基坑降水引起水泥土搅拌桩复合地基的沉降计算

李 巍

(安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000)

软土地区已有建筑物采用水泥土深层搅拌桩复合地基处理的情况很普遍，新建工程进行基坑降水造成周边地下水位下降，导致该类建筑物开裂甚至倒塌的事例很多。因此研究基坑降水对水泥土深层搅拌桩复合地基沉降计算具有现实意义。本文针对基坑降水引起的水泥土桩复合地基沉降，分别将水泥土搅拌桩复合地基加固区视为复合土层和实体桩基础，给出基坑降水引起的水泥土桩复合地基的最终沉降量计算式，讨论了各计算式的工程适用性。

1 基坑降水及复合地基沉降计算

实际工程中，基坑周边建筑物沉降一般由基坑开挖和基坑降水等因素引起的变形耦合在一起，本文仅讨论由基坑降水引起的周边建筑物沉降计算，且均基于基坑降水周边地下水位稳定后即稳定渗流问题的基础最终沉降量。

1.1 有效应力增量计算

(1)

1.2 有效应力增量引起的附加沉降计算

有效应力增量引起的附加沉降量可按分层总和法计算，最终沉降量s可按式(2)计算:

(2)

1.3 水泥土搅拌桩复合地基沉降计算

现行建筑地基处理技术规范给出的实用沉降计算方法，复合土层压缩模量可按式(3)计算:

Espi=ζEsi

(3)

2 基坑降水引起水泥土搅拌桩复合地基沉降计算问题

本文参照建筑物荷载引起的地基附加应力水泥土搅拌桩复合地基实用沉降计算方法，以下给出了常规地基模型、有效应力增量水位以下扩散模型和有效应力增量下卧层扩散模型三种实用计算方法。

2.1 常规地基模型

基坑降水引起水泥土搅拌桩复合地基最终沉降量为地下水位以上复合土层的压缩量，可按式(4)计算:

(4)

2.2 有效应力增量水位以下扩散模型

该模型把基坑降水引起水泥土搅拌桩复合地基沉降量分为地下水位以上的压缩量和地下水位以下的压缩量。地下水位以上，加固区压缩量由有效应力增量引起；地下水位以下，把地下水位处有效应力增量视作基底附加应力。地下水位以下加固区至下卧层附加应力扩散可按天然地基模型或实体桩基础模型进行计算。

1)天然地基扩散模型。

根据建筑地基处理规范，将地下水位以下的复合土层与下卧层均视作天然地基，地下水位以下土层中有效应力增量按照建筑地基基础设计规范中附加应力的形式进行扩散，基础形式和基础尺寸根据复合地基荷载作用面选用。

该模型基坑降水引起水泥土搅拌桩复合地基最终沉降量可按式(5)计算:

(5)

2)实体桩基础扩散模型。

将地下水位以下水泥土搅拌桩加固区视为实体桩基础，地下水位以下加固区有效应力增量可按压力扩散法或等效实体法计算。沉降量分为加固区地下水位以上压缩量由有效应力增量引起，加固区地下水位以下压缩量由地下水位处有效应力增量作为附加应力扩散引起，以及下卧层压缩量由地下水位处有效应力增量作为附加应力扩散引起。

该模型基坑降水引起水泥土搅拌桩复合地基最终沉降量可按式(6)计算:

(6)

(7)

等效实体法可按式(8)计算:

(8)

3 设计算例计算结果对比

地基埋深2.0 m，长b=4.0 m，宽l=4.0 m，地下水位埋深1.0 m，水泥土搅拌桩加固区深度h1=10 m，下卧层深度h2=10 m，加固区及下卧层未处理前Es=2.5 MPa，fak=60 kPa，水泥土搅拌桩置换率m=0.25，Ep=50 MPa，地基处理后fspk=155 kPa。

分别用4种方法计算沉降量与地下水位下降深度关系曲线如图1所示。

从图1可知，4种方法中，地下水位处有效应力增量天然地基扩散模型和实体桩基础模型压力扩散法计算结果较为接近。其他两种方法的计算结果与前两种方法均有较大差别，这是因为采用复合土层法对加固区和下卧层不加区分，且加固区复合土层的压缩模量计算结果偏小，不符合水泥土搅拌桩复合地基荷载传递机理。

事实上，加固体两侧面上的剪应力非常复杂，是随深度不断变化的，等效实体法认为侧摩阻力f值不变，且其合理选用对工程应用较为困难。

4 结语

1)基坑降水引起的地下水位以下的有效应力增量不能简单的认为等于降水漏斗水位下降深度处的有效应力增量，对于天然地基，地下水位以下的压缩量可以忽略，对于水泥土搅拌桩复合地基，由于桩体的存在使浅层地基土中附加应力减小，而使深层地基土中附加应力增大，地下水位以下的压缩量不能忽略，实用计算中可以把降水漏斗水位下降深度处的有效应力增量作为附加应力进行沉降计算。

2)基坑降水引起的水泥土搅拌桩复合地基沉降计算可根据需要按照本文给出的天然地基模型和实体桩基础模型应力扩散法这两种实用沉降计算方法进行计算，本文给出的实体桩基础等效实体法的实用沉降计算方法的适用性仍有待研究。

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