抱書河閘站樞紐地基處理設計

王楓林 胡家武

一、工程概況

抱書河是裕溪河左岸的一條支流，位于安徽省巢湖市主城區東南部，河道全長約2.0km，集水面積16.28km2，20年一遇洪峰流量為110m3/s，50年一遇洪峰流量為130m3/s。

抱書河閘站樞紐位于抱書河出口，裕溪河左堤上，由防洪閘和排澇泵站組成。閘室采用潛孔式閘門，共3孔，單孔凈寬10.0m，總凈寬30.0m；泵站設計抽排流量為25.0m3/s，選用4臺1400GQ-125型灌流泵，配4臺YQGN990-16型電動機，單機功率450kW，總裝機1800kW，排澇出水涵洞穿裕溪河堤防，出口設防洪閘。工程等別為Ⅲ等，中型工程，主要建筑物按3級設計，次要建筑物等級為4級。

二、樞紐地基處理設計

1.區域地質概況

根據現場勘探，地層自上而下依次為：①層重粉質壤土，中等偏高壓縮性，分布不連續；②層淤泥質中重粉質壤土，高壓縮性，普遍分布；③層淤泥質重粉質壤土與砂壤土互層（層砂層壤），中等偏高壓縮性，分布不連續；④層重粉質壤土，局部夾薄層粉細砂、淤泥質重粉質壤土；⑤層重粉質壤土，可塑～硬可塑；⑥層輕粉質壤土，硬可塑～硬塑；⑦層砂礫石，中密～密實。建基面均在②層淤泥質中重粉質壤土層，土層軟弱，壓縮性高，天然地基承載力僅60kPa。

2.建筑物穩定計算

穩定計算考慮完建期、防洪期、校核泄流及惡劣放水期等工況，計算成果見表1和表2。

計算結果表明，建筑物抗滑、抗浮安全系數均滿足規范要求；基底應力大于天然地基允許承載力，不滿足設計要求，地基應進行加固處理。

3.地基處理方案擬定

（1）方案比選

根據地形地質條件，此次選取釘形水泥土雙向攪拌樁、預應力鋼筋混凝土管樁及水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）進行比選。

①釘形水泥土雙向攪拌樁

釘形水泥土雙向攪拌樁是將水泥土攪拌樁成樁機械的鉆桿改進為同心雙軸鉆桿，通過正反向旋轉葉片同時雙向攪拌水泥土，阻斷水泥漿上冒途徑，保證水泥漿在樁體中均勻分布和攪拌均勻，確保成樁質量。

布置方案：樁徑0.5m，樁距1.8m，擴大頭樁徑1.0m，樁底進入至⑤層重粉質壤土中內1.0m，平均樁長17.5m，其中擴大頭部分樁長6.0m，樁身水泥摻量16%，共布置397根樁，總長度6950m，總造價110萬元。

表1 閘室穩定計算成果表

表2 站身穩定計算成果表

表3 樁基承載力計算成果表

②水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）

CFG樁是由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機械制成的具有一定強度的可變強度樁，可以充分利用樁間土的承載力，并傳遞荷載到深層地基中。

布置方案：樁徑0.5m，樁間距1.5m，置換率0.136，矩形布置。樁底伸入下部⑤層重粉質壤土中內1m，平均樁長17.5m。共布置441根樁，總長度7720m，總造價187萬元。

③預應力鋼筋混凝土管樁

預應力混凝土管樁是采用預應力工藝和離心成型法制成的一種細長空心體混凝土預制構件，是一種采用擠土或半擠土的樁基型式。

布置方案：樁徑0.3m，樁底進入至⑤層重粉質壤土中內1.0m，樁頂設0.4m細石混凝土墊層。樁距2m，矩形排列，樁長17～19m，共布置282根樁，總長度5360m，總造價176萬元。

（2）方案確定

釘形樁擴大頭部分與樁一次施工完成，操作方便；在上覆荷載的作用下，充分利用土拱作用，擴大頭部分確保樁體和樁周土變形協調，從而加強土體上部復合地基強度。缺點是深厚淤泥質土對樁身質量對施工工藝要求高、施工及檢測周期較長，地基變形量較大。

水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）施工簡單，工期短，噪音低；缺點是樁長大于13m時，需要接樁，沉樁時樁身易碎裂，增加了施工程序，工程投資較大。

預應力混凝土管樁技術成熟，樁身混凝土強度高，打樁后經過強烈的擠壓，樁端承載力可比原狀提高80%～100%；樁體由工廠化離心生產，容易保證質量；可根據需要制成各種不同長度的樁段運到工地后相互連接，施工快捷簡便；施工前期準備時間短、施工速度快、檢測時間短。缺點是沉樁時一般用錘擊或振動法下沉，施工噪音大，用靜壓法施工可消除噪音污染，但所要求的設備和環境條件較高。

三種處理方案中釘形樁造價較省，預應力鋼筋混凝土管樁、CFG樁造價略高。考慮該工程建設要求周期短，地基擬采用鋼筋混凝土預應力管樁進行加固處理，方便施工，縮短工期。

4.復地基承載力及地基變形計算

根據同類工程設計經驗，預應力混凝土管樁樁徑采用0.3m，樁距2m，矩形排列，樁位根據建筑物底板輪廓線進行布置，樁底至⑤層重粉質壤土中內1m。

（1）復合地基承載力計算

①基樁豎向承載力計算

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值；Quk為單樁豎向極限承載力標準值；K為安全系數，取為2；R為復合基樁豎向承載力特征值；ηc為承臺效應系數；fak為承臺下1/2承臺寬度且不超過5m深度范圍內，各層土的地基承載力特征值按厚度加權的平均值；Ac為計算基樁所對應的承臺底凈面積；qsik為樁側第i層土的極限側阻力標準值；qpk為極限端阻力標準值；li為樁周第i層土的厚度；u為樁身周長；Ap為樁端面積。

②樁基承載力計算成果

樁基承載力計算結果見表3。

根據《建筑樁基技術規范》，基樁豎向力應滿足Nk≤R和Nkmax≤1.2R。考慮到防滲及群樁整體受力要求，在管樁樁與建筑物底板之間設置0.4m厚的C25細石混凝土褥墊層。

計算結果表明，地基加固后滿足規范及設計要求。

（2）地基處理后的變形驗算

復合土層的分層與天然地基相同（在變截面處應分層計算），各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量與樁體壓縮模量按照面積置換率加權平均。計算深度應大于復合地基的處理深度，并應符合現行規范中地基變形計算深度的有關規定。樁端下部未加固土層平均壓縮變形量s3可按照有關規定計算。

經計算，加固后地基沉降量為56mm，較加固前減少了42mm，滿足設計要求。

三、結束語

該工程采用預應力混凝土管樁加固地基，加固后復合地基承載力大幅提高，加固前后地基的沉降變形有效減少，計算結果滿足規范和設計要求。經類似工程現場單樁復合地基靜載荷試驗，結果亦滿足設計要求，達到預期的效果。由于水工建筑物對基礎防滲要求較高，在深厚軟基加固中常采用水泥土攪拌樁、換土等傳統方法，施工周期較長，且對施工場地要求較高。該工程采用工廠化預制高強度管樁，有利于節省工期，降低施工成本，成效顯著