杭州市城乡建设设计院股份有限公司 310004
提要：浙江地区软土地质较多，同时软土地基基础容易发生沉降和承载力不足的特性，本文以杭州市西部应急气源站工程软土地基处理计算分析，计算并分析水泥搅拌桩复合地基处理后与基地处理前地基沉降量，消除地基沉降对本工程造成的安全隐患，确保工程的顺利实施。
关键词：软土地基；沉降量；水泥搅拌桩
一、工程主要计算分析内容对该工程生产区地坪及办公区域内的地坪、道路及回车场地采用ø500水泥土搅拌桩复合地基处理。
二、工程计算的主要内容内容：
1、地基承载力计算2、工艺装置区沉降计算3、道路及回车场地沉降计算
4、本场地整体回填2.8米的回填土
三、工艺装置区沉降控制：
允许最终沉降量90mm,允许的最大沉降差40mm.
四、场地情况及地质情况：
1、土层情况：依据工程勘察报告：
（1）1层 素填土：黄灰~褐灰色。（2）2层 粉质粘土：灰黄~黄灰色，含少量铁锰质氧化斑，干强度和韧性中等。Es=3.4，fak=80 kPa，侧阻=7 kPa。（3）3层 淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，局部为软塑状粉质粘土。Es=2.3，fak= 50kPa，侧阻=6kPa。（4）4-1层 粉质粘土：兰灰~灰黄绿色，见少量褐黄色铁锰质氧化斑。Es=6，fak= 140kPa，侧阻=24kPa。（5）4-2层 粉质粘土夹粉土：灰黄~锈黄色，薄层状，见少量褐黄色铁锰质氧化斑。Es=6.5，fak= 150kPa，侧阻=25kPa。（6）4-3层 粉质粘土：灰黄~黄灰色，可塑，稍见铁锰质斑。Es=5.5，fak= 110kPa，侧阻=14kPa。（7）5层 粘土：灰色，软塑，厚层状，含少量有机质斑点。Es=3.5，fak= 70kPa，侧阻=10kPa。（8）6层 中细砂：灰~绿灰色，中密，饱和，局部为细砂。Es=12.5，fak= 260kPa，侧阻=33kPa。（9）7层 圆砾：灰~绿灰色，中~密实，饱和。Es=22.5，fak= 450kPa，侧阻=65kPa。
五、天然地基地基承载力计算：
回填土厚度2.3m～2.5m，产生的附加应力p＝45kPa.
持力层：2层 粉质粘土地基承载力fak=80 kPa，满足设计要求。
下卧层：3层 淤泥质粉质粘土fak=50 kPa，考虑后回填土修正后的地基承载力fak=65kPa.满足设计要求。
六、复合地基承载力计算：
1、工艺装置区：搅拌桩桩顶2.2，桩径500mm，桩长约8m（桩长按进入 4 -2层粉质粘土夹粘土1.0m控制），桩距1.2m*1.2m，网格状布置。
复合地基承载力计算:
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两者取小值Rk=117 kPa。
复合地基承载力特征值按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）中的（9.2.5）式计算：
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2、道路及回车场地：搅拌桩桩顶2.2，桩径500mm，桩长约8m（桩长按进入 4 -2层粉质粘土夹粘土1.0m控制。），桩距1.4m*1.4m，网格状布置。
复合地基承载力计算:
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两者取小值Rk=117 kPa。
复合地基承载力特征值按《建筑地基处理技术规范》中计算：
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七、工艺装置区沉降计算：（采用Morgain计算软件）
新回填土（h=2.5m）采用塘渣分层夯实回填，压密系数≥0.95，2.5米高的土自身产生的沉降可忽略不计。
1、B-B剖面中的Z3孔处理前的沉降计算结果：
《建筑地基基础设计规范》
1.2钻孔参数
Esi ------ 基础底面下第 i 层土的压缩模量（MPa）
1.2.1勘探孔编号： ZK－1， 孔口标高 Hd ＝ 0.00m， 勘探孔的坐标： 0.00, 0.00
土层名称 层底深度 土层层厚 Esi
2层粉质粘土 1.20 1.20 4.800
3层淤泥质粉质粘土 6.20 5.00 2.000
4-1层粉质粘土 7.30 1.10 6.500
4-2层粉质粘土 12.90 5.60 6.500
4-3粉质粘土 15.70 2.80 6.500
5层粘土 24.10 8.40 6.850
6层中细砂 29.10 5.00 12.500
1.3计算结果中的主要符号
ψs --------- 沉降计算经验系数 ψs；
Zn --------- 基础变形计算深度 Zn （M）；
X', Y' ------ 基础中心的坐标 X', Y' （M）；
X, Y -------- 基础中心在钻孔坐标系中的坐标 X, Y （M）；
F' --------- 对应于荷载效应准永久组合时基础底面处的附加竖向力 F'（kN）；
l, b ------- 基础底面长度 l、基础底面宽度 b （M）；
Ai --------- 第 i 层土附加应力系数沿土层厚度的积分值 Ai （M），
Ai ＝ Zi·αi － Zi-1·αi-1 ；
△Si' ------ 在计算深度范围内，第 i 层土的计算变形值 △'Si （mm），
△Si' ＝ 4p0·(Zi·αi － Zi-1·αi-1) / Esi
1.4地基变形计算
1.4.1基础编号： J-1
1.4.1.1基础参数
地基承载力特征值 fak ＝ 80.0kPa
基础底面处的附加压力 p0 ＝ F' / A ＝ 1000000/20000 ＝ 50.0kPa ＝ 0.63fak
l/b ＝ 2.00， △Z ＝ 0.3 * (1 + ln b) ＝ 1.68m，取 △Z ＝ 1.0m
1.4.1.2按分层总和法计算出的地基变形量
Z Zi/b αi αi*Zi Ai Esi △Si' S'
0.00 0.00 0.2500 0.000 0.000 0.000 0.0 0.0
1.20 0.02 0.2500 0.300 0.300 4.800 12.5 12.5
6.20 0.12 0.2499 1.549 1.249 2.000 124.9 137.4
7.30 0.15 0.2499 1.824 0.275 6.500 8.5 145.9
12.90 0.26 0.2494 3.217 1.393 6.500 42.9 188.7
15.70 0.31 0.2490 3.909 0.692 6.500 21.3 210.0
24.10 0.48 0.2471 5.955 2.045 6.850 59.7 269.8
25.10 0.50 0.2468 6.194 0.239 12.500 3.8 273.6
1.4.1.3验算地基变形计算深度 Zn 是否符合下式要求：
△Sn' ≤ 0.025∑△Si'
△Sn' / ∑△Si' ＝ 3.8/273.6 ＝ 0.014 ≤ 0.025，满足要求。
1.4.1.4 沉降计算经验计算系数 ψs
Es' ＝ ∑Ai / ∑(Ai / Esi) ＝ 6.194/1.368 ＝ 4.528MPa
ψs ＝ 0.947
1.4.1.5 地基最终变形量 S
S ＝ ψs·S' ＝ ψs·∑ p0·(Zi·αi - Zi-1·αi-1) / Esi
S ＝ 0.947*273.6 ＝ 259mm
按照《建筑地基基础设计规范》考虑施工阶段完成的沉降，在使用阶段的最终沉降量为：210mm
2、B-B剖面中的Z3孔处理后的沉降计算结果：
搅拌桩复合土层的压缩模量Esp=mEp+(1-m)Es=26
1.2.1 勘探孔编号： ZK－1
土层名称 层底深度 土层层厚 Esi
2层粉质粘土 1.20 1.20 26.000
3层淤泥质粉质粘土 6.20 5.00 26.000
4-1层粉质粘土 7.30 1.10 6.500
4-2层粉质粘土 12.90 5.60 6.500
4-3粉质粘土 15.70 2.80 6.500
5层粘土 24.10 8.40 6.850
6层中细砂 29.10 5.00 12.500
1.3计算结果中的主要符号
1.4地基变形计算
1.4.1基础编号： J-1
1.4.1.1基础参数
地基承载力特征值 fak ＝ 80.0kPa
基础底面处的附加压力 p0 ＝ F' / A ＝ 1000000/20000 ＝ 50.0kPa ＝ 0.63fak
l/b ＝ 2.00， △Z ＝ 0.3 * (1 + ln b) ＝ 1.68m，取 △Z ＝ 1.0m
1.4.1.2 按分层总和法计算出的地基变形量
Z Zi/b αi αi*Zi Ai Esi △Si' S'
0.00 0.00 0.2500 0.000 0.000 0.000 0.0 0.0
1.20 0.02 0.2500 0.300 0.300 26.000 2.3 2.3
6.20 0.12 0.2499 1.549 1.249 26.000 9.6 11.9
7.30 0.15 0.2499 1.824 0.275 6.500 8.5 20.4
12.90 0.26 0.2494 3.217 1.393 6.500 42.9 63.2
15.70 0.31 0.2490 3.909 0.692 6.500 21.3 84.5
24.10 0.48 0.2471 5.955 2.045 6.850 59.7 144.3
26.10 0.52 0.2464 6.432 0.477 12.500 7.6 151.9
27.10 0.54 0.2461 6.670 0.238 12.500 3.8 155.7
1.4.1.3 验算地基变形计算深度 Zn 是否符合下式要求：
△Sn' ≤ 0.025∑△Si'
△Sn' / ∑△Si' ＝ 3.8/155.7 ＝ 0.024 ≤ 0.025，满足要求。
1.4.1.4 沉降计算经验计算系数 ψs
Es' ＝ ∑Ai / ∑(Ai / Esi) ＝ 6.67/0.779 ＝ 8.568MPa
查基础规范表 5.3.5，得：ψs ＝ 0.641
1.4.1.5 地基最终变形量 S
S ＝ ψs·S' ＝ ψs·∑ p0·(Zi·αi - Zi-1·αi-1) / Esi
S ＝ 0.641*155.7 ＝ 100mm
按照《建筑地基基础设计规范》考虑施工阶段完成的沉降，在使用阶段的最终沉降量为：80mm
八、道路及回车场沉降计算：（采用Morgain计算软件）
同理，按照《建筑地基基础设计规范》考虑施工阶段完成的沉降，在使用阶段的最终沉降量为：200mm
复合地基处理后的沉降计算结果：
搅拌桩复合土层的压缩模量Esp=mEp+(1-m)Es=20
按照《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）考虑施工阶段完成的沉降，在使用阶段的最终沉降量为：75mm
九、计算结果汇总：
1、工艺装置区：(未采用搅拌桩复合地基处理) 的沉降：
3层土及以上总沉降（使用阶段）：137.4*0.947*0.85=110mm
3层土以下总沉降（使用阶段）：127.1*0.947*0.85=102mm
2、工艺装置区：(采用搅拌桩复合地基处理) 的沉降：
3层土及以上总沉降（使用阶段）：11.9*0.641*0.8=6mm
3层土以下总沉降（使用阶段）：143*0.641*0.8=73mm
3、道路及回车场(未采用搅拌桩复合地基处理) 的沉降：
3层土及以上总沉降（使用阶段）：133.7*0.939*0.85=106mm
3层土及下总沉降（使用阶段）：116.6*0.939*0.85=93mm
4、道路及回车场(采用搅拌桩复合地基处理) 的沉降：
3层土及以上总沉降（使用阶段）：14.5*0.632*0.8=7.3mm
3层土及下总沉降（使用阶段）：129.5*0.632*0.8=65mm
十、计算结果分析：
1、工艺装置区采用搅拌桩复合地基处理可有效解决3层淤泥质粉质粘土及以上的沉降量，保证工艺管道等设施的安全。
2、道路及回车场：本工程工期较短，路面采用素砼硬化地面，如不采用搅拌桩复合地基处理总沉降量较大，在使用阶段地面会开裂及沉降等现象，故也建议设置水泥搅拌桩复合地基。
十一、工程验收
本复合地基基础工程于2013年02月份开工，至2013年05月竣工，施工期间聘请第三方单位进行沉降观测，最终沉降量48mm,目前使用的道路及工艺装置区沉降符合设计要求。
十二、结语
以杭州市西部应急气源站工程为实例，通过水泥搅拌桩复合地基的计算分析比较并分析采用搅拌桩复合地基处理后基地与处理前地基沉降量，应用到具体实际工程中，以此来解决地基沉降对工程造成的危害，以促成工程的顺利实施。
参考文献
[1]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011、DB33T1136-2017）
[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）2015年修订版
[3]《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）