碎石樁復(fù)合地基沉箱施工預(yù)留沉降量計(jì)算應(yīng)用分析

碎石樁復(fù)合地基沉箱施工預(yù)留沉降量計(jì)算應(yīng)用分析

王健

秦皇島港股份有限公司 河北 秦皇島 066000

摘 要：為確定海上碎石樁復(fù)合地基在沉箱施工過程中預(yù)留沉降量，對(duì)碎石樁復(fù)合地基加固機(jī)理及沉降計(jì)算方法進(jìn)行了研究分析，并將最終沉降量的計(jì)算結(jié)果與原型觀測值進(jìn)行比較，較準(zhǔn)確的計(jì)算出沉箱預(yù)留沉降量。

關(guān)鍵詞：碎石樁復(fù)合地基；沉箱；預(yù)留沉降

1 碎石樁復(fù)合地基加固機(jī)理

振沖碎石樁法是指采用振沖器成孔后，填充碎石、卵石或礦渣等硬質(zhì)材料并振動(dòng)密實(shí)形成樁體的一種地基加固方法。其加固機(jī)理以置換作用為主，即利用機(jī)械設(shè)備將原軟弱土豎向置換成強(qiáng)度較高的硬質(zhì)材料。由于碎石樁體較樁周土強(qiáng)度高、模量大，在剛性基礎(chǔ)作用下，復(fù)合地基應(yīng)力按模量的大小進(jìn)行重新分配，在樁上形成應(yīng)力集中。作用二是擠密效應(yīng)，即樁周土在施工過程中由于施工機(jī)械的擠振產(chǎn)生位移，提高原軟弱土密度，減小空隙比從而提高原狀土的強(qiáng)度。作用三是排水減壓，由于碎石樁樁體的碎石之間存在大空隙，成為良好的排水通道，原地基土排水通道長度縮短、數(shù)量增加，從而加速了原軟弱地基土的固結(jié)，提高了復(fù)合地基承載力。作用四是墊層作用，由于碎石樁復(fù)合地基加固區(qū)的存在，建筑物的附加應(yīng)力得到擴(kuò)散，從而減少了下臥層的沉降。

2 碎石樁復(fù)合地基沉降計(jì)算分析

由于該重力式沉箱碼頭下地基壓縮層深厚，地基在附加應(yīng)力和自重應(yīng)力作用下被壓縮，由此產(chǎn)生了建筑物的沉降。目前，實(shí)際工程中碎石樁復(fù)合地基沉降計(jì)算主要分成復(fù)合地基加固區(qū)沉降S1和下臥層沉降S2兩部分計(jì)算，則復(fù)合地基沉降量

S=S1+S2

碎石樁復(fù)合地基加固區(qū)土層沉降計(jì)算方法較多，目前國內(nèi)外一般采用復(fù)合模量法、應(yīng)力修正法和樁身壓縮量法來計(jì)算。

2.1 復(fù)合模量法

復(fù)合模量法是將加固區(qū)增強(qiáng)體和基體兩部分視為均勻材料的整體，采用復(fù)合模量來評(píng)價(jià)復(fù)合土體的壓縮性，并采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)沉降。

Esp=[1+m（n-1）]Es

式中Esp——復(fù)合模量；Es——樁間土壓縮模量；m——面積置換率，m=d2/de2其中d為樁身平均直徑，de為一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑；n——樁土應(yīng)力比。

2.2 應(yīng)力修正法

由于碎石樁的存在，作用在樁間土上的荷載密度比作用在復(fù)合地基上的平均荷載密度小，采用應(yīng)力修正法計(jì)算沉降時(shí)，忽略碎石樁的存在而只考慮樁間土的荷載作用，樁間土荷載作用大小根據(jù)碎石樁和樁間土的壓縮模量大小進(jìn)行分配。然后按照樁間土分擔(dān)的荷載和壓縮模量，根據(jù)分層總和法計(jì)算加固區(qū)土層的沉降。

碎石樁復(fù)合地基樁間土分擔(dān)的荷載ps為

式中p——碎石樁復(fù)合地基平均荷載；μs——應(yīng)力修正系數(shù)。

2.3 樁身壓縮量法

樁身壓縮量法是通過計(jì)算樁體的壓縮變形量來計(jì)算加固區(qū)土層地基沉降，樁體壓縮變形量則是根據(jù)作用在碎石樁體上的荷載與樁身壓縮模量計(jì)算得來的。假設(shè)碎石樁底端刺入下臥層的變形量為Δ，則相應(yīng)加固區(qū)土層的沉降S1為

S1=Sp+Δ

式中Sp——樁身壓縮沉降量。

碎石樁復(fù)合地基碎石樁分擔(dān)的荷載pp為

式中μp——碎石樁應(yīng)力集中系數(shù)。

假設(shè)樁側(cè)摩阻力平均分布，樁底樁承載力密度為Pb0，則樁身壓縮沉降量為

3 工程實(shí)例分析

本工程擬在場區(qū)內(nèi)建設(shè)重力式沉箱碼頭，設(shè)計(jì)地基極限承載力特征值為120 kPa。根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料顯示該區(qū)域地形平緩，由岸邊向深水域微傾。場區(qū)內(nèi)土層結(jié)構(gòu)自上而下分為①1流泥、①2淤泥、②粉砂、③粉質(zhì)粘土、⑤1強(qiáng)風(fēng)化板巖、⑤2中風(fēng)化板巖，各地層物理力學(xué)性質(zhì)。

3.1 加固方案

由于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土以上地層地基容許承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)各方討論后，采用振沖碎石樁作為豎向增強(qiáng)體加固粉質(zhì)粘土以上土層。碎石樁設(shè)計(jì)樁徑為1.2m、采用正三角形布置，樁體中心距離為1.7m。碎石樁施工前清除表層淤泥并用碎石均勻拋灑壓面，碎石樁穿透淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，進(jìn)入持力層④層粉質(zhì)粘土1m。成樁后頂面設(shè)置不小于1.0m。的碎石墊層，然后分級(jí)拋填10～100kg塊石基床至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.2 原型試驗(yàn)

由于海上碎石樁法加固的海底軟弱地基水深較深，不適合進(jìn)行復(fù)合地基載荷板試驗(yàn)，經(jīng)各方討論論證后采用現(xiàn)有條件進(jìn)行原型試驗(yàn)，試驗(yàn)過程采用基床拋石、現(xiàn)有沉箱、沉箱內(nèi)拋石及沉箱安放壓載塊等方法模擬分級(jí)加載狀況。沉箱安裝完成后進(jìn)行沉降觀測，根據(jù)沉箱原型觀測沉降量確定沉箱的預(yù)留沉降。

3.3 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)，確定各計(jì)算主要參數(shù)為：p=120kPa，d=1.7m，H=12.0，n=3.5，B=10.0m，其它土層計(jì)算參數(shù)詳見表1。采用分層總和法計(jì)算沉箱最終沉降量，按不同計(jì)算方法計(jì)算的沉降量與原型觀測實(shí)測值進(jìn)行比較，最終沉降量見表2。

4 結(jié)論

本文探討了海上碎石樁復(fù)合地基的加固機(jī)理和復(fù)合地基沉降的計(jì)算方法，較準(zhǔn)確的計(jì)算出碎石樁復(fù)合地基的沉降量，為沉箱施工預(yù)留沉降起到了一定的指導(dǎo)作用。

由于外部荷載、碎石樁施工質(zhì)量、潮位等各種因素的影響，原型觀測和計(jì)算得出的最終沉降量很難準(zhǔn)確得出沉箱的最終沉降量，所以在沉箱預(yù)留沉降過程中應(yīng)遵循寧高勿低的原則，并加強(qiáng)觀測，隨時(shí)根據(jù)測量數(shù)據(jù)調(diào)整預(yù)留值。

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