石灰桩复合地基的沉降计算分析.doc

石灰桩用于深厚软土地基的沉降计算分析胡春善（武钢设计研究院，建筑分院，武汉430080） 提要：本文通过理论及算例分析了当石灰桩用于深厚软土地基处理时沉降的主要来源。指出当石灰桩用于深厚软土地基处理时，不仅要验算承载力的大小，沉降计算也是很重要的。 关键词：石灰桩，软土地基，沉降一、前言： 石灰桩处理软弱地基是一项源于我国的地基处理工艺，具有使软土迅速固化的特殊功能，它是我国悠久文化历史的表征之一。 石灰桩复合地基作用机理概括为：将不同比例的生石灰（块或粉）和掺合料（粉煤灰、炉渣、矿渣、钢渣、火山灰、土等常用掺合料以及少量附加剂，如石膏、水泥等）拌合后，用桩的形式灌入土中，通过桩体材料之间，以及这些材料与桩周土的一系列物理、化学反应，使桩具有一定强度，桩间土的力学性能得到改善，二者组成复合地基以承受荷载。四十年来，我国学者对石灰桩复合地基进行了广泛的研究和应用，并且针对研究和应用中的主要问题，开展了大规模的原位测试、室内试验及微观分析，进行了大量的工程实践和沉降观测。经过细致的分析研究，较全面地解决了作用机理、变形及应力测试、设计计算理论等关键问题，完善了一套适合我国国情的简便的施工工艺，使总体水平跨入国际先进行列，在石灰桩基础理论研究中处于国际先进地位，为石灰桩技术的进一步发展和应用创造了条件。由于受设备能力的限制，石灰桩主要适用于6m内的浅层加固。一般情况下，当软弱层厚度小于6m，且经石灰桩处理以后，复合地基的沉降量很小（约3-5cm）。因此，设计人员往往将注意力集中在对承载力的验算而忽视对沉降的计算。笔者认为，当软土层厚度较小（6m以内），且石灰桩长度贯穿了软土层时，沉降计算不是设计的关键。但是，当软土层厚度很厚（即本文提出的深厚软土层）而石灰桩又未穿透软土层时，沉降计算是必不可少的。本文通过理论分析及算例说明了这一点。二、沉降计算理论：石灰桩复合地基的变形由桩长范围内的变形和桩底以下下卧层变形两部分组成。这两部分的变形关系受桩、土模量、桩长、基础尺寸、荷载水平等因素的影响。石灰桩复合地基，桩土的模量比一般情况下小于（），具有共同工作的条件。根据测试结果的分析和计算理论的实用性可作以下假设：l 石灰桩复合地基桩土变形协调，桩与土之间无滑移现象，属可压缩性桩。基础下桩、土在相同荷载下变形相等。l 忽略桩顶初始结构强度的影响，并将桩、土、复合土层的模量一概视为压缩模量。根据以上假设，则有：式中，桩顶应力； 基础底面桩间土接触应力； 复合土层的复合压缩模量； 桩体压缩模量； 桩间土压缩模量； m桩的置换率； n桩土应力比。三、算例分析：某七层砖混结构住宅，采用片筏基础，基础尺寸为，基底压力为140Kpa，基底标高为-2.000m，地质情况见图1。采用石灰桩复合地基，桩长5m，仅对地表下5m内的黏土进行浅层处理。图1 地质剖面图 下面我们进行复合地基承载力的验算：基底附加压力为122KPa，压力扩散角，压力扩散后下卧层顶面面积。则下卧层顶面附加压力，下卧层顶面自重压力，软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力设计值，即，因此，软弱下卧层验算满足要求。根据计算，要使复合地基承载力标准值达到150KPa，当桩体的比例界限取300KPa，桩间土的承载力取108KPa时，置换率。所以，当石灰桩置换率达到时0.219，不但上层被加固的地基承载力满足要求，而且软弱下卧层的承载力也满足要求。接下来我们计算筏板基础中心点及角点的沉降，并对计算结果进行分析。采用分层总和法进行沉降计算，最终沉降量s(mm)的计算公式如下： 式中 s按分层总和法计算出的地基沉降量(mm)； 沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定； n 地基沉降计算深度范围内所划分的土层数； p0 对应于荷载标准值时的基础底面附加压力(KPa)； Esi 基础底面下第i层土的压缩模量(MPa)； zi、zi-1 基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)； 、基础底面的计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。表1 筏板基础中心点的沉降计算列表Zi(m)Zi(m)P0(kPa)Esi(Mpa)So(mm)0004.70.2500110.24.70.24980.24981256.54.80210.44.70.24850.24721256.54.75310.64.70.24550.23951256.54.61410.84.70.24100.22751256.54.38511.04.70.23530.21251253.28.30611.24.70.22880.19631253.27.67711.44.70.22200.18121253.27.08811.64.70.21500.16601253.06.92911.84.70.20810.15291253.06.371012.04.70.20140.14111253.05.881112.24.70.19500.13101253.05.461212.44.70.18880.12061253.05.031312.64.70.18300.11341254.53.151412.84.70.17740.10461254.52.911513.04.70.17220.09941254.52.761613.24.70.16720.09221254.52.56表2 筏板基础角点的沉降计算列表Zi(m)Zi(m)P0(kPa)Esi(Mpa)So(mm)000.04.70.2500110.14.70.24990.24991256.54.81210.24.70.24980.24971256.54.80310.34.70.24920.24801256.54.77410.44.70.24850.24641256.54.74510.54.70.24700.24101253.29.41610.64.70.24550.23801253.29.30710.74.70.24330.23011253.28.99810.84.70.24100.22491253.09.37910.94.70.23820.21581253.08.991011.04.70.23530.20921253.08.721111.14.70.23210.20011253.08.341211.24.70.22880.19251253.08.021311.34.70.22540.18461254.55.131411.44.70.22200.17781254.54.941511.54.70.21850.16951254.54.711611.64.70.21500.16251254.54.51石灰桩复合地基压缩模量：将m=0.219, n=3, Es=4.5MPa代入上式得Esp=6.5MPa沉降计算深度：经计算Zn取16m沉降计算结果见表1及表2。 根据表1及表2将中心点及角点的沉降计算结果统计如下：加固区沉降Sf下卧层沉降Sx总沉降SzSf / SzSf / Sz中心点7425633022%78%角 点199010917.4%82.6%平 均4717322021%79%四、结论：通过计算分析，得到以下有益结论：1. 如果采用石灰桩浅层加固深厚的软土基础，沉降计算应予重视，而且沉降主要来自于软弱下卧层，这部分沉降约占总沉降的80%，加固层沉降约为桩长的0.5-1%。2. 沉降计算的理论值往往大于实测值，笔者认为有以下几点原因：(a) 基础板对复合地基的沉降有一定的影响，可以明显减小加固区的沉降，并对下卧层的沉降也有一定的减小作用。而我们的计算结果是没有考虑基础板这一有利作用的。(b) 地基变形是与时间有关系的，例如厚的饱和黏土层，其固结变形需要几年甚至几十年的时间才能完成。最终沉降通常是由瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分组成，我们的计算结果为最终沉降，而实际测得的往往为瞬时沉降。3. 不能认为地基已经加固就忽视对基础的设计。基础要有较大的刚度及好的整体性，以保证其均匀下沉。如果采用条基，就更应该注意条基的纵横向拉接，否