管樁復(fù)合地基在淮安市古黃河水利樞紐工程中的應(yīng)用

【摘 要】 管樁復(fù)合地基可充分利用地基土體的天然承載作用，樁土共同受力，提高地基承載力和減少沉降，本文以淮安市古黃河水利樞紐工程為例闡述管樁復(fù)合地基的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 管樁復(fù)合地基 水利工程 應(yīng)用

1 工程概況

淮安古黃河水位控制工程位于淮安市境內(nèi)的楚州區(qū)與漣水縣交界的廢黃河上，工程建設(shè)內(nèi)容包括控制廢黃河水位的節(jié)制閘工程、水電站工程和施工需要臨時(shí)開挖的導(dǎo)流河工程3項(xiàng)，其建設(shè)規(guī)模為：①節(jié)制閘工程：設(shè)計(jì)流量500m3/s，設(shè)計(jì)總凈寬40m，分5孔建設(shè)，單孔凈寬8.0m；②水電站工程：設(shè)計(jì)流量60 m3/s，設(shè)計(jì)水頭2.3m，安裝6臺(tái)套豎井貫流式水輪機(jī)，單機(jī)容量160kW；③施工導(dǎo)流河工程：設(shè)計(jì)導(dǎo)流量220 m3/s，相應(yīng)防洪水位為9.34m，設(shè)計(jì)斷面為：底寬45m，底高程4.0m，河坡1：4.0，青坎高程9.0m，堤坡1：2.5坡至現(xiàn)狀地面。

工程建成后，將有效改善淮安境內(nèi)廢黃河地區(qū)的水環(huán)境，緩解近年來廢黃河來水減少，水位降低，水環(huán)境惡化現(xiàn)象；同時(shí)可利用節(jié)制閘形成的閘上、下游水位差，建水電站發(fā)電，帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2 工程地質(zhì)情況

工程場地的地貌分區(qū)屬徐淮黃泛平原區(qū)，地貌類型為堤內(nèi)灘地。鉆探深度范圍內(nèi)的土層可分為7個(gè)工程地質(zhì)層，詳見以下描述：

1層：素填土。以暗黃色砂性土為主，為人工填筑而成。層底標(biāo)高7.00～4.70m，層厚6.40～0.50m。

2層：以粉質(zhì)砂壤土為主，細(xì)分為兩個(gè)亞層。

2-1層：輕粉質(zhì)砂壤土?；疑缮ⅰ悦軤?。層底標(biāo)高2.09～-0.30m，層厚5.30～4.10m。

2-2層：粉質(zhì)砂壤土或粉砂。黃灰色，稍密～中密狀。層底標(biāo)高-5.48～-6.90m，層厚6.60～6.50m。

3層：以粘性土為主，細(xì)分為兩個(gè)亞層。

3-1層：粘土。青灰色，底部灰色，可塑狀。層底標(biāo)高-0.40～-0.91m，層厚3.00～2.30m。

3-2層：粉質(zhì)粘土?；疑撞奎S褐色，可塑狀。層底標(biāo)高-4.30～-4.81m，層厚3.90～3.70m。

4層：重粉質(zhì)砂壤土?；疑蚧尹S色，中密狀。層底標(biāo)高-6.40～-7.76m，層厚3.10～1.70m。

5層：以粘性土為主，細(xì)分為四個(gè)亞層。

5-1層：重粉質(zhì)壤土?；尹S色，可塑狀。層底標(biāo)高-7.68～-9.40m，層厚2.90～1.20m。

5-2層：粉質(zhì)粘土（局部夾粉質(zhì)砂壤土）?；尹S色，可塑狀，混大量礓結(jié)石。層底標(biāo)高-9.88～-12.76m，層厚3.50～2.10m。

5-3層：粘土。黃褐色或青黃色，可～硬塑狀，混少量礓結(jié)石。層底標(biāo)高-26.01～-26.60m，層厚14.00～13.50m。

5-4層：粉質(zhì)粘土?；尹S色，可～硬塑狀，混少量礓結(jié)石。層底標(biāo)高-32.81～-37.60m，層厚11.00～6.80m。

6層：輕砂壤土夾重粉質(zhì)壤土?；尹S色，輕砂壤土中密～密實(shí)狀；重粉質(zhì)壤土可塑狀。層底標(biāo)高-38.51～-38.90m，層厚5.70～1.30m。

7層：粘土?；尹S色，局部泛青色。硬塑狀，混礓結(jié)石。最大孔深50m未鉆穿該層。

設(shè)計(jì)建筑物基礎(chǔ)大部分位于2層輕粉質(zhì)砂壤土層。下臥3-1層粘土層（層厚較?。┖?-2層淤泥質(zhì)粘土層為軟弱土層，承載力分別為100kPa和60kPa。3-3層粉質(zhì)粘土層為好土層，承載力為200kPa。

3 地基處理方案

樁土復(fù)合地基是將部分土體置換形成增強(qiáng)體（樁體），由增強(qiáng)體和周圍地基土共同承擔(dān)荷載，樁頂不嵌入上部基礎(chǔ)內(nèi)，通過設(shè)置褥墊層，調(diào)整樁頂和樁間土的應(yīng)力比，充分發(fā)揮樁間土的承載潛力，并協(xié)調(diào)變形。這樣既解決了地基強(qiáng)度不足的問題，又能滿足變形的要求。樁土復(fù)合地基其主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）充分利用土的天然承載作用，樁土共同受力，提高地基承載力和減少沉降；（2）保護(hù)樁身的穩(wěn)定，并進(jìn)一步固結(jié)軟弱土層，防止樁頂與底板脫開，避免負(fù)摩擦力；（3）充分利用原有的土層結(jié)構(gòu)條件，靈活、合理地選擇樁端持力層；（4）經(jīng)濟(jì)、合理地降低造價(jià)。

預(yù)應(yīng)力管樁是一種經(jīng)濟(jì)型的剛性樁，該樁型與實(shí)心樁相比，可大量節(jié)省混凝土， 從而大大降低造價(jià)。由于樁身表面積大，單樁承載力高，故單樁影響面積大。該樁型成樁質(zhì)量穩(wěn)定，樁體與樁周土形成剛性復(fù)合地基，復(fù)合層的變形很小。

4 管樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)原則

用于軟土地基加固的管樁的直徑、長度及間距的設(shè)計(jì)采用以樁體與樁周土形成剛性復(fù)合地基滿足建筑物沉降要求為原則。

以沉降控制的設(shè)計(jì)原則的設(shè)計(jì)思路是先按沉降控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再驗(yàn)算地基承載力是否滿足要求。即首先控制沉降量至某一滿足沉降量要求的具體數(shù)值， 然后再驗(yàn)算地基承載力是否滿足要求；如承載力不滿足，則考慮適當(dāng)增加復(fù)合地基置換率或增加樁長，直至滿足為止。對(duì)于復(fù)合地基而言，在沉降滿足的條件下，地基承載力大部分均能滿足要求。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范關(guān)于土質(zhì)地基允許最大沉降量和沉降差的要求，結(jié)合本工程具體情況，本次設(shè)計(jì)地基最大沉降量控制在30～150mm，公路橋部位取低值；相鄰建筑物最大沉降差控制在不超過50mm。由于基礎(chǔ)中心處的沉降量與實(shí)際基礎(chǔ)平均沉降量相當(dāng)，所以本次設(shè)計(jì)僅計(jì)算基礎(chǔ)中心處的沉降量。

5 褥墊層設(shè)計(jì)

剛性基礎(chǔ)下的復(fù)合地基中樁和地基土的承載力均能得到較好的發(fā)揮，一般情況下是樁先達(dá)到極限狀態(tài)，樁土應(yīng)力比隨荷載的增大而增大，直至樁體達(dá)到極限狀態(tài)，然后隨荷載的繼續(xù)增加而減小。為了減小樁土應(yīng)力比，改善復(fù)合地基淺層樁體和樁間土的受力狀態(tài)，有必要設(shè)置褥墊層。剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的墊層一般為散體材料墊層，由于本工程基礎(chǔ)下有防滲要求，本次設(shè)計(jì)采用水泥土作為褥墊層，褥墊厚度暫定為30cm，水泥摻入比暫定為8%，具體厚度和摻入比由試驗(yàn)確定。

6 計(jì)算示例

以2孔一聯(lián)節(jié)制閘為例進(jìn)行管樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成果見表2。

管樁復(fù)合地基的管樁與基礎(chǔ)連接見圖1。

7 結(jié)束語

本工程對(duì)地基處理還進(jìn)行了換填墊層法和管樁復(fù)合地基的方案比較，結(jié)果表明管樁復(fù)合地基方案有如下優(yōu)點(diǎn)：基坑開挖淺，建筑物沉降小，工程投資節(jié)省。管樁復(fù)合地基對(duì)褥墊層要求較高，須進(jìn)行試驗(yàn)確定褥墊層厚度等參數(shù)。綜合表明，對(duì)軟弱土層埋深較深的建筑物采用管樁復(fù)合地基是比較優(yōu)越的地基處理方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2002 中國建筑工業(yè)出版社.

[2] 范慶來，張可譽(yù)，張令諾.非均質(zhì)各向異性軟基上管樁基礎(chǔ)承載力分析[J].巖土力學(xué)，2008（z1）.