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水泥粉煤灰碎石樁在穿漳衛(wèi)新河引水工程中的應(yīng)用

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通過水泥粉煤灰碎石樁對(duì)穿漳衛(wèi)新河引水工程基礎(chǔ)進(jìn)行處理，提高了地基的承載力，對(duì)類似工程提供借鑒。

跨流域調(diào)水；地基承載力；水泥粉煤灰碎石樁

水泥粉煤灰碎石樁樁體由水泥、粉煤灰碎石、石屑和砂組成加水?dāng)嚢瓒?，可較大幅度提高地基承載力并降低地基壓縮性，目前在處理建筑物的軟弱黏性土基礎(chǔ)中得到廣泛應(yīng)用。

1.工程概況及存在問題

河北省屬典型的資源型缺水省份，滄州市位于缺水最嚴(yán)重的黑龍港流域，市轄的南皮、滄縣、孟村、鹽山、海興及黃驊等5縣1市農(nóng)業(yè)灌溉嚴(yán)重依賴地下水，李家岸引黃工程利用黃河水作為滄州市壓減地下水開采的替代水源，可有效地緩解上述區(qū)域的地下水超采問題。

李家岸跨流域調(diào)水工程引水水源為山東德州李家岸灌區(qū)，將水引至控制滄州5縣1市相關(guān)地區(qū)，倒虹吸工程為李家岸引黃工程穿越漳衛(wèi)新河的重要節(jié)點(diǎn)和控制工程，設(shè)計(jì)引水流量30m3/s。倒虹吸工程總長(zhǎng)1415m，軸線與河道斜交65°，其中進(jìn)口連接段長(zhǎng)30m、進(jìn)口檢修閘長(zhǎng)14m，南堤南段長(zhǎng)50m、穿南堤段長(zhǎng)90m、右岸灘地段長(zhǎng)360m、主槽段長(zhǎng)225m、左岸灘地段長(zhǎng)145m、穿北堤段長(zhǎng)90m、北堤北段長(zhǎng)360m，出口節(jié)制閘長(zhǎng)10m、出口連接段長(zhǎng)41m。倒虹吸采用鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，孔口尺寸為3.6m（高）×3.6m（寬）×2（孔）。進(jìn)口檢修閘閘孔凈寬3.5m×2（孔），躍豐渠節(jié)制閘閘孔凈寬5.0m×2（孔）；出口節(jié)制閘閘孔凈寬3.5m×2（孔），新鳳翔干溝節(jié)制閘閘孔凈寬3.5m×2（孔）。

根據(jù)工程地質(zhì)勘探成果，倒虹吸沿線建基面地層類型較多。管身穿越漳衛(wèi)新河河床部位，基礎(chǔ)置于Ⅲ單元含有機(jī)質(zhì)黏性土層頂部，該層具高壓縮性，承載力低，易產(chǎn)生基礎(chǔ)沉降。經(jīng)各建筑物穩(wěn)定性及沉降計(jì)算，各個(gè)閘的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在正常擋水工況下均不滿足規(guī)范要求，閘室上、下游擋墻個(gè)別工況的地基承載力以及穿堤段地基承載力不滿足規(guī)范要求，需要進(jìn)行地基處理。

2.基礎(chǔ)處理措施比較

工程中常用的地基處理方法有換填法、強(qiáng)夯法、水泥攪拌樁法、振沖碎石樁法以及水泥粉煤灰碎石樁法等。

換填法一般適用于深度不小于0.5m，不大于3m的淺層地基處理，該法可以改善地基應(yīng)力分布，減少沉降量，適當(dāng)提高地基穩(wěn)定性，不足是不適用于厚度較大的軟土地基。強(qiáng)夯法可以增加地基承載力，減少沉降量，適用于透水性較好的松軟地基，尤其適用于碎石土或松砂地基，但對(duì)于淤泥或是含水量較大的土層則需要采取有效的排水措施。水泥攪拌樁利用水泥作為固化劑，通過特別的深層攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和水泥（漿液或粉體）攪拌后，使軟土硬結(jié)改性，但對(duì)于有機(jī)質(zhì)土及地下水有腐蝕的情況必須通過現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)試驗(yàn)確定其實(shí)用性。振沖碎石樁法主要利用振動(dòng)器振動(dòng)形成碎石樁，樁間土受到不同程度的擠密，從而提高承載力。但由于碎石樁為散體材料，其對(duì)于承載力的提高幅度是有限的。水泥粉煤灰碎石樁樁體由水泥、粉煤灰碎石、石屑和砂組成加水?dāng)嚢瓒?，可較大幅度提高地基承載力并降低地基壓縮性，但成本較高。

本工程基礎(chǔ)為較軟地基，大部分為含有機(jī)質(zhì)壤土及含有機(jī)質(zhì)黏土，含水量大，厚度較大（3～10m）故不適合換填法和強(qiáng)夯法。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，地下水對(duì)于混凝土等具有輕度腐蝕性，故不適合水泥攪拌樁。振沖碎石樁作為散體材料基本依靠置換率提高承載力，與水泥粉煤灰碎石樁相比提高相同比例的承載力，樁徑較大樁間距較小，且其提高幅度有限，本工程地基處理主要作用為提高承載力，且僅局部進(jìn)行處理，故選用水泥粉煤灰碎石樁。

3.基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012），水泥粉煤灰碎石樁處理后的地基為有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體的復(fù)合地基，其承載力按下式計(jì)算：

式中：

fsk—處理后樁間土承載力（kPa）；

λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值；

Ru—單樁豎向承載力特征值（kN）；

Ap—樁的截面積（m2）；

β—樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值。

其中，λ取0.85，對(duì)于一般黏性土fsk取天然地基承載力特征值，β取0.95。

水泥粉煤灰碎石樁采用長(zhǎng)螺旋鉆成孔泵壓混合料成樁工藝，樁徑300～600mm，樁間距3～5倍的樁徑。經(jīng)計(jì)算，穿堤段水泥粉煤灰樁徑0.5m，樁間距1.5m，呈正方形布置，處理后復(fù)合地基承載力為285kPa，滿足穿堤管身段承載力要求。為防止地基處理界面的軟硬土結(jié)合造成不均勻沉降，根據(jù)堤防覆土的厚度將樁距由1.5m漸變至2.5m。倒虹吸進(jìn)出口閘、躍豐渠節(jié)制閘、新鳳翔干溝節(jié)制閘閘室及其上下游圓弧翼墻基礎(chǔ)地基處理樁徑0.5m，間距2.5m，處理后復(fù)合地基承載力180kPa，滿足結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定及閘室承載力要求。需要注意的是，基礎(chǔ)為含水量較大的軟黏性土，倒虹吸施工時(shí)需要進(jìn)行排水。為保證干場(chǎng)作業(yè)并形成較穩(wěn)定建基面，樁頂鋪設(shè)0.5m厚碎石墊層?！?/p>

2017-06-09

韋亞琳，女，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，正高級(jí)工程師。張?chǎng)?，男，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，高級(jí)工程師。