835kg/m3、泊松比0.32、彈性模量24MPa、內(nèi)摩擦角55°。

為了提高模型的計算精度，更加真實地模擬現(xiàn)場實際情況，在劃分模型網(wǎng)格時采用了局部加密的方法，即將樁的周圍土體網(wǎng)格加密，將巖土體邊緣網(wǎng)格劃分較為稀疏，網(wǎng)格形式均采用三角形單元【4】，將樁基計算模型按照土體性質(zhì)差異性劃分為2 個區(qū)域，共劃分3 874 個網(wǎng)格。FLAC3D5.0 軟件內(nèi)置了多種本構(gòu)關(guān)系，筆者在軟件計算時采用了摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則。模型的邊界條件是：計算時將樁基底部對x、y、z 3 個方向位移完全約束，將其視為固定端；樁基頂端對z 方向不約束，將其視為鉸接端【5】，單樁計算模型及邊界條件如圖2 所示。

圖2 水泥土攪拌樁樁體計算模型及邊界條件

3.2 不同工況下復(fù)合地基沉降變形分析

通過FLAC3D5.0 計算出的水泥土攪拌樁復(fù)合地基在不同彈性模量、不同樁長、不同樁間距工況下的沉降變形計算結(jié)果如表1 所示。

表1 不同工況下復(fù)合地基沉降變形計算結(jié)果

由計算結(jié)果可知：水泥土攪拌樁復(fù)合地基的沉降變形隨著樁體材料剛度的增大而減小，減小幅度達(dá)到了62.5%；隨著樁長的增加，水泥土攪拌樁復(fù)合地基的沉降不斷減?。堕L增加，樁側(cè)摩阻力增大，沉降控制效果提高），但其減小速率不斷降低，且當(dāng)樁長大于8m 時，復(fù)合地基的沉降基本不變；隨著樁間距的增加，水泥土攪拌樁復(fù)合地基的沉降不斷增加，增加速率同樣在降低，且當(dāng)樁間距超過1.5m 時，復(fù)合地基的沉降基本不變。

3.3 復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計

綜上可知，可以認(rèn)為水泥土攪拌樁復(fù)合地基的樁長大于8m、樁間距大于1.5m 時，再增大樁長或減小樁間距對復(fù)合地基沉降變形的改善效果不佳。故筆者認(rèn)為，水泥土攪拌樁復(fù)合地基的最佳樁長為8m，最佳樁間距為1.5m，這樣能夠達(dá)到技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)。

4 結(jié)語

本文以河北省某教學(xué)樓項目為工程依托，針對水泥土攪拌樁樁體參數(shù)（彈性模量、樁長、樁間距）對復(fù)合地基沉降變形的影響展開了深入探討，主要得到以下3 方面結(jié)論：

1）水泥土攪拌樁復(fù)合地基長度、寬度對其沉降變形影響程度不大，可采取單樁展開研究；

2）水泥土攪拌樁復(fù)合地基的沉降變形隨著樁體材料彈性模量和樁長的增大而減小，隨著樁間距的增加而增大；

3）水泥土攪拌樁復(fù)合地基的最佳樁長為8m，最佳樁間距為1.5m，這樣能夠達(dá)到技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)，研究成果可以為類似的軟土地區(qū)復(fù)合地基處理工程提供一定的理論指導(dǎo)。