振沖法在蘇泗莊水閘地基加固中的應用

鮑文強

（鄄城縣水務局蘇泗莊引黃灌區管理處，山東 鄄城 274600）

蘇泗莊引黃灌區位于山東省鄄城中南部，灌區總面積為 678.9km2，設計灌溉面積 3.07×104hm2，灌區內主要農作物為：小麥、玉米等。擬建分水閘位于三干渠左岸，樁號8+650，水閘中線垂直干渠中線，與支渠中線一致。閘室主體段采用C30鋼筋混凝土，沿水流方向閘室底板長為4.3m，垂直方向寬為3.2m，底板厚為0.6m。水閘僅設一個凈寬為2.0m的閘孔，閘墩厚0.6m。

水閘地基以砂土為主，兩岸存在少量淤泥、黏土，地基土主要問題是淤泥、黏土承載力較低以及砂土液化。

1 地基加固處理

1.1 處理方案

針對表層的淤泥、黏土采用挖掘機清理，換填為中粗砂，形成振沖施工面。設計振沖管徑為377mm，采用等邊三角形布置，孔距為1.7m，沉管需進入礫石層，深度為6.0m，振動器功率為75kW。

設計沉管速度為1～2m/min，設計成孔水壓為0.6MPa，當沉管達到6.0m時，需要停止振動1～2min。拔管速度應在1～1.5m/min范圍內，拔管是利用人工將中粗砂回填至振沖孔內，回填料振實后，進行下一次上提振沖器，單次上提高度為0.4m，直至達到地面高度。

1.2 現場試驗

根據現場調查結果可知，基礎埋深范圍內的砂土結構松散，標準貫入試驗N’63.5不大于3，采用振沖擠密的方法加固地基。

試驗前后標準貫入試驗擊數對比見圖1。從圖1可知，加固后錘擊數明顯提升，達到了8～10次，大于錘擊數大于6次的設計要求。

圖1 加固前后錘擊平均數對比

為研究地基處理后砂樁、樁間土以及復合地基的承載力，采用載荷試驗，試驗結果見表1。

根據表1結果可知，通過振沖處理，地基承載力提升較大，其中砂樁承載力為466kPa，樁間土在擠密作用力承載力也提高至178kPa，復合地基承載力為245kPa，滿足承載力設計要求。

2 加固效果數值模擬分析

2.1 數值模擬模型建立

根據現場勘察，水閘地基巖土體從上至下依次為：填砂土（1.0m）、中粗砂（2.0m）、夾砂淤泥（1.0m）、中粗砂（2.5m）。根據設計樁長6.0m，深入至從上至下第二層中粗砂層中。樁間距為1.7m，樁徑為377mm，根據地層特征以及振沖樁特征，建立FLAC數值模擬模型，研究水閘施工及后期運行期間振沖樁、樁間土應力應變特征。

表1 載荷試驗結果

2.2 數值模擬計算結果分析

1）沉降變形分析。振沖樁和樁間土沉降變形結果見圖2。從圖2可知，在水閘施工及后期運行過程中，振沖樁和樁間土的沉降量逐漸增大，變形速度在施工完成后逐漸降低。在水閘施工初期，振沖樁和樁間土沉降差值較小，這主要是由于建設初期上部荷載較小，樁間土和振沖樁以相同的變形速率發生沉降變形。隨著水閘的不斷施工建設，上部荷載逐漸增大，大于樁間土承載力時，樁間土以較大的變形速度發生沉降，振沖樁與樁間土的沉降差值逐漸增大，在水閘施工完工期達到最大值。之后，隨著荷載的穩定，振沖樁與樁間土沉降差值減小，樁、土共同承擔水閘在地基中形成的應力。

圖2 沉降變形監測結果

2）樁土應力比分析。樁土應力比為振沖樁與樁間土所承受應力的比值。樁土應力比計算結果見圖3。從圖3可知，在水閘建設初期，荷載處于樁間土承載力范圍，樁土應力比處于較小的水平，表明樁土所承受應力差值較小。在水閘的不斷施工過程中，荷載不斷增大，直至樁間土所承擔應力大于其承載力，此時，振沖樁承載主要的主應力，樁土應力比逐漸增大，在水閘完工時，樁土應力比達到最大值。當荷載穩定后，樁間土固結后承載力提升，此時，樁土應力比值下降并逐漸趨于穩定值。

圖3 樁土應力比

3 結語

1）通過分析，振沖法加固松散砂土地基主要包括兩方面作用：擠密效應、排水減壓效應。

2）結合蘇泗莊引黃灌區水閘建設工程實例，采用標貫試驗、載荷試驗研究振沖法加固地基效果，加固后地基密實度和承載力均得到提升。

3）通過數值模擬試驗研究加固后地基沉降控制效果及樁土應力比。采用振沖法加固地基沉降變形量不大于35mm，且樁土沉降差值穩定后的數值小于2mm，樁土應力比也小于1.，加固效果較好。