水閘軟土地基處理中預制高強混凝土管樁設計與試驗

王西青

(安徽省阜陽市水利規劃設計院有限公司，安徽 阜陽 236000)

水閘軟土地基處理的設計可以采用換填墊層、水泥土攪拌樁、剛性樁復合地基等多種方案。換填墊層法適用淺層軟軟土層，黑茨河閘地基軟土層厚為4.50～9.40m，平均7.01m，因此不適用此方案；水泥土攪拌樁施工工期長、靜載等待時間長，施工完成后養護期28d；管樁施工不受雨季、氣溫等因素的影響，樁身混凝土強度高，單樁承載力高，管樁施工完成后周邊土應力釋放期7d，試驗周期短，對持力層起伏變化較大的地質條件適應性強，設計選用范圍廣。由于工程工期緊，地質復雜、不可預見因素多，經綜合分析，擬采用預制管樁。

1 工程概況

黑茨河閘工程規模為大(2)型水閘，主要建筑物級別為2級；5年一遇設計排澇流量717m3/s；20年一遇校核行洪流量1114m3/s；50年校核排洪流量1330m3/s。該閘共7孔開敞式結構，閘孔總凈寬78m；中間5孔分2聯，每孔凈寬10m；兩側通航孔共2孔，每孔凈寬14m。閘室底板坐落在第(3)層重粉質壤土層，該層土強度較低，承載力不能滿足設計要求。

2 工程地質

表1 土層參數取值表

3 地基處理方案

黑茨河閘地基采用預制高強混凝土管樁進行處理，規格PST-HCF400-60管樁，混凝土等級為C80，外徑400mm，內徑280mm，壁厚60mm。根據各部位對地基承載力的要求不同，閘室段正方形布置(間距1.8m)，共計520根樁；岸墻段正方形布置(間距1.4m)，共計234根樁；上下游翼墻正方形布置(間距1.5m)，共計436根樁；樁端進入4層重粉質砂壤土層不小于1m。

樁頂設400mm厚塑性混凝土褥墊層，保證樁、土共同承擔荷載，調整樁垂直及水平荷載的分擔比例，減少基礎底面的應力集中，解決抗滑穩定及滲透變形方面的特殊要求，如圖1所示。

圖1 黑茨河閘復合地基加固橫剖視圖

4 樁的設計計算

JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》復合地基承載力特征值按公式：

(1)

單樁豎向抗壓承載力特征值按公式：

Ra=up∑(qsili)+αpqpAp

(2)

公式中參數選擇：樁端端阻力發揮系數0.9，樁體豎向抗壓承載力修正系數1.0，樁間土地基承載力修正系數0.70，地基承載力允許值70.0，樁端截面積0.126。設計計算成果見表2。

表2 管樁承載力計算表

5 試驗檢驗

(1)單樁豎向抗壓靜載荷試驗統計表見表3，單樁靜載荷試驗點的荷載與沉降量關系曲線(Q—s)、s—lgt關系曲線如圖2所示(因篇幅有限，試驗數據較多，統計表中只列出主要數據，每根樁的關系曲線較類似，故僅附1個圖)。單樁豎向抗壓承載力特征值均滿足設計要求。

表3 單樁豎向抗壓靜載荷試驗統計表

圖2 2聯閘室7-4單樁Q—S、S—lgt曲線

(2)單樁復合地基載荷試驗統計表見表4，單樁靜載荷試驗點的荷載與沉降量關系曲線(Q—s)、s—lgt關系曲線如圖3所示。單樁復合地基承載力特征值均滿足設計要求。

圖3 右岸墻復合地基P—S、S—lgt曲線

表4 單樁復合地基載荷試驗統計表

(3)基樁高應變檢測成果匯總表見表5，高應變動擬合曲線如圖4所示。各樁實測單樁承載力均不小于設計單樁承載力特征值的2倍，單樁豎向承載力特征值均滿足設計要求。

圖4 2聯閘室ZS2基樁曲線

表5 高應變檢測成果匯總表

(4)基樁低應變共計抽檢243根基樁，其中I類樁210根，占所測樁數的86.4%，I類樁33根，占所測樁數的13.6%，樁身完整性均符合規范要求。

6 結語

本文重點從設計計算與試驗檢測兩方面進行對比分析，利用單樁豎向抗壓靜載荷試驗、單樁復合地基載荷試驗、基樁高應變檢測驗證設計單樁承載力，利用基樁低應變檢驗樁身完整性，確保預制高強混凝土管樁在水閘工程軟土地基基礎加固處理的合理性與適用性，在設計與試驗方面積累了實踐經驗，可為讀者在其他水利工程的建設時應用管樁進行地基處理設計提供參考借鑒，以利于管樁技術更廣泛的推廣。