中小型水利工程中水泥土搅拌桩与管桩混合的应用

吴仕斌

【摘要】一个水利工程往往是由许多个水工建筑物组合而成的。在施工过程中，水泥土搅拌桩与管桩混合的应用可使施工时相接处不产生沉降差，保证工程质量。本文就涵管沉降计算、防洪闸沉降计算和裂缝产生进行分析，并对多桩型混合使用提出了建议。

【关键词】中小型水利工程；水泥土搅拌桩；管桩混合

多种桩型混合使用如果处理不好很容易出问题。水利工程建筑物间相邻紧接，地基反力差异较大，这就造成可能出现同一工程出现多种地基处理方法。比如通常泵房比较重要，要严格控制沉降，通常采用管桩基础。而出水涵管在堤身位置通常是采用搅拌桩处理。防洪闸地基反力太大，也采用管桩处理。为了使不同建筑物相接处不产生沉降差，以及保证泵站出水平顺，通常将涵管简支在泵房和防洪闸上。涵管中间通常设置1～2个分缝，缝外通常采用砼套环来防止涵管之间产生沉降差。某泵站工程正是采用了以上这种布置形式，具体如图1所示。在填完堤身土后不久发现靠近防洪闸的一节涵管底板出现一道裂缝并向侧墙发展，裂缝呈U型状。明显这是由于涵管纵向抗弯强度不够造成的。下面将通过涵管及防洪闸的沉降计算结果分析涵管裂缝产生的原因。

图1某泵站纵剖面示意图

一、涵管沉降计算

泵站由纵多建筑物相邻布置，沉降计算考虑相邻建筑物的影响，泵房及防洪闸采用管桩基础，所以不考虑泵房及防洪闸的影响。这里仅计算堤身下涵管中心沉降量。如原堤防已建好多年固结稳定，先开挖堤防建出水涵管，由于地质报告未能提供回弹再压缩曲线及回弹模量，故采用弹性模量经验值进行沉降计算。基底以下各土层的弹性模量、压缩模量、取用值见下表1所示，表中弹性模量为经验值，压缩模量为实测值。由于荷载作用范围较大，应力影响深度大，所以计算深度取在中风化岩面，深度为22.7m。计算简图如2所示。表1土层各模量值（Mpa）（如下表）

图2涵管沉降计算简图（如下图）

涵管地基应力平均为180kPa，搅拌桩置换率m=0.166，搅拌桩桩身强度f=1.2Mpa，E=100f=120Mpa，复合土层的模量E按式2-5计算，得到（1）淤泥质土的复合土层的压缩模量E为：36.6Mpa。沉降采用式2-6计算，采用表格计算如下表2。

表2自身荷载作用下的沉降计算（表2见下页）

考虑回弹影响的沉降计算经验系数，按规范取1.0，所以最终出水涵管最大沉降量为：1.0×107=107mm。

二、防洪闸沉降计算

《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）规定：“对于桩中心距不大于倍桩径的桩基，其最终沉降量可采用等效作用分层综合法。等效作用面位于桩段平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加压力近似取承台底平均附加压力。等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。”对于矩形桩基中点最终沉降量可按下式3-4计算：

式中ψ——桩基沉降计算经验系数，当无地区经验时，可按规范第5.5.11条确定；

ψe——桩基等效沉降系数，可按本规范第5.5.9条确定；

Po——在荷载效应准永久组合下承台的平均附加压力（kPa）；

n——未加固土层计算深度范围内所划分的土层数；

Esi——搅拌桩桩端下第i层土的压缩模量（Mpa）；

Zi、Z——桩端至第i层土、第i-1层土底面的距离（m）；

、——桩端到第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数，可查规范附录D。

桩基沉降计算深度Z应按应力比法确定，即计算深度处的附加应力σ与土的自重

应力σ应符合下列公式3-5、3-6要求：

式中a——附加应力系数，可根据角点法划分的矩形长宽比及深宽比按规范附录D选用；

本工程中防洪闸基础采用Φ500@2500的管桩基础，按照《建筑桩基技术规范》中的规定，桩中心距不大于6倍桩径，按等效作用分层总和法计算。

防洪闸段管桩设计桩长为18m，桩顶标高为-0.7m，管桩基础桩端标高为-18.7m，根据地质资料可知，管桩已进入中风化层，故桩端土层仅为中风化一层。将管桩考虑为端承桩，荷载全部传递至桩端，防洪闸基底应力为120kPa。计算深度取8m，此时：

因此，取8m计算满足规范对桩基沉降计算深度的要求。中风化层采用变形模量E计算沉降量，根据地质报告E取为150MPa。

故防洪闸管桩基础最终计算沉降量为1.03mm。

三、裂缝产生分析

由以上计算可知，涵管段基础最终计算沉降量可达107mm，防洪闸基础最终计算沉降量为1.03mm，沉降差高达106mm，大于水闸规范50mm的要求。分析原因发现，由于这节涵管简支在管桩基础的防洪闸上，两个建筑物间的沉降变形不协调，涵管沉的多，而防洪闸基本不沉，造成涵管底部部分土体脱空，无法支撑涵管的荷载，而且涵管顶部填土较高，涵管较长达到17m，使得涵管内产生比较大的纵向弯矩，同时底板纵向钢筋配置偏少，造成弯曲破坏，而产生裂缝。

四、多桩型混合使用对策

知道多桩型混合使用的危害后，就应该采取措施来应对对此类问题。若继续采用混合桩型，可以采取如下措施：（1）在出水涵管两头设置5m左右的过渡段，如图3所示，过渡段底板纵向配筋按照简支在相邻两建筑物上进行计算。（2）合理布置搅拌桩，使得各建筑物间的沉降差不大于50mm，防止止水拉断。

图3泵站设计优化方案

从上述教训告诉我们，相邻有搭接的建筑物间的基础处理宜尽量采用同一种类型，即使不同类型，也要保证建筑物间的变形协调，才能保证各建筑物的安全。

【参考文献】

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