基坑降水引起水泥土攪拌樁復合地基的沉降計算

李 巍

(安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000)

軟土地區已有建筑物采用水泥土深層攪拌樁復合地基處理的情況很普遍，新建工程進行基坑降水造成周邊地下水位下降，導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水泥土深層攪拌樁復合地基沉降計算具有現實意義。本文針對基坑降水引起的水泥土樁復合地基沉降，分別將水泥土攪拌樁復合地基加固區視為復合土層和實體樁基礎，給出基坑降水引起的水泥土樁復合地基的最終沉降量計算式，討論了各計算式的工程適用性。

1 基坑降水及復合地基沉降計算

實際工程中，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算，且均基于基坑降水周邊地下水位穩定后即穩定滲流問題的基礎最終沉降量。

1.1 有效應力增量計算

(1)

1.2 有效應力增量引起的附加沉降計算

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

(2)

1.3 水泥土攪拌樁復合地基沉降計算

現行建筑地基處理技術規范給出的實用沉降計算方法，復合土層壓縮模量可按式(3)計算:

Espi=ζEsi

(3)

2 基坑降水引起水泥土攪拌樁復合地基沉降計算問題

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

2.1 常規地基模型

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

(4)

2.2 有效應力增量水位以下擴散模型

該模型把基坑降水引起水泥土攪拌樁復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，加固區壓縮量由有效應力增量引起；地下水位以下，把地下水位處有效應力增量視作基底附加應力。地下水位以下加固區至下臥層附加應力擴散可按天然地基模型或實體樁基礎模型進行計算。

1)天然地基擴散模型。

根據建筑地基處理規范，將地下水位以下的復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力增量按照建筑地基基礎設計規范中附加應力的形式進行擴散，基礎形式和基礎尺寸根據復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合地基最終沉降量可按式(5)計算:

(5)

2)實體樁基礎擴散模型。

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

該模型基坑降水引起水泥土攪拌樁復合地基最終沉降量可按式(6)計算:

(6)

(7)

等效實體法可按式(8)計算:

(8)

3 設計算例計算結果對比

地基埋深2.0 m，長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深度h1=10 m，下臥層深度h2=10 m，加固區及下臥層未處理前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種方法計算沉降量與地下水位下降深度關系曲線如圖1所示。

從圖1可知，4種方法中，地下水位處有效應力增量天然地基擴散模型和實體樁基礎模型壓力擴散法計算結果較為接近。其他兩種方法的計算結果與前兩種方法均有較大差別，這是因為采用復合土層法對加固區和下臥層不加區分，且加固區復合土層的壓縮模量計算結果偏小，不符合水泥土攪拌樁復合地基荷載傳遞機理。

事實上，加固體兩側面上的剪應力非常復雜，是隨深度不斷變化的，等效實體法認為側摩阻力f值不變，且其合理選用對工程應用較為困難。

4 結語

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

2)基坑降水引起的水泥土攪拌樁復合地基沉降計算可根據需要按照本文給出的天然地基模型和實體樁基礎模型應力擴散法這兩種實用沉降計算方法進行計算，本文給出的實體樁基礎等效實體法的實用沉降計算方法的適用性仍有待研究。

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