盤錦市雙臺子河閘樞紐工程淺孔閘振沖碎石樁設計

郭 鋒

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽110006）

盤錦市雙臺子河閘樞紐工程淺孔閘振沖碎石樁設計

郭 鋒

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽110006）

雙臺子河閘樞紐工程淺孔閘位于河床及河漫灘上，透鏡體較多，地層構造較復雜，天然地基承載力較低，在地震作用下存在著液化的可能性；經綜合比較，淺孔閘基礎處理采用振沖碎石樁方案，應用效果良好。

雙臺子河閘樞紐工程；淺孔閘；基礎處理；振沖碎石樁

1 雙臺子河閘樞紐工程概況

雙臺子河閘樞紐工程位于遼寧省盤錦市雙臺子區東郊，建于1968年，工程等別為Ⅰ等，其中深孔閘、淺孔閘、進水閘、船閘、淺孔閘連接段及上下游導流堤、小柳河防汛交通橋等主要建筑物級別為1級，過水斜堤、下游防護堤等次要建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為4級。防洪標準按100年一遇（P=1%）洪水設計，200年一遇（P= 0.5%）洪水校核；水閘設計洪水位8.10m，相應泄量5000m3/s；校核洪水位9.08m，相應泄量6800m3/s；正常蓄水位為4.3m。雙臺子河閘樞紐工程是遼河下游防洪體系的重要組成部分，為盤錦市的開發建設起到至關重要的作用，取得了顯著的社會、經濟效益。［1］

2 淺孔閘地基處理方案比選

2.1 淺孔閘工程地質條件

淺孔閘位于雙臺子河左岸河漫灘上，北部為雙臺子河河漫灘，高程介于6.0～6.5m，大部分為坑塘（現為魚塘和魚池），塘堤高程為6.0～6.3m，坑底高程為3.0～3.4m，坑深約3.0m，周邊為原河閘圍堤，堤高約4.5m，堤頂高程為8.0～8.5m。

（1）地質條件較復雜，地基土可分為素填土（耕植土）、粉質粘土、粉土、粉砂及細砂，上部土層承載力較低，土質不均，層位不穩定。

（2）地基土中粉質粘土層屬微透水，粉土層屬弱透水，粉細砂層屬中等透水；地基土滲透破壞類型為流土。

（3）地表水及地下水化學類型均為硫酸重碳酸鉀鈉鈣型水，屬中性～弱堿性水，對混凝土均具結晶類弱腐蝕性。

（4）場地土類型為中軟場地土，場地類別為Ⅲ類場地；飽和粉土和飽和粉砂均存在液化問題。

（5）閘基持力層范圍內有較易壓縮的厚層粘性土，尤其是夾有高壓縮性的淤泥質粉質粘土，作為閘基，容易產生不均勻沉降，在不均勻沉降的過程中產生的剪應力，會造成土體出現蠕動和液流現象。

淺孔閘基礎建議采用樁基礎，樁尖應穿過最大液化深度，進入較密實砂層中。

2.2 樁基選擇應考慮的因素

根據上述淺孔閘部分的工程地質條件，淺孔閘基礎決定采用樁基礎，樁基類型以及樁基施工方法的選擇應綜合考慮以下諸多方面的因素［2］。工程地質和水文地質條件，工程特點、荷載性質及大小，施工隊周圍環境的影響，施工場地和設備的制約，施工安全，造價和工期。

2.3 樁的分類

樁的類型，按不同目的可以有不同的分類法。

（1）按制樁材料分：木樁、鋼筋混凝土樁、鋼樁、水泥土樁、CFG樁、石灰樁、二灰樁、灰土樁、碎石樁等；

（2）按樁身的制作方法分：預制樁、灌注樁和攪拌樁；

（3）按截面尺寸分：大直徑樁、中等直徑樁和小直徑樁；

（4）按成樁方法分：擠土樁、部分擠土樁、非擠土樁；

（5）按承載性狀分：摩擦樁、端承摩擦樁、端承樁、摩擦端承樁；

（6）按橫截面形狀分：圓型、管型、正方型、矩型、十字型、H型、三角型、多角型等；

（7）按豎向受荷方向分：抗壓樁、抗拔樁。

2.4 淺孔閘樁基礎方案比選

幾乎所有工程往往都可能有一種或者一種以上的樁基類型可以選擇，在選擇最適合工程的樁基類型時，一般首先把那些在技術上對本工程不可行的樁基類型進行淘汰，其次再對其他對本工程可行的樁基類型分別分析各自的優缺點并進行綜合比較，最終確定最適宜的樁基類型［3］。

結合淺孔閘部位地質條件和雙臺子河閘的實際情況，適合淺孔閘軟土地基且普遍采用的樁基礎有三種：混凝土灌注樁、振沖碎石樁和深層水泥攪拌樁。三種樁基礎方案優缺點及各投資比較見表1。

表1 樁基礎方案優缺點及投資比較表

三種樁基礎方案均能滿足要求，根據地質勘察報告，本次設計需處理的地層為粉質粘土層及粉土、粉砂層，這幾層土存在承載力較低、或是存在液化、或是容易產生流失等因素，不能滿足使用及設計要求，本次地基處理，應主要從以下幾個方面來考慮。一是在軟弱層建立骨架結構（置換加固）。由于本閘基的基礎對表層及軟弱層有較高承載力要求，而淤泥質土層本身的承載力幾乎不可能達到設計要求，在這種情況下，需要增設既具有排水功能，又具有一定剛度及抵抗變形的樁體，形成復合樁體；二是處理砂層液化及防止砂層流失。根據巖土勘察報告，粉土層及粉砂層存在液化及一定的水降比的情況下產生流失，影響閘基的穩定性，這樣利用振沖器的強力振動可充分密實土層，防止其液化的產生并可進一步提高其臨界水降比值，利于閘基的穩定；三是造價。碎石樁的主材為碎石，其取材較為便宜，且一般碎石的水穩性較好，施工工藝也較為成熟可靠。

綜合比較，淺孔閘基礎處理采用振沖碎石樁方案。

3 振沖碎石樁作用機理

振沖碎石樁擠密法（又稱粗顆粒土樁），是指采用振動和沖擊（水沖）等方法在松軟的地基里形成孔，隨后將碎石擠壓進入已成的土孔中，構成由碎石所組成的大直徑密實樁體。

松軟的地基或土體經過振沖碎石樁法擠密的加固處理后，工程性能大幅度得到改善和提升，總結分析其主要原因有以下兩個方面：1、直接加固了松軟的地基（土體），使之密實度明顯加大、強度提升、壓縮性降低、抗震性能有所增加；2、在松軟的地基（土體）中構筑了比軟土本身剛度大若干倍的碎石樁體，構成復合地基，一起承受上部傳來的荷載，當基礎整體變形時，碎石樁體與樁間土經過變形協調作用，強度高、剛度大的碎石樁體承受大部分荷載，樁間土體上承受的負載大大降低，從而明顯改善和提升了碎石樁復合地基的工程性能，使其整體強度增加、沉降及不均勻沉降變形均有所降低，并且總沉降期大幅度減小［4］。

4 淺孔閘振沖碎石樁設計

4.1 設計基本資料

根據雙臺子河閘樞紐工程淺孔閘部位相關地質勘察資料，選取有代表性的鉆孔并整理地質條件參數，淺孔閘振沖碎石樁設計地質參數見表2。

表2 地質參數匯總表

4.2 振沖碎石樁設計

4.2.1 布樁范圍

淺孔閘部位為軟土地基，土質情況較差，同時考慮基礎邊緣部位的碎石樁體所承受的約束力比中間部位樁體所承受的約束力要小，以及應力擴散的需求，因此，除在淺孔閘基礎范圍內布樁外，在淺孔閘基礎外緣增設一排護樁。

4.2.2 樁長設計

根據淺孔閘建筑物結構布置，樁頂（淺孔閘底板底面）高程為1.70m；根據地質勘察成果，樁尖應穿過最大液化深度，進入較密實砂層中，因此樁底標高應至少位于第④細砂層頂面；

4.2.3 布樁形式

根據淺孔閘上部結構設計及底板布置情況，振沖碎石樁在基礎范圍內采用三角形布樁方式。

4.2.4 樁徑設計

振沖碎石樁的樁徑與原狀土的地基容許承載力（fk）值和所采用的振沖器型號密切相關，結合經驗數據，本工程振沖碎石樁平均樁徑采用1.0m。

4.2.5 樁距設計

振沖碎石樁的樁距應該綜合考慮荷載大小、原狀土的性能和振沖器的功率等因素，一般取1.5m至3.0m，結合本工程的實際情況，樁距采用2.0m。

4.2.6 樁體材料設計

采用含泥量不大于5%的角礫、碎石、圓礫、卵石等材料，一般粒徑范圍為20mm至80mm，最大粒徑不大于150mm，級配良好。

4.2.7 樁頂預留段及墊層設計：由于制樁時頂部樁體不便振動碾壓，樁體的密實程度不易滿足設計要求，因此在樁體施工時在頂部預留1.0m段樁體，振沖碎石樁施工全部完成后將預留段樁體挖除，為使荷載能夠均勻傳遞，在樁頂設置一層300mm厚的碎石墊層。

4.3 復合地基承載力及總沉降量計算

雙臺子河閘樞紐工程淺孔閘振沖碎石樁復合地基承載力及總沉降量按DL/T 5214-2005《水利水電工程振沖法地基處理技術規范》中相關計算公式進行計算。經計算，各土層復合地基承載力標準值最小為209 kPa，滿足設計要求；地基最終沉降總量為95mm，小于規范規定的允許值150mm，滿足要求［5］。

5 結語

振沖碎石樁體與樁體間被樁擠密的土組成復合地基，能夠大規模提升地基承載力；而且這種復合結構在加固地基的同時還能夠構成通暢的排水通道，綜合排滲能力隨之提高，液化可能性基本可以消除；沉降與不均勻沉降減小，而且沉降期大為縮短；碎石樁的主材為碎石，其取材較為便宜，工程造價低；施工工藝成熟可靠。其他類似工程設計可以參考和借鑒。

［1］周敏.遼寧省雙臺子河閘樞紐工程過流能力的分析［J］.陜西水利，2014（02）.

［2］何廣納.振沖碎石樁復合地基［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］史佩棟.實用樁基工程手冊［M］.中國建筑工業出版社，1999.

［4］姚琪陽.碎石樁復合地基承載機理及優化設計研究［D］.湖南大學，2004.

［5］周博.雙臺子河閘除險加固工程地基處理方案選擇［J］.水與水技術，2015（05）.

TV66

B

1008-1305（2017）01-0127-03

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.039

2016-05-06

郭 鋒（1980年—），男，高級工程師。