浅谈复合地基在江汉油田矿区软弱地基处理中的应用

　　一、概述

 

　　江汉平原是长江、汉江冲积-湖积平原，地势平坦，相对高差为2～9米。江汉油田矿区在大地构造上属于中国华南地台之江汉断陷的潜江凹陷，位于江汉平原的中部，该矿区属典型的湖相沉积淤泥或淤泥质土，它是在静止或流水环境中经生物化学作用形成的，天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1，地耐力在50-80kN/㎡之间，地基变形大，不均匀变形也大，流变性大，且变形稳定历时较长。江汉油田矿区软土具有天然含水量高、孔隙比大、强度低、透水性低、压缩性高、抗剪强度低等特点，并具有触变性，即当其结构未破坏时，具有一定结构强度，但一经扰动，土的结构强度便被坡坏。因此在工程的建设过程中，要充分考虑地基的变形和稳定问题。

 

　　二、复合地基的基本特点

 

　　所谓复合地基是指由基本体〔天然地基〕和增强体〔砂桩、碎石桩、旋喷桩、土中加筋、深层搅拌、石灰桩〕两部分共同组成的，荷载作用由基本体和增强体共同承担的一种基础形式，它的本质就是考虑桩﹑土的共同作用，这与单纯的桩基相比明显的较为经济合理，与单纯的天然地基相比承载力明显增加。

 

　　复合地基一般可认为由两种刚度（或模量）不同的材料（桩体和桩间土）所组成，因而复合地基是非均质和各向异性的。复合地基在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载，复合地基的理论基础是假定在相对刚性基础下，桩和桩间土共同分担上部荷载并协调变形（包括剪切变形）。

 

　　三、复合地基与天然地基、桩基的不同点

 

　　复合地基与天然地基同属地基范畴，两者有内在联系，却又有本质区别。复合地基的主要受力层在加固体内；复合地基与桩基都是采用以桩的形式处理地基，而复合地基中桩与基础都不是直接相连的，它们之间通过垫层（碎石或砂石垫层）来过渡，而桩基中桩体是与基础直接相连，两者形成一个整体，桩基的主要受力层是在桩尖以下一定范围内。由于复合地基理论的最基本假定为桩与桩周土的协调变形，为此，从理论上而言，复合地基中不存在类似桩基中的群桩效应。复合地基的本质就是考虑桩﹑土的共同作用，这无疑较之仅仅认为荷载由桩体来承担的桩基较为经济合理。

 

　　复合地基是由桩和桩间土所组成，其中桩的作用是主要的，因地基处理中桩的类型较多，其桩体的性能变化较大。

 

　　四、复合地基的作用机理

 

　　不论何种复合地基，都具有以下一种或多种作用：

 

　　1.桩体作用

 

　　由于复合地基中桩体的刚度较周围土体为大，在刚性基础下等量变形时，地基中应力按材料的模量进行分配。因此，桩体上产生应力集中现象，大部分荷载将由桩体承担，桩间土上应力相应减小，这样就使得复合地基承载力较原地基有所提高，沉降量有所减少，随着桩体刚度增加，其桩体作用发挥得更为明显。

 

　　2.垫层作用

 

　　桩与桩间土复合形成的复合地基，在加固深度范围内形成复合层，它可起到类似垫层的换土﹑均匀地基应力和增在力扩散角等作用，在桩体没有贯穿整个软弱土层的地基中，垫层的作用尤其明显。

 

　　3.挤密作用

 

　　对砂桩﹑砂石桩﹑土桩﹑灰土桩和石灰桩等，在施工过程中由于振动﹑沉管挤密或振冲挤密﹑排土等原因，可使桩间土起到一定的密实作用。

 

　　4.加速固结作用

 

　　除砂（砂石）桩﹑碎石桩等桩本身具有良好的透水特性外，水泥土类桩和混凝土类桩在某种程度上也可加速地基固结。

 

　　五、工程实例分析

 

　　目前我们已经在江汉油田矿区多个工程的建设中采用了复合地基处理技术，在投资、施工周期及安全性等各方面都取得了非常显著的的优势。

 

　　深层搅拌法加固王场5000m？罐基础

 

　　1.本工程实例中5000m？罐为浮顶罐，具体参数为：直径22700mm、高12600mm、罐底压力120kpa、罐总重11100KN。储罐基础设计控制点在于储罐的沉降差，浮顶罐的沉降差允许值，当储罐底面直径D<22m时为0.007D；当22m2.王场集油站5000m？罐基础工程地质概况

 

　　1.）工程地质概况

 

　　第1-1层：素填土，厚0.5-1.0米；第1-2层：杂填土，厚0.6-2.3米。

 

　　第2层：砂质粉土，松散、很湿，厚0.4-2.3米，fak=100Kpa，ES=5.5Mpa。

 

　　第3层：淤泥质土，流塑-软塑状态，fak=55Kpa，ES=2.3Mpa。

 

　　第4层：粉质粘土，软塑-可塑状态，层厚0.7-2.1米，

 

　　fak=85Kpa，ES=3.5Mpa。

 

　　第5层：淤泥质粉质粘土，很湿、软塑，层厚0.5-2.8米，

 

　　fak=70Kpa，ES=2.8Mpa。

 

　　第6-1层：粉土，松散、湿-很湿，层厚0.5-2.2米，局部缺失，

 

　　fak=55Kpa，ES=2.3Mpa。

 

　　第6-2层：粉砂，松散、饱和，层厚0.3-3.4米，局部缺失，

 

　　fak=105Kpa，ES=8.0Mpa。

 

　　第7层：淤泥质粉质粘土，很湿、软塑，厚0.3-2.4米，局部缺失，

 

　　fak=75Kpa，ES=3.0Mpa。

 

　　第8层：粘土，很湿、可塑-硬塑，层厚0.7-4.0米，

 

　　fak=155Kpa，ES=5.7Mpa。

 

　　第9层：粉质粘土，很湿、可塑，层厚0.4-2.8米，局部缺失，

 

　　第10层：细砂。稍密、饱和，未钻孔，

 

　　fak=150Kpa，ES=13Mpa。

 

　　2.）复合地基计算

 

　　桩管径Φ500，桩长9.5米，桩距初选1050毫米，正方形布桩。

 

　　置换率：m=d2/de2=0.5x0.5/（1.13x1.05）2=0.25/1.277=0.178

 

　　根据地质报告，第2层土平均厚1.2米；第3层土平均厚2.75米；第4层土平均厚1.4米；第5层土平均厚1.65米；第6-1层土平均厚1.35米；桩入土深0.3米。

 

　　单桩竖向承载力特征值Ra=up∑qsiali+αApqp=3.14x0.5x（14x1.2+2.75x16+1.4x18+1.65x20+0.3x22）+0.4x135x3.14x0.25x0.25=136.4+10.6=147KN

 

　　[Ra]=пfcuAP=0.35x2.27x3.14x0.25x0.25=156KN

 

　　满足规范要求。

 

　　复合地基承载力

 

　　fspk=mRa/Ap+β（1-m）fsk=0.178x147/0.196+0.2x（1-0.178）x65

 

　　=133.1+10.7=143.8KN

 

　　取复合地基承载力140Mpa进行基础沉降计算。

 

　　复合地基沉降计算：ESP=mEP+（1-m）ES

 

　　E2=0.178x2.20+（1-0.178）x5.5=4.9MpaH=2.7米；

 

　　E3=0.178x2.20+（1-0.178）x2.3=2.28MpaH=5.45米；

 

　　E4=0.178x2.20+（1-0.178）x3.5=3.3MpaH=6.85米；

 

　　E5=0.178x2.20+（1-0.178）x2.8=2.7MpaH=8.5米；

 

　　E6-1=5.5MpaH=9.85米；E6-2=8.0MpaH=11.7米；

 

　　E7=3.0MpaH=13.05米；E8=5.7MpaH=14.75米；

 

　　用分层总和法计算

 

　　S=4x1.3X140X[2.7X0.054/4.9+（5.5x0.016-2.7x0.05）/2.28+（6.85x0.01-5.45x0.016）/3.3+（8.5x0.0065-6.85x0.01）/2.7+（9.85x0.005-8.5x0.0065）/5.5+（11.7x0.003-9.85x0.005）/8.0+（13.05x0.0025-11.7x0.003）/3.0+（14.75x0.002-13.05x0.0025）/5.7]=49.9毫米

 

　　单桩竖向承载力和最大沉降与试桩报告一致，满足罐体沉降要求。

 

　　主要参考文献：

 

　　[1]叶书麟、韩杰、叶观宝编著《地基处理与托换技术》第二版，中国建筑出版社.1994.12

 

　　[2]郑俊杰《基础工程与地基处理》华中理科大学土木系，1998

 

　　[3]贾庆山《储罐基础工程手册》中国石化出版社，2002