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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优化策略研究

一、绪论

1.1研究背景与意义

随着经济的飞速发展和城市化进程的加速，基础设施建设在海相软土地区大规模展开。海相软土作为一种特殊的地基土，广泛分布于我国东部沿海地区，如连云港、宁波、天津等地。这类软土具有高含水量、高孔隙比、高灵敏度、低渗透性以及有机质含量高等显著特点，其工程性质较差，强度低、压缩性高，在承受上部荷载时，极易产生较大的沉降和变形，严重威胁建筑物的稳定性和正常使用。

为了有效解决海相软土地基承载力低、沉降量大等问题，水泥土搅拌桩复合地基技术应运而生，并在实际工程中得到了广泛应用。水泥土搅拌桩是通过特制的深层搅拌机械，将水泥等固化剂与地基深部的软土强制搅拌，使软土硬结，从而提高地基强度。这种复合地基形式充分发挥了桩体和桩间土的承载能力，具有施工简便、污染小、经济性能良好等优势，能够较好地适应海相软土地区的工程建设需求，在高速公路、港口码头、工业与民用建筑等领域发挥着重要作用。例如，在江苏省东部沿海地区的高速公路建设中，水泥土搅拌桩复合地基结合预压处理，有效控制了沉降速率，保证了工程质量和工期要求。

然而，尽管水泥土搅拌桩复合地基在工程中应用广泛，但在海相软土这种特殊地质条件下，其沉降特性仍存在诸多尚未完全明确的问题。目前的沉降计算方法在实际应用中往往存在一定的局限性，导致计算结果与实际沉降存在较大偏差。例如，实体深基础法在计算时，将复合土层看成一假想实体，其加固区整体复合模量计算式是在某些特定理想条件下导出的，与实际情况存在差异，且未考虑桩和桩间土的相互作用，使得计算得到的沉降量远大于实际沉降量；复合模量法虽然考虑到搅拌桩的改良作用，但在计算加固区附加应力时，仍采用天然地基中的值，未考虑水泥土搅拌桩复合地基的非均质特性，同时也没有考虑临界桩长的问题，导致计算结果与实际沉降有差别。这些问题不仅影响了工程设计的准确性和可靠性，还可能引发工程事故，造成巨大的经济损失和安全隐患。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，具有极其重要的工程实践意义和理论价值。

从工程实践角度来看，准确掌握海相软土地区水泥土搅拌桩复合地基的沉降特性，能够为工程设计提供更为科学、合理的依据。通过对沉降特性的研究，可以优化水泥土搅拌桩的设计参数，如桩长、桩径、桩间距、置换率等，从而有效控制地基的沉降量，提高建筑物的稳定性和安全性，确保工程的质量和使用寿命。同时，也有助于制定更加合理的施工工艺和质量控制标准，减少施工过程中的不确定性因素，提高施工效率，降低工程成本。例如，在连盐高速公路连云港段的软基处理中，通过对粉喷桩和浆喷桩的对比试验分析，根据海相软土的特性，合理选用粉喷桩处理软土地基，提高了复合地基的承载力，有效控制了沉降。

从理论发展角度而言，海相软土地区水泥土搅拌桩复合地基沉降特性的研究，能够进一步完善复合地基理论体系。海相软土的特殊性质使得其与水泥土搅拌桩之间的相互作用机制更为复杂，深入研究这一过程，有助于揭示复合地基的工作机理，丰富和发展复合地基的沉降计算理论和方法，填补相关领域在海相软土地区的研究空白，为今后类似工程的设计和施工提供坚实的理论基础，推动地基处理技术的不断进步和创新。

1.2国内外研究现状

水泥土搅拌桩复合地基技术的应用历史颇为悠久，国外对其研究起步较早。20世纪30年代，美国率先研发出水泥浆搅拌法（即MIP法），该方法通过从不断回转的中空轴端部向周围搅松的土中喷出水泥浆，经翼片搅拌形成水泥土桩，桩径通常在0.3-0.5m，长度可达10-15m。随后，日本于20世纪60年代从美国引进这一施工方法，并在此基础上大力开展研究与创新，相继开发出多种深层搅拌机械和施工工法，如深层水泥固结法、深层就地水泥搅拌法等。到20世纪80年代末，日本采用深层搅拌法加固海底软土的工程量已达数百万立方米，该方法在日本软土地基加固领域得到极为广泛的应用。

在沉降特性研究方面，国外学者取得了一系列成果。H.B.Seed等学者通过大量现场试验和理论分析，研究了复合地基中桩土应力比的变化规律，发现桩土应力比与桩体刚度、桩间土性质、荷载水平等因素密切相关，在荷载作用初期，桩土应力比迅速增大，随着荷载持续增加，其增长速度逐渐变缓。M.A.Basu对水泥土搅拌桩复合地基的沉降计算方法进行了深入研究，提出基于弹性理论的沉降计算模型，该模型考虑了桩体和桩间土的变形协调关系，通过建立桩土相互作用的力学方程来求解沉降量，但该模型在计算过程中对参数的选取要求较高，且部分参数难以准确测定。

我国对水泥土搅拌桩复合地基的研究始于20世纪70年代末，铁道部第四勘测设计院率先开展相关工作。1983年，该院用DPP-100