浅谈深厚软基水闸的地基处理方法

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　　摘要：对深厚软基水闸不同地基处理方案方法进行比较；
　　关键词：钻孔灌注桩 预制砼管桩 水泥搅拌桩
　　1、工程概况
　　天生河水闸位于珠海市白蕉联围东堤段，为磨刀门水道右岸天生河出口的拦河水闸，是白蕉联围防洪挡潮、潮排潮灌水闸之一。2009年水闸进行拆除重建。天生河水闸的主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级，其防洪标准为50年一遇。本重建方案主要由3孔10m的水闸和1座Ⅶ级船闸组成，
　　2、 地基处理方案选择
　　根据天生河水闸地勘结果，天生河水闸的闸基下为深厚的淤泥软土，软土厚度约为40m~45m，主要由淤泥、淤泥质粉质粘土、淤泥质粉土组成，地基承载力低，承载力特征值为60kPa，低于水闸计算所需的地基承载力，必须进行地基处理。淤泥层以下为强风化砂岩。
　　对于深厚层淤泥地基，通常采用的地基处理方案有：钻孔灌注桩、预制砼管桩和搅拌桩等复合地基处理方案。下面结合本工程地质条件和工程建筑物的特点，参考本地区已建类似工程的经验，主要对钻孔灌注桩方案、预制砼管桩方案及水泥搅拌桩方案进行比选。
　　2.1钻孔灌注桩方案
　　按桩的制作和施工方法，桩可以分为预制桩和灌注桩。灌注桩是在施工现场桩位上先成孔，然后在孔内设置钢筋笼、灌注混凝土而成。常有的有沉管式灌注桩和钻孔灌注桩等。此处所指的是钻孔灌注桩。
　　1)单桩竖向承载力特征值由《建筑地基基础设计规范》中单桩竖向承载力特征值公式估算：
　　
　　式中： ――单桩竖向承载力特征值；
　　 、 ――桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地载荷试验结果统计分析算得；
　　 ――桩底端横截面面积；
　　 ――桩身周边长度；
　　 ――第i层岩上的厚度。
　　2)钻孔灌注桩单桩水平向承载力特征值按下列公式计算（假定管桩桩身配筋率大于0.65％）：
　　
　　式中： ――单桩竖向承载力特征值；
　　 ――桩身抗弯刚度，对于混凝土桩， ；其中，为桩身换算截面惯性矩，对于圆形截面， ；
　　 ――桩顶允许水平位移；
　　――桩顶水平位移系数；
　　――桩水平变形系数。
　　经计算，当采用Φ1000钻孔灌注桩，桩端至中风化砂岩时，桩数由单桩水平向承载力确定，钻孔灌注桩桩距3.8m×3.3m，均布于闸室底板下，单桩平均长度45m。
　　2.2预制砼管桩方案
　　常用的预制桩有钢筋混凝土桩、木桩、钢桩等，用沉桩设备将桩打入、压入、振入土中。此处所指的是预制砼管桩。
　　1)单桩竖向承载力特征值由《建筑地基基础设计规范》中单桩竖向承载力特征值公式估算：
　　
　　式中： ――单桩竖向承载力特征值；
　　 、 ――桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地载荷试验结果统计分析算得；
　　 ――桩底端横截面面积；
　　 ――桩身周边长度；
　　 ――第i层岩上的厚度。
　　2)预制桩单桩水平向承载力特征值按下列公式计算：
　　
　　式中： ――单桩竖向承载力特征值；
　　 ――桩身抗弯刚度，对于混凝土桩， ；其中，为桩身换算截面惯性矩，对于圆形截面， ；
　　 ――桩顶允许水平位移，取10mm；
　　――桩顶水平位移系数，考虑桩顶与底板嵌固作用取1.80；
　　――桩水平变形系数。
　　经计算，当采用Φ400预制管桩，桩端至强风化砂岩时，桩数由单桩水平向承载力确定，均布于底板下，桩距1.4m×1.4m，单桩平均长度45m。
　　2.3水泥搅拌桩方案
　　地基处理方法之一为通过设置在地基中的竖向增强体，通常为各种形式的桩体，使地基得到加固，桩体的强度较高，而桩体周围的土体则保持原有强度或有一定程度的提高，处理的效果在平面范围内是不均匀的，荷载由桩体和地基土共同承担，桩分担荷载的比重大于地基土分担的荷载，水泥搅拌桩即为其中一种。复合地基是指天然地基在地基处理过程中，通过在地基中设置竖向增强体或水平增强体而形成的桩土共同作用的人工地基，称为复合地基。加固区由增强体和天然地基两部分组成，工程中对复合地基的各种竖向增强体常冠以“桩”的称呼。 通过变形协调，增强体与天然地基土体共同承受上部结构传来的荷载，这是形成复合地基的基本条件。
　　1) 复合地基承载力计算
　　水泥搅拌桩复合地基承载力按《建筑地基处理技术规范》中复合地基承载力计算公式计算：
　　
　　式中： ――复合地基承载力特征值；
　　m――面积置换率；
　　 ――单桩竖向承载力特征值；
　　 ――桩底端横截面面积；
　　 ――桩间土承载力折减系数；
　　 ――处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。
　　根据计算结果，当搅拌桩桩径500mm、桩长20m、桩距1.0m时，复合地基承载力特征值大于闸室地基最大反力，承载力可满足要求。但对于复合地基，在承载力满足要求的情况下，还需验算沉降量及桩端下层土的承载力是否满足规范要求。经计算验算沉降量及桩端下层土的承载力均满足规范要求。
　　2.4 地基处理方案比较
　　通过以上计算，三种地基处理方案技术上都是可行的，但各有优缺点：
　　钻孔灌注桩优点方面：由于桩基达到持力层，水闸的沉降量小，由于沉降、特别是不均匀沉降而引起的水闸通病，可以避免。施工设备相对较轻型，对于在淤泥上施工，需要填筑的施工平台垫层较薄，桩机移动对已施工的桩的影响小。桩的成桩质量比较容易控制，桩的质量更加有保证。施工工期容易控制，可以通过增减桩机来调控施工进度；缺点方面：由于水闸的荷载全部由桩基承担，水闸的沉降与地基的沉降不协调，有可能造成水闸底板与地基脱空，对水闸的防渗要求提高，另外，施工中如果碰到流塑状的淤泥，成孔困难，需加设钢护筒，增加施工费用。
　　预制砼管桩有施工方便、施工进度快、水闸沉降小，造价适中的优点。缺点其一是施工设备比较重型，施工时容易对已施工的桩造成移位等影响；其二是预制砼管桩属于挤土桩，在高饱和度的流塑型软土中，闸基大面积、高密度的打进群桩，先打进桩会受后打进桩的挤出，影响桩基承载力。另外，跟钻孔灌注桩同理由于水闸沉降小，当地基产生沉降时，闸室不能随地基一起沉降，会造成闸底脱空，引起接触冲刷，所以对防渗要求比较高。
　　水泥搅拌桩施工设备简单，工程造价相对低些，水闸适应地基变形能力强，但水闸沉降较大，需控制好不同结构之间的不均匀沉降量。
　　从经济上比较，搅拌桩方案明显优于另外两种方案。
　　综合以上各方面的因素，本工程采用水泥搅拌桩方案作为天生河水闸的地基处理方案。天生河水闸目前已经完成施工并且各方面运行良好。
　　3. 结语
　　珠三角沿海地区水闸基础大部分存在较厚软基，软基一般不宜作为天然基础，需进行处理。而软基处理方法也是多种多样的。以上介绍了天生河水闸的地基处理方法，可为广大工程设计人员在同类型工程中提供借鉴作用。
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