旋挖成孔灌注樁復(fù)合地基在泗洪站樞紐工程中的應(yīng)用

林 農(nóng)史文錦徐子令

（1.淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇淮安 223005；2.南水北調(diào)東線(xiàn)江蘇水源有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210029）

0 引言

徐洪河節(jié)制閘是南水北調(diào)東線(xiàn)泗洪站樞紐工程的建設(shè)內(nèi)容，采用開(kāi)敞式平底板結(jié)構(gòu)，共10孔，每孔凈寬10 m。節(jié)制閘右側(cè)岸墻為空箱結(jié)構(gòu)，寬 13 m，長(zhǎng) 20 m，高10.8 m，墻頂高程▽17.5 m，底板底高程▽6.7 m；下游右側(cè)第一、二節(jié)翼墻為空箱加扶壁結(jié)構(gòu)，寬13 m，高 11.9 m，墻頂高程▽17.5 m，底板底面高程▽5.6 m。

在節(jié)制閘施工詳勘中發(fā)現(xiàn)右側(cè)岸墻局部和下游第一、二節(jié)翼墻地基土質(zhì)變化復(fù)雜，與相鄰部位的土質(zhì)差異較大，地基土承載力低于原設(shè)計(jì)地基允許承載力要求，需對(duì)該部位的地基進(jìn)行處理。

1 地基處理設(shè)計(jì)方案

1.1 地質(zhì)條件

節(jié)制閘右側(cè)岸墻完建期地基反力最大176.2 kPa，最小150.4 kPa，平均163.3 kPa；下游右側(cè)第一、二節(jié)翼墻完建期地基反力最大175.4 kPa，最小168.1 kPa，平均171.3 kPa。

根據(jù)施工勘查結(jié)果，并結(jié)合基坑驗(yàn)槽，節(jié)制閘右側(cè)岸墻下游部位以及下游右側(cè)第一節(jié)翼墻和第二節(jié)翼墻處基底的土層強(qiáng)度發(fā)生陡變，為⑤層重-中粉質(zhì)壤土夾粉質(zhì)粘土，承載力為130 kPa，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行地基處理。岸、翼墻部位地基土層分布及力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.2 地基處理設(shè)計(jì)方案比選

根據(jù)補(bǔ)充的勘探資料和已經(jīng)開(kāi)挖的土質(zhì)情況，考慮工期、施工難度、費(fèi)用等因素，采用換填水泥土方案和旋挖成孔混凝土灌注樁復(fù)合地基處理方案進(jìn)行比選。

1.2.1 換填水泥土方案設(shè)計(jì)

岸墻及下游右側(cè)第一、二節(jié)翼墻地基采用換填墊層法處理，換填材料為12%水泥土。墊層平面范圍：墊層頂面為底板輪廓線(xiàn)向外50 cm，墊層底面為底板輪廓線(xiàn)向外墊層厚度加上50 cm，墊層邊坡 1∶1。墊層深度：岸墻下?lián)Q填至▽5.2 m，水泥土墊層厚度1.5 m，見(jiàn)圖1；翼墻下?lián)Q填至▽3.9 m，水泥土墊層厚度1.7 m。墊層超挖部位回填12%水泥土，見(jiàn)圖2。

（1）地基承載力特征值計(jì)算

經(jīng)勘查報(bào)告顯示，地基承載力特征值為130 kPa，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002），當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3 m或埋置深度大于0.5 m，需要對(duì)其進(jìn)行深度和寬度修正。

fa—修正后的地基承載力特征值；

fak—地基承載力特征值，取130 kPa；

ηb、ηd—基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，分別為0.3、1.6；

γ—基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮容重10 kN/m3；

b—基礎(chǔ)底面寬度，大于6 m取值6 m；

γm—基礎(chǔ)底面以下土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮容重10 kN/m3；

d—基礎(chǔ)埋置深度，本工程從岸墻或翼墻底板頂面算起。

①岸墻段，換填水泥土墊層底高程▽5.2 m，則墊層厚度為1.5 m。

fa=130+0.3 ×（6-3）+1.6 ×10 ×（2.3-0.5）=167.8 kPa

②翼墻部位，換填水泥土墊層底高程▽3.9 m，則墊層厚度為1.7 m。

fa=130+0.3×10×（6-3）+1.6×10×（2.6-0.5）=172.6 kPa

（2）下臥層地基反力驗(yàn)算

表1 現(xiàn)地基土層分布及力學(xué)指標(biāo)

圖1 岸墻地基換填水泥土示意圖

圖2 翼墻地基換填水泥土示意圖

按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，墊層的厚度應(yīng)根據(jù)需要置換軟弱土的深度和下臥土層的承載力確定，并符合下式要求：

式中：

pz—相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，墊層底面處的附加應(yīng)力值，kPa；

pcz—墊層底面處土的自重壓力值，kPa；

faz—墊層底面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值，kPa。

對(duì)于矩形基礎(chǔ)，墊層底面處的附加壓力值為：

式中：

b—基礎(chǔ)地面的寬度；

l—基礎(chǔ)地面的長(zhǎng)度；

pk—相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值；

pc—基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，本處取0；

z—基礎(chǔ)底面下墊層的厚度；θ—墊層的壓力擴(kuò)散角，水泥土取28°，偏于安全。

①岸墻段，b=13 m，l=20 m，z=1.5 m，且由岸墻穩(wěn)定計(jì)算知pk＝165 kPa。

故換填水泥土滿(mǎn)足承載力要求。

②翼墻段，b=13 m，翼墻長(zhǎng)度l=22.5 m，z=1.7 m，且由翼墻穩(wěn)定計(jì)算知 pk＝172 kPa。

故換填水泥土滿(mǎn)足承載力要求。

1.2.2 旋挖成孔混凝土灌注樁復(fù)合地基方案設(shè)計(jì)

采用旋挖機(jī)成孔，灌注素混凝土對(duì)地基進(jìn)行加固，灌注樁外徑400 mm，樁長(zhǎng)4 m，采用C15混凝土灌注。為形成復(fù)合地基，樁頂和岸墻、翼墻底板底面間留有一定距離，由于回填20 cm厚水泥土墊層，水泥摻量10%，以滿(mǎn)足復(fù)合地基承載力要求。

按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，復(fù)合地基承載力計(jì)算如下：

（1）岸墻段

式中：

fspk—復(fù)合地基承載力特征值，kpa，取 165 kPa；

m—面積置換率；

Ra—單樁豎向承載力特征值，kN；

Ap—樁的截面積，m2，設(shè)定樁徑40 cm，則截面積為0.1256 m2；

β—樁間土承載力折減系數(shù)，取0.2；

fsk—處理后樁間土承載力特征值，kpa，取 130 kPa。

式中：

μp—樁的周長(zhǎng)，m；

n—樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)，岸墻底板下⑤層軟弱土最厚處厚度約3.6 m，⑤－1層土承載力取200 kPa，考慮到樁端承載，樁長(zhǎng)度4 m，則單樁位于⑤層、⑤－1層土的長(zhǎng)度分別為3.3 m、0.7 m；

qsi、qp—樁周第 i層土的側(cè)阻力、樁端端阻力特征值，kPa，分別取 29、40、600 kPa；

li—第i層土的厚度，分別為3.3 m、0.7 m。

岸墻、翼墻的面積置換率基本一致，岸墻、翼墻總處理面積為760 m2?？紤]到岸墻、翼墻底板形狀及施工要求，灌注樁采用梅花形布置，岸墻下樁距為1.21×1.27 m，第一節(jié)翼墻下樁距為1.22×1.25 m，第二節(jié)翼墻下樁距為1.26×1.25 m，共需樁數(shù)521根。岸墻、翼墻地基旋挖成孔灌注樁布置見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 岸墻地基旋挖成孔灌注樁布置圖

圖4 翼墻地基旋挖成孔灌注樁布置圖

1.2.3 地基處理方案比選

（1）工程量計(jì)算

①換填水泥土方案共需回填12%水泥土約1942 m3，同時(shí)開(kāi)挖土方1942 m3。

②旋挖成孔混凝土灌注樁復(fù)合地基方案需要挖孔并灌注混凝土樁數(shù)521根，總長(zhǎng)2084 m，灌注C15混凝土262 m3，回填水泥土160 m3。

（2）技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表2。

綜合以上因素，考慮到節(jié)制閘施工工期較緊，要求2011年汛前完成水下工程，故最終選擇采用旋挖成孔灌注混凝土樁復(fù)合地基方案。

2 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2002進(jìn)行，采用慢速維持荷載法。

（1）承壓板及加載裝置。試驗(yàn)采用面積為1.5 m2的圓形承壓板，板底鋪設(shè)50 mm中粗砂找平層，試坑底開(kāi)挖至基底標(biāo)高。采用千斤頂作加載裝置，反力系統(tǒng)為壓重平臺(tái)反力裝置，采用工字鋼搭設(shè)堆載平臺(tái)，砂袋作反力。

（2）沉降觀測(cè)裝置。在承壓板四邊分別架設(shè)機(jī)械式百分表，百分表的支架采用腳手架鋼管，鋼管固定在獨(dú)立的基準(zhǔn)樁上。

（3）最大加載量及加載分級(jí)。試驗(yàn)最大加載量按不小于復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值的2倍即350 kPa進(jìn)行，實(shí)際最大加載量取550 kN，分為10級(jí)，每級(jí)加載量為55 kN。

2.2 檢測(cè)結(jié)果及結(jié)論

在右側(cè)岸墻底板和下游翼墻區(qū)域內(nèi)隨機(jī)抽取3根樁做復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

表3 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果匯總表

所檢測(cè)3點(diǎn)位的單樁復(fù)合地基承載力均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

泗洪站樞紐工程節(jié)制閘水下工程已通過(guò)驗(yàn)收，通過(guò)對(duì)岸墻、翼墻施工期沉降變形觀測(cè)，右側(cè)岸墻最大沉降量18 mm，翼墻最大沉降量13 mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。本工程成功運(yùn)用旋挖成孔混凝土灌注樁進(jìn)行復(fù)合地基處理，不僅施工速度快，施工質(zhì)量容易控制，而且處理效果較好，對(duì)于今后同類(lèi)型的地基處理提供了很好的指導(dǎo)作用。