基于碎石桩复合地基的钢储罐地基加固分析

摘 要：针对软弱地基的承载力低，沉降大的特点，本文在碎石桩地基加固技术的基础上，结合钢储罐地基加固对碎石桩的加固效果进行了分析，并对软弱地基的加固方法进行了优化，对工程实际具有重要的参考意义。

关键词：碎石桩；复合地基；钢储罐；地基加固；分析

中图分类号：TV1 文献标识码：A

大型石油钢储罐具有占地面积大，上部结构刚度相对偏小，单位面积荷载大，对沉降敏感等特点。对于建在软弱土层地基上的大型油罐，地基加固处理就显得尤为重要。地基处理方案和方法多种多样，因此，选择最佳施工加固方案是储罐基础工程设计的重要内容[1]。

1 碎石桩

碎石桩复合地基在刚性基础和周围的土壤下承受荷载的作用。由于砾石桩土模量是不同的，承受一定的负荷压缩模量的基础上，对粒径分布范围内的变形影响不同。因此，承载力之间的桩土要考虑土壤抗剪强度。碎石桩本身是一种柔性桩身。在复合地基、桩与土之间承载能力下，又受到桩的侧压力的影响，它的作用受到碎石桩应力的大小及周围土壤的影响和制约，造成他们限制对方，形成一个相互制约的整体[2]。对于复合地基，由于应力集中效应，碎石桩和桩身应力扩散的作用，使桩土之间在竖向荷载作用下的还要承受水平荷载。,在这种情况下可以用短桩基础，例如：夯实水泥土桩，消除局部弱土壤引起不均匀沉降，短桩、旋喷桩和其它形式的长桩形成了多桩型复合地基，也可以称为长短桩复合地基加固的组合，如图1所示。

2 碎石桩加固效果

2.1 承载力可调性和排水性

对干振碎石桩加固软土地基，土壤受水平振动动力作用，在砾石致密振动过程中，产生水平位移，使其增加土壤密度、孔隙比减小，承载力增加。另一方面，碎石桩自身就是良好的排水通道，可以使振动和挤压产生的超孔隙水压力消散，降低孔隙水压力上升的幅度，加快了土体固结沉降的速率，使桩-土之间的强度增加，极大的减少了超静孔隙水压力的影响程度，同时使桩本身的强度提高，减少地基变形。

2.2 褥垫层加固

对于复合地基而言，在荷载作用下，增强体（碎石桩体）和地基同承担上部结构传来的荷载，如何设置增强体以保证增强体与天然地基土体能够共同承担上部结构荷载？理论研究和试验研究表明，在上部结构基础和复合地基加固区之间设置柔性褥垫层不仅可以保证各类增强体与地基土体形成复合地基共同承担上部荷载，而且可以有效改善复合地基中浅层的受力状态，如减少桩土荷载分担比、提高桩间土的抗剪强度，提高增强体承受竖向荷载的能力等。褥垫层技术是复合地基的核心技术，在上部荷载作用下，碎石桩体与桩间土体通过褥垫层的变形协调来共同承担上部荷载，褥垫层的厚度决定了桩、土荷载分担比，当褥垫层的厚度取零时（类似于桩基的状态），由于桩体模量与土体模量相差较大，桩承担了大部分荷载，桩间土承载能力不能充分发挥。当褥垫层厚度很大（类似于天然地基状态），桩承担的荷载太少，复合地基中桩的设置已失去意义。只有当褥垫层的厚度10～30cm时，桩土才能共同作用，复合地基中桩和土的承载潜能达到充分发挥，复合地基沉降变形也得到较好控制。

2.3 充水预压作用

采用碎石桩加固油罐地基土，形成碎石桩复合地基，可以提高地基土的承载力，但是相对于其它类型的复合地基，碎石桩复合地基还是容易产生不均匀沉降，影响储罐的使用，不能满足储罐基础的沉降要求。因此，在储罐使用前必须进行充水预压，,通过加载预压，让碎石桩复合地基完全排水固结，强度指标有了提高，碎石桩和桩间土的约束能力提高，从而使碎石桩复合地基承载力显著增加。满足上部荷载和储罐基础地基沉降的要求，由于加载预压使碎石桩变得更加密实，从而确保安全使用过程中的储罐结构安全。

3 优化设计方法

3.1 长短桩复合地基

在荷载作用下，地基的附加应力随深度增加而减少，为了更有效地利用碎石桩复合地基承载潜力，可以取不同长度的桩身以适应附加应力的特点。长短桩复合地基是一种很有发展潜力的复合地基，特别适合压缩模量比较小，厚度比较大的土的软土地基。沿深度变化强度和模量的长短桩复合地基不仅可以使承载力提高，复合模量增大，满足加固要求，而且可以有效减少沉降，降低成本费用。

3.2 组合型复合地基

地基处理主要目的是为了提高软土地基的强度，降低地基土压缩性，减少沉降和差异沉降。所以可以采用组合型复合地基，充分发挥长短两层桩的优点，利用短桩复合地基提高地基承载力，通过长桩减少地基变形，在满足设计要求的前提下有效减少地基处理的工作量，最大限度地发挥地基土的本身潜力。可以使用两种或两种以上的处理方法,，形成组合型复合地基。通过多种地基处理方案的有效组合，充分发挥各种地基处理方案的加固优势，使处理后复合地基能有效地提高承载力、控制沉降，全面改善地基土物理特性。若采用单一地基处理方案，尽管处理后复合地基承载力和变形计算是能够满足设计要求，但地基处理工作量比较大，投资也会随之增加。

3.3 优化设计思路

在复合地基的优化之前，首先要确定采用地基处理方案的目的。地基处理的主要目的是为了解决地基承载力不足，或解决地基土沉降过大，或者两者兼而有之。基于这个设计理念，碎石桩复合地基的优化设计是显得更为重要，所以在设计中应对复合地基的加固范围、桩位布置、桩长、桩径、材料和褥垫层的厚度等参数进行合理的匹配和优化，有效提高复合地基的承载力和刚度，进一步的减少地基沉降。结合以往设计经验，碎石桩复合地基设计应着重注意一下几方面：（１）碎石桩复合地基的加固范围应大于基底范围，处理宽度宜在基础外缘扩大1～3排桩。（２）桩位的布置应根据基础形状及荷载情况确定，一般采用正方形或等边三角形布置，由于碎石桩复合地基是碎石桩的挤密提高桩间土的密度，所以采用等边三角形布桩更为有利，能使地基土挤密更为均匀。（３）碎石桩的桩长应根据工程要求和工程地质条件计算确定，碎石桩的单桩载荷试验表明，在桩顶4倍桩径范围内将发生侧向膨胀，因此桩长一般不宜小于4米。（４）碎石桩直径的大小取决于施工设备和地基土的条件，小直径桩管挤密质量焦均匀但施工效率低，大直径桩管需要较大的机械能力，工效高，但是一根桩要承担的挤密面积比较大，桩孔中要填入的填料比较多，不易使桩周土挤密均匀，对于饱和软粘土，成桩直径一般为0.7～0.9米，对粉土或砂土，成桩直径一般为0.6～0.8米。

结论

我国的地域广阔,，地质条件的区域性很强，差异很大。随着我国国民经济的持续发展，不仅事先要选择在地质条件良好的场地上从事工程建设，有时也不得不在地质条件不良的地基上进行建设，另外，随着科学技术的日新月异，高层建筑层数越来越高，构筑物的荷载越来越大，对地基承载力和变形的要求越来越高。软土地基的处理技术及其设计理论研究，已成为土木工程建设的一个重要问题关注的焦点。我们国家的土地资源和建设资金十分有限，复合地基处理技术可以充分利用土体的工程特性，对不良的地基土进行加固，保证地基的稳定，降低地基的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降，防止地震时液化等，有效降低工程造价，因此地基处理技术日益受到工程建设部门和工程设计人员的重视。

参考文献

[1]龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社，2003.

[2]赵明华.散体材料复合地基承载力分析方法研究[J].沈阳建筑大学学报，2006，22(2): 212-216.

[3]王家远.碎石桩复合地基承载力和沉降若干问题[J].土工基础，1996，10(1)：1-7.

[4]刘杰，张可能.碎石桩复合地基应力应变分析[J].中南工业大学学报，2002，33(5)：457-461.