水泥粉煤灰碎石桩在穿漳卫新河引水工程中的应用

□韦亚琳 张鑫

水泥粉煤灰碎石桩在穿漳卫新河引水工程中的应用

□韦亚琳 张鑫

通过水泥粉煤灰碎石桩对穿漳卫新河引水工程基础进行处理，提高了地基的承载力，对类似工程提供借鉴。

跨流域调水；地基承载力；水泥粉煤灰碎石桩

水泥粉煤灰碎石桩桩体由水泥、粉煤灰碎石、石屑和砂组成加水搅拌而成，可较大幅度提高地基承载力并降低地基压缩性，目前在处理建筑物的软弱黏性土基础中得到广泛应用。

1.工程概况及存在问题

河北省属典型的资源型缺水省份，沧州市位于缺水最严重的黑龙港流域，市辖的南皮、沧县、孟村、盐山、海兴及黄骅等5县1市农业灌溉严重依赖地下水，李家岸引黄工程利用黄河水作为沧州市压减地下水开采的替代水源，可有效地缓解上述区域的地下水超采问题。

李家岸跨流域调水工程引水水源为山东德州李家岸灌区，将水引至控制沧州5县1市相关地区，倒虹吸工程为李家岸引黄工程穿越漳卫新河的重要节点和控制工程，设计引水流量30m3/s。倒虹吸工程总长1415m，轴线与河道斜交65°，其中进口连接段长30m、进口检修闸长14m，南堤南段长50m、穿南堤段长90m、右岸滩地段长360m、主槽段长225m、左岸滩地段长145m、穿北堤段长90m、北堤北段长360m，出口节制闸长10m、出口连接段长41m。倒虹吸采用钢筋混凝土箱涵结构，孔口尺寸为3.6m（高）×3.6m（宽）×2（孔）。进口检修闸闸孔净宽3.5m×2（孔），跃丰渠节制闸闸孔净宽5.0m×2（孔）；出口节制闸闸孔净宽3.5m×2（孔），新凤翔干沟节制闸闸孔净宽3.5m×2（孔）。

根据工程地质勘探成果，倒虹吸沿线建基面地层类型较多。管身穿越漳卫新河河床部位，基础置于Ⅲ单元含有机质黏性土层顶部，该层具高压缩性，承载力低，易产生基础沉降。经各建筑物稳定性及沉降计算，各个闸的抗滑稳定安全系数在正常挡水工况下均不满足规范要求，闸室上、下游挡墙个别工况的地基承载力以及穿堤段地基承载力不满足规范要求，需要进行地基处理。

2.基础处理措施比较

工程中常用的地基处理方法有换填法、强夯法、水泥搅拌桩法、振冲碎石桩法以及水泥粉煤灰碎石桩法等。

换填法一般适用于深度不小于0.5m，不大于3m的浅层地基处理，该法可以改善地基应力分布，减少沉降量，适当提高地基稳定性，不足是不适用于厚度较大的软土地基。强夯法可以增加地基承载力，减少沉降量，适用于透水性较好的松软地基，尤其适用于碎石土或松砂地基，但对于淤泥或是含水量较大的土层则需要采取有效的排水措施。水泥搅拌桩利用水泥作为固化剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处将软土和水泥（浆液或粉体）搅拌后，使软土硬结改性，但对于有机质土及地下水有腐蚀的情况必须通过现场及室内试验确定其实用性。振冲碎石桩法主要利用振动器振动形成碎石桩，桩间土受到不同程度的挤密，从而提高承载力。但由于碎石桩为散体材料，其对于承载力的提高幅度是有限的。水泥粉煤灰碎石桩桩体由水泥、粉煤灰碎石、石屑和砂组成加水搅拌而成，可较大幅度提高地基承载力并降低地基压缩性，但成本较高。

本工程基础为较软地基，大部分为含有机质壤土及含有机质黏土，含水量大，厚度较大（3～10m）故不适合换填法和强夯法。根据地质报告，地下水对于混凝土等具有轻度腐蚀性，故不适合水泥搅拌桩。振冲碎石桩作为散体材料基本依靠置换率提高承载力，与水泥粉煤灰碎石桩相比提高相同比例的承载力，桩径较大桩间距较小，且其提高幅度有限，本工程地基处理主要作用为提高承载力，且仅局部进行处理，故选用水泥粉煤灰碎石桩。

3.基础处理设计

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012），水泥粉煤灰碎石桩处理后的地基为有粘结强度增强体的复合地基，其承载力按下式计算：

式中：

fsk—处理后桩间土承载力（kPa）；

λ—单桩承载力发挥系数，按地区经验取值；

Ru—单桩竖向承载力特征值（kN）；

Ap—桩的截面积（m2）；

β—桩间土承载力发挥系数，按地区经验取值。

其中，λ取0.85，对于一般黏性土fsk取天然地基承载力特征值，β取0.95。

水泥粉煤灰碎石桩采用长螺旋钻成孔泵压混合料成桩工艺，桩径300～600mm，桩间距3～5倍的桩径。经计算，穿堤段水泥粉煤灰桩径0.5m，桩间距1.5m，呈正方形布置，处理后复合地基承载力为285kPa，满足穿堤管身段承载力要求。为防止地基处理界面的软硬土结合造成不均匀沉降，根据堤防覆土的厚度将桩距由1.5m渐变至2.5m。倒虹吸进出口闸、跃丰渠节制闸、新凤翔干沟节制闸闸室及其上下游圆弧翼墙基础地基处理桩径0.5m，间距2.5m，处理后复合地基承载力180kPa，满足结构抗滑稳定及闸室承载力要求。需要注意的是，基础为含水量较大的软黏性土，倒虹吸施工时需要进行排水。为保证干场作业并形成较稳定建基面，桩顶铺设0.5m厚碎石垫层。□

2017-06-09

韦亚琳，女，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，正高级工程师。张鑫，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，高级工程师。