管樁復合地基在淮安市古黃河水利樞紐工程中的應用

【摘 要】 管樁復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合地基的具體應用。

【關鍵詞】 管樁復合地基 水利工程 應用

1 工程概況

淮安古黃河水位控制工程位于淮安市境內的楚州區與漣水縣交界的廢黃河上，工程建設內容包括控制廢黃河水位的節制閘工程、水電站工程和施工需要臨時開挖的導流河工程3項，其建設規模為：①節制閘工程：設計流量500m3/s，設計總凈寬40m，分5孔建設，單孔凈寬8.0m；②水電站工程：設計流量60 m3/s，設計水頭2.3m，安裝6臺套豎井貫流式水輪機，單機容量160kW；③施工導流河工程：設計導流量220 m3/s，相應防洪水位為9.34m，設計斷面為：底寬45m，底高程4.0m，河坡1：4.0，青坎高程9.0m，堤坡1：2.5坡至現狀地面。

工程建成后，將有效改善淮安境內廢黃河地區的水環境，緩解近年來廢黃河來水減少，水位降低，水環境惡化現象；同時可利用節制閘形成的閘上、下游水位差，建水電站發電，帶來一定的經濟效益。

2 工程地質情況

工程場地的地貌分區屬徐淮黃泛平原區，地貌類型為堤內灘地。鉆探深度范圍內的土層可分為7個工程地質層，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。層底標高7.00～4.70m，層厚6.40～0.50m。

2層：以粉質砂壤土為主，細分為兩個亞層。

2-1層：輕粉質砂壤土。灰色，松散～稍密狀。層底標高2.09～-0.30m，層厚5.30～4.10m。

2-2層：粉質砂壤土或粉砂。黃灰色，稍密～中密狀。層底標高-5.48～-6.90m，層厚6.60～6.50m。

3層：以粘性土為主，細分為兩個亞層。

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

3-2層：粉質粘土。灰色，底部黃褐色，可塑狀。層底標高-4.30～-4.81m，層厚3.90～3.70m。

4層：重粉質砂壤土。灰色或灰黃色，中密狀。層底標高-6.40～-7.76m，層厚3.10～1.70m。

5層：以粘性土為主，細分為四個亞層。

5-1層：重粉質壤土。灰黃色，可塑狀。層底標高-7.68～-9.40m，層厚2.90～1.20m。

5-2層：粉質粘土（局部夾粉質砂壤土）。灰黃色，可塑狀，混大量礓結石。層底標高-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，混少量礓結石。層底標高-26.01～-26.60m，層厚14.00～13.50m。

5-4層：粉質粘土。灰黃色，可～硬塑狀，混少量礓結石。層底標高-32.81～-37.60m，層厚11.00～6.80m。

6層：輕砂壤土夾重粉質壤土。灰黃色，輕砂壤土中密～密實狀；重粉質壤土可塑狀。層底標高-38.51～-38.90m，層厚5.70～1.30m。

7層：粘土。灰黃色，局部泛青色。硬塑狀，混礓結石。最大孔深50m未鉆穿該層。

設計建筑物基礎大部分位于2層輕粉質砂壤土層。下臥3-1層粘土層（層厚較小）和3-2層淤泥質粘土層為軟弱土層，承載力分別為100kPa和60kPa。3-3層粉質粘土層為好土層，承載力為200kPa。

3 地基處理方案

樁土復合地基是將部分土體置換形成增強體（樁體），由增強體和周圍地基土共同承擔荷載，樁頂不嵌入上部基礎內，通過設置褥墊層，調整樁頂和樁間土的應力比，充分發揮樁間土的承載潛力，并協調變形。這樣既解決了地基強度不足的問題，又能滿足變形的要求。樁土復合地基其主要優點有：（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）保護樁身的穩定，并進一步固結軟弱土層，防止樁頂與底板脫開，避免負摩擦力；（3）充分利用原有的土層結構條件，靈活、合理地選擇樁端持力層；（4）經濟、合理地降低造價。

預應力管樁是一種經濟型的剛性樁，該樁型與實心樁相比，可大量節省混凝土， 從而大大降低造價。由于樁身表面積大，單樁承載力高，故單樁影響面積大。該樁型成樁質量穩定，樁體與樁周土形成剛性復合地基，復合層的變形很小。

4 管樁復合地基的設計原則

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

以沉降控制的設計原則的設計思路是先按沉降控制要求進行設計，然后再驗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值， 然后再驗算地基承載力是否滿足要求；如承載力不滿足，則考慮適當增加復合地基置換率或增加樁長，直至滿足為止。對于復合地基而言，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《水閘設計規范》和《公路橋涵地基與基礎設計規范》等相關規范關于土質地基允許最大沉降量和沉降差的要求，結合本工程具體情況，本次設計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。由于基礎中心處的沉降量與實際基礎平均沉降量相當，所以本次設計僅計算基礎中心處的沉降量。

5 褥墊層設計

剛性基礎下的復合地基中樁和地基土的承載力均能得到較好的發揮，一般情況下是樁先達到極限狀態，樁土應力比隨荷載的增大而增大，直至樁體達到極限狀態，然后隨荷載的繼續增加而減小。為了減小樁土應力比，改善復合地基淺層樁體和樁間土的受力狀態，有必要設置褥墊層。剛性基礎下復合地基的墊層一般為散體材料墊層，由于本工程基礎下有防滲要求，本次設計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確定。

6 計算示例

以2孔一聯節制閘為例進行管樁復合地基設計，設計成果見表2。

管樁復合地基的管樁與基礎連接見圖1。

7 結束語

本工程對地基處理還進行了換填墊層法和管樁復合地基的方案比較，結果表明管樁復合地基方案有如下優點：基坑開挖淺，建筑物沉降小，工程投資節省。管樁復合地基對褥墊層要求較高，須進行試驗確定褥墊層厚度等參數。綜合表明，對軟弱土層埋深較深的建筑物采用管樁復合地基是比較優越的地基處理方案。

參考文獻

[1] 《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2002 中國建筑工業出版社.

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