小型农田水利工程软土地基加固处理方法

农田水利

小型农田水利工程软土地基加固处理方法

梁 军 石 炜 沈芝莹 陈 娟

一、概述

小型农田水利工程规模小、工程形态多样，用引水、提水、蓄水等多种方式灌溉农田，常建设在田间，施工条件差，单体工程投资低。软弱土是指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土，由软弱土组成的地基为软土地基。

近年来，淮安市里下河地区射阳湖周边有很多小型农田水利工程在软土地基上兴建，但以软土作为建筑物的地基有很多不利因素，由于软土的强度很低，压缩性较高，不能承受较大的建筑物荷载，建筑物基础的沉降和不均匀沉降往往比较大，因此在软土地基上建造建筑物必须对软土地基进行处理。本文列举两种软土地基处理方法，供同类工程借鉴。

二、加固处理方法

根据相关的技术规范，软土地基常采用的地基处理方案有：垫层法、强力夯实法、振动水冲法、桩基础等，本文针对小型农田水利工程整体造价低、施工条件差、大型机械无法进场等特点，提出适宜且经济实用的地基处理方法：

1.水泥土换填垫层法

（1）施工方法

针对厚度不大的软土地基，可以直接开挖清除，然后以换填垫层的方案进行地基处理。一般可采用性能稳定、压缩性低的天然或者人工材料。该地区直接采用水泥作为固化剂与开挖清除出来的软土强制拌和，形成高强度的水泥土，然后回填至设计标高，一般水泥掺入量为10%左右，针对小型农田水利工程回填压实度不低于0.93，处理过后地基水泥土的承载力可达到300kPa左右，远高于一般坚硬粘土承载力值，地基处理效果明显。

（2）工程实例

某小型泵站设计流量0.50m3/s，设计净扬程2.00m，水泵采用500ZLB-125立式轴流泵一台，站身采用墩墙式湿实型泵房，通过结构稳定计算，站身部位地基反力为65.0kPa。站身底板位于第三层软弱淤泥土上，厚度约为1.30m，地基承载力仅为45.0kPa，采用换填水泥土方式进行地基处理，换填后通过静载试验测得地基承载力为280kPa，满足结构稳定需要。该工程总投资概算约为45万元，而地基处理投资为1.6万元，仅占总投资的2%左右。

2.松木桩基础

作为一种古老的地基处理方法，松木桩以其取材容易、施工技术简单易行、造价较低的优点在里下河地区获得了广泛的应用，但在目前现有的地基处理技术规范中均未提及。

（1）计算方法

1）单桩承载力标准值计算

a.按照桩材强度确定单桩承载力标准值

松木桩单桩承载力受桩材自身强度限制，按照桩材强度确定的单桩承载力标准值计算公式如下：

Ra=ψα[σ]Ap

式中：Ra—单桩承载力标准值（kN）；

ψ—纵向弯曲系数，与桩间土质有关，一般取为1.0；

α—桩材料的应力折减系数，木材取为0.5；

[σ]—桩材料的容许应力（kPa），根据《木结构设计规范》选取；

Ap—桩端截面积（m2）。

b.按照土抗力确定单桩承载力标准值

松木桩在土中形成摩擦桩，其单桩承载力标准值按照下式计算：

Ra=μΣqsili+qpAp

式中：Ra—单桩竖向极限承载力标准值（kN）；

μ—桩身周长（m）；

qsi—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值（kPa）；

qp—极限端阻力标准值（kPa）；

li—桩周第i层土的厚度（m）；

Ap—桩端截面积（m2）；

根据以上两种计算结果，取小值确定为松木桩单桩承载力标准值。2）复核地基承载力计算

式中：fsp，k—复合地基的承载力（kPa）；

m—面积置换率；

Ap—桩的截面积（m2）；

fs，k—桩间天然地基土承载力特征值（kPa）；

β—桩间土承载力折减系数；

Ra—单桩承载力标准值（kPa）。

（2）松木桩桩材与施工

木桩一般选取大头直径不小于18cm，尾径不小于15cm。桩身要求挺直，一面弯曲不宜大于桩长的l%，二面弯曲的不宜使用。不得有腐朽、虫害及漏节等庇点。桩尖可对称削成三棱或四棱，桩尖在桩纵轴线上，长度为直径的1.5倍。施工时人工扶正松木桩，桩位按设计间距以梅花状布置；将挖掘机的挖斗倒过来轻轻扣压桩至软基中；按压稳定后，人立即离开桩位，用挖斗背面击打桩头，直到没有明显打入量为止，确保松木桩垂直打入持力层；打桩完毕后根据上部结构高度锯平桩头，在桩顶铺设一层20cm厚级配碎石褥垫层，然后浇筑结构封底。

（3）工程实例

某小型泵站设计流量0.72m3/s，设计净扬程3.10m，水泵采用600ZLB-125立式轴流泵一台，站身采用墩墙式湿实型泵房，通过结构稳定计算，站身部位地基反力为71.0kPa。站身底板位于第三层软弱淤泥土上，厚度约为4.20m，地基承载力仅为50.0kPa，采用施打5.0m长松木桩方式进行地基处理，根据上述计算理论，确定松木桩间距为0.8m，加固后地基承载力为96.1kPa。工程地基处理后通过静载试验测得地基承载力为102kPa，表明上述计算理论合理。该工程总投资概算约为62万元，而地基处理投资为3.5万元，仅占总投资的5.6%左右。

三、结论

本文结合地区实际工程经验对小型农田水利工程软体地基处理，提出两种方案：如软弱地基土厚度比较小，低于2.0m，采用10%水泥土进行换填处理；软弱地基土厚度大于2.0m，采用松木桩进行加固处理。工程实例表明，松木桩基础提出的理论计算成果与现场试验结果一致，可作为设计依据确定最优的桩间距。提出的两种处理方式符合小型农田水利工程施工特点，原材料运输方便，现场施工技术简单，对施工机械及施工人员要求低

（作者单位：淮安市水利勘测设计研究院有限公司 223005）