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海相软土地区水泥土搅拌桩复合地基沉降特性及影响因素研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着我国经济的快速发展，沿海地区的工程建设如雨后春笋般蓬勃兴起。这些地区广泛分布着海相软土，其作为第四纪后期地表流水形成的沉积物质，多处于海滨、湖滨、河流沿岸等低洼地带，长期受地表水浸润，生长着喜水性植物，因而含有较多腐殖质和有机物。天津、连云港、宁波、广州等地的海相软土，由于形成条件、年代、成分、应力历史及环境等因素的差异，呈现出显著的区域性特征。

海相软土具有一系列不利于工程建设的特性。其天然含水量大，通常在37.1%-87.4%之间，这使得土体处于高含水状态，影响其物理力学性质；孔隙比大，一般在1.041-2.173，导致土体结构疏松；压缩系数高，高达0.4-2.88MPa-1，意味着土体在荷载作用下易产生较大压缩变形；强度低，难以承受较大的上部荷载；同时还具有蠕变性和触变性等特殊工程性质。这些特性给工程建设带来了诸多挑战，如地基沉降量大、稳定性差等问题，严重影响建筑物的正常使用和安全。

在海相软土地区的工程建设中，为了提高地基的承载能力和稳定性，常采用水泥土搅拌桩复合地基。水泥土搅拌桩源于美国，20世纪50年代引入日本，我国从1977年开始引进该技术。它是利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部将软土和固化剂强制搅和，使软土硬结形成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度。在沿海地区的建筑、道路、桥梁等工程中，水泥土搅拌桩复合地基得到了广泛应用，取得了良好的经济效益和社会效益。

然而，水泥土搅拌桩复合地基在海相软土地区的应用并非一帆风顺。由于海相软土的特殊性质，复合地基的沉降问题成为工程中的关键难题。沉降过大可能导致建筑物倾斜、开裂，影响其正常使用功能，甚至危及结构安全。相关研究表明，在某些海相软土地区的工程中，由于对复合地基沉降估计不足，导致建筑物出现了严重的沉降问题，不得不进行加固处理，增加了工程成本和时间。因此，深入研究海相软土地区水泥土搅拌桩复合地基的沉降特性具有重要的理论和实际意义。

从理论方面来看，目前关于水泥土搅拌桩复合地基沉降计算的方法众多，但由于海相软土的复杂性，这些方法在实际应用中存在一定的局限性。例如，实体深基础法将复合土层看成一假想实体，其计算式是在某些特定理想条件下导出的，如复合地基上的基础无限大且相对刚性、桩端落在坚硬土层上且无刺入变形、桩长无限等，然而实际工程中这些条件往往难以满足，导致计算结果与实际沉降存在较大偏差。复合模量法虽然考虑了搅拌桩的改良作用，但在加固区的附加应力仍取天然地基中的值，未考虑水泥土搅拌桩并非均质体这一事实，使得计算结果不够准确。三层模量法虽较为科学，但在实际应用中，临界桩长的确定较为困难，且受多种因素影响，也会导致计算结果的不确定性。因此，对海相软土地区水泥土搅拌桩复合地基沉降特性的研究，有助于完善现有的沉降计算理论和方法，为工程设计提供更可靠的理论依据。

从实际工程角度出发，准确掌握复合地基的沉降特性，能够为工程设计提供合理的参数，优化地基处理方案，减少不必要的工程投资。通过对沉降特性的研究，可以确定合适的桩长、桩径、桩间距以及水泥掺入量等参数，使复合地基在满足工程要求的前提下，达到最佳的经济和技术效果。同时，研究沉降特性还有助于制定有效的沉降控制措施，确保建筑物在使用过程中的安全和稳定。在工程施工过程中，根据沉降特性的研究结果，可以合理安排施工顺序，控制加载速率，采取相应的地基加固措施，如设置垫层、增加桩的数量等，以减小地基沉降，保证工程质量。

1.2国内外研究现状

在海相软土特性研究方面，国内外学者已取得了一定成果。国外学者较早关注海相软土的工程特性，如对其高含水量、高孔隙比、低强度等基本特性进行了研究。在海相软土的微观结构研究中，运用先进的微观测试技术，如扫描电子显微镜（SEM）、压汞仪（MIP）等，揭示了海相软土微观结构与工程特性之间的关系。研究发现，海相软土的微观结构由黏土颗粒、孔隙和胶结物组成，其颗粒排列方式和胶结程度对土体的强度和变形特性有重要影响。在海相软土的沉积化学特点研究中，分析了黏土矿物成分对土的液限、渗透性、压缩性、抗剪强度等物理指标和工程特性的影响。

国内学者对海相软土的研究也较为深入，尤其针对我国沿海地区海相软土的区域性特征进行了大量研究。对天津、连云港、宁波、广州等地的海相软土进行了系统分析，研究了其地质成因、物理力学特性、微观结构及结构性、蠕变性和触变性等工程特性。在天津海相软土的研究中，探讨了其形成过程中的海进海退对土层特性的影响；在宁波海相软土的研究中，分析了其微观结构中孔隙的分布特征对土体力学性质的影响。国内学者还对海相软土的结构性和流变性进