渤渤海海新新區(qū)區(qū)新新石石碑碑河河防防潮潮閘閘地地基基處處理理分分析析

□張 麗

防潮閘位于新石碑河入海口處，該處地基多為軟土、淤泥質(zhì)土等土質(zhì)地基，地基承載力低，抗滑摩擦系數(shù)小，通過進行水泥土攪拌樁和混凝土灌注樁方案比選，最終確定采用混凝土灌注樁方案解決地基承載力不足及建筑物沉降問題。

1.工程概況

滄州渤海新區(qū)位于河北省東南部，地處冀中平原東部。新石碑河位于新區(qū)中部，穿越黃驊市和中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)，防潮閘位于黃浪渠匯入口下游側(cè)約300m 處。防潮閘閘室為鋼筋混凝土開敞式結(jié)構(gòu)，閘底板高程為-1.50m，順?biāo)鞣较蜷L15m，垂直水流方向長29.6m，單孔凈寬9m，3 孔，總凈寬27m。邊墩厚1m~1.3m，中墩厚1.3m，底板厚1.5m，下設(shè)0.1m 厚C15 混凝土墊層，墩頂高程為5.5m，墩頂設(shè)排架和機架橋。

新石碑河排澇標(biāo)準(zhǔn)為5 年一遇。設(shè)計防潮標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇。防潮閘級別為1 級，設(shè)計流量108m3/s，設(shè)計排瀝水位1.64m，最高擋水位3.83m。

2.工程地質(zhì)

工程區(qū)在勘探深度范圍內(nèi)，揭露的地層均為第四系松散堆積物，自上而下分別有人工堆積（）素填土，第四系全新統(tǒng)沖積層（）淤泥質(zhì)黏土，第四系全新統(tǒng)沖洪積層（）黏土、淤泥質(zhì)黏土，第四系全新統(tǒng)海積層（）黏土、壤土、砂壤土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)壤土、粉砂，第四系全新統(tǒng)沖積海積層（）黏土、壤土、砂壤土、粉砂，第四系上更新統(tǒng)沖積湖積層（Qa3ll）黏土夾壤土及粉砂透鏡體。

建筑物底高程-1.5m，位于Ⅱ或Ⅲ單元淤泥質(zhì)黏土層，以下的Ⅳ單元以淤泥質(zhì)黏土為主。地基Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ單元淤泥質(zhì)黏土層屬于軟土層，承載力偏低，具高壓縮性。閘室下游埋深1.4～3.0m粉砂層為液化層，場地液化等級輕微；左岸埋深8.4～9.5m 砂壤土為液化層，場地液化等級輕微。防潮閘基坑邊坡巖性有Ⅰ單元填土、Ⅲ單元黏土、壤土、淤泥質(zhì)土層壤土、淤泥質(zhì)壤土。土層含水量大，強度低，基坑邊坡變形大，另外地下水位埋深淺，基坑開挖后地下水滲入基坑造成邊坡土層滲透破壞，臨時邊坡穩(wěn)定性差。

3.地基處理方案選擇

由于防潮閘所處位置為河道入海段，地基多為軟土、淤泥質(zhì)土等土質(zhì)地基，地基承載力低，抗滑摩擦系數(shù)小，防潮閘的閘室及擋墻抗滑穩(wěn)定、地基應(yīng)力均不滿足要求，需要進行處理。

根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》，對土基常用的處理方式為墊層法、強夯法、水泥土攪拌樁、混凝土灌注樁等。結(jié)合工程實際地基情況，對常用的地基處理方法進行比較，確定最優(yōu)的處理方案。方案一：鋼筋混凝土灌注樁法，采用端承摩擦樁，群樁形心與閘底板上荷載形心基本相近；方案二：水泥攪拌樁法，樁長12m，范圍為閘室外輪廓線外延1.0m。

3.1 混凝土灌注樁計算

采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中公式進行計算。大直徑樁單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按照下式計算：

式中：

qsik—樁側(cè)第i 層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

qpk—樁徑為800mm 的極限端樁標(biāo)準(zhǔn)值；

ψsi、ψp—大直徑樁側(cè)阻力、端樁力尺寸效應(yīng)系數(shù)；

u—樁身周長。

單樁豎向承載力特征值按照下式計算：

式中：

K—安全系數(shù)，取2.0。

復(fù)合基樁豎向承載力特征值可按照下式計算：

式中：

ηc—承臺效應(yīng)系數(shù)；

fak—承臺下1/2 承臺寬度且不超過5m 深度范圍內(nèi)各層土的地基承載力特征值按厚度加權(quán)的平均值；

Ac—計算基樁所對應(yīng)的承臺底凈面積。

根據(jù)地勘資料，閘基下為淤泥質(zhì)黏土、壤土等。經(jīng)計算，閘室基底采用樁長為30m，樁徑為1.0m，樁間距為3.0m的混凝土灌注樁（共55 根樁）進行處理。根據(jù)閘室穩(wěn)定計算，閘室最大水平力為5652kN，最大豎向力為44539kN，地基處理后，單樁樁基水平承載力222kN，豎向承載力為1852kN，均滿足要求。

3.2 水泥土攪拌樁計算

按照規(guī)范《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》水泥土攪拌樁的單樁承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定。

式中：

Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；

η—樁身強度折減系數(shù)，取0.25；

fcu—與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊，邊長為70.7mm的立方體在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下90d 齡期的立方體抗壓強度平均值（kPa），當(dāng)水泥摻入量為15%時，90d 齡期的fcu 取1.5MPa；

Ap—樁的截面積（m2）。

復(fù)合地基承載力按照下式計算：

式中：

λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取1；

m—面積置換率，m=d2/d2e，矩形布樁de=1.13s；

β—樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.20；

fsk—處理后樁間土承載力特征值，取50kPa；

fspk— 復(fù)合地基承載力特征值（kPa）。

由以上計算可得，當(dāng)采用樁徑為0.6m 的水泥土攪拌樁時，按照樁間距為1m 等邊三角形布樁，復(fù)合地基承載可達到fspk=120kPa，閘室基底應(yīng)力可以都滿足要求。針對兩種型式進行比較分析，詳見表1。

表1 防潮閘地基處理比選表

4.結(jié)論

通過分析可知，水泥土攪拌樁和鋼筋混凝土灌注樁在提高承載力方面均能滿足要求；但水泥土攪拌樁在減少地基沉降方面較為弱勢，沉降值幾乎為灌注樁的2 倍，且由于理論計算無大量應(yīng)力場和變形場的實驗數(shù)據(jù)，使得沉降計算值與實際有一定的差距。同時，在施工過程中，因施工機械落后和施工人員能力參差不齊等問題，易產(chǎn)生堵土、斷樁等問題。防潮閘與下游海堤形成完整的防潮體系，在防御潮水、保護沿岸人民生命安全方面意義重大，防潮閘是防潮體系中最關(guān)鍵的建筑物，相比海堤等其他工程，在后期的運行、管理、維修、養(yǎng)護等多方面均較為復(fù)雜，尤其是一旦閘室產(chǎn)生過大沉降后，工程處理的難度大、費用高，需要運行管理單位加強巡查，給運行管理造成較大麻煩，故防潮閘閘室在對沉降量和施工質(zhì)量的要求上，相比海堤要高，即防潮閘除了在滿足自身穩(wěn)定的情況下應(yīng)盡可能的減少沉降。經(jīng)綜合考慮，閘室地基處理方式采用鋼筋混凝土灌注樁?！?/p>