发表时间：2018-06-20T16:02:58.700Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第4期作者：张晓威[导读] 土门楼泄洪闸由于地基应力较大，并且存在地基液化问题，为提高其承载能力并消除液化，采用振冲碎石桩对地基进行加固处理是必要的。 河北省水利水电勘测设计研究院天津 300250 摘要：土门楼泄洪闸地层存在地震液化，同时地基应力较大，为提高其承载能力并消除液化，采用振冲碎石桩对地基进行加固处理。结合现场条件按照规范原则和要求进行了桩的布置和设计，同时对单桩承载力和复合地基承载力及其沉降变形量进行了估算。关键词：振冲碎石桩；液化；沉降；应用1工程概况土门楼泄洪闸位于河北省廊坊市香河县钳屯乡红庙村南，座落于青龙湾减河口下游800 处，与土门楼节制闸组成北运河土门楼枢纽。该闸于1974-05建成。工程历经40年多年运用，建筑物存在混凝土剥蚀、裂缝、露筋和机电设备锈蚀老化等诸多隐患，严重影响防洪安全，鉴定为四类闸，拆除重建。水闸为Ⅱ等工程2级建筑物，设计洪水标准50年一遇，流量1680 ，闸上水位12.40 ，闸下水位12.22 。土门楼泄洪闸为开敞式水闸，闸室共11孔，每孔净宽10 ，闸室底板高程6.43 ，顺水流方向长15 ，中间为三孔一联，其余两侧各为两孔一联的
整体式结构，共5联；两岸翼墙采用钢筋混凝土圆弧直墙结构，闸室设一门一机，闸门为钢平板直升式，启闭机为固定卷扬式。根据地质勘探报告，建筑物区域为多层结构，由素填土、砂壤土、砂土、壤土组
蝇蛆蛋白成，地基承载力建议值90～140 ，其中场地3层中细砂土层液化，须进行防液化处理。通过各部位的稳定分析，新建闸室在设计洪水工况下，平均地基应力为167.3 ，超过地基承载力建议值，相当于地基承载力的1.39倍。两岸翼墙在建成无水工况下的基底应力最大，上游翼墙平均基底应力为162.6 ，下游为219.3 ，分别相当于地基承载力的1.16和1.56倍，不能满足设计的要求，因此需要对地基进行加固处理。2方案比选根据闸室稳定及挡土墙稳定计算成果，现状地基承载力不满足设计要求，需通过地基处理提高其承载力，其中闸室地基要求不小于167.3 ，挡土墙要求不小于219.3 。根据地质报告，土门楼泄洪闸地基为中细砂液化土层，并且该地区为8°地震区，因此该闸地基不仅需要提高承载力，也需解决地震液化问题。对于地基中的液化土层，常采用的方法有：①灌注桩；②加密法，常用振冲碎石桩或强夯；③换填法；④围封。
2.1灌注桩。灌注桩处理时要求桩端深入液化深度以下的稳定土层，闸室重量通过墩台传至灌注桩。因灌注桩造价费用相对较高，对于处理液化土层，而承载力要求又不高的地基，不太经济，因此排除此方案。
2.2强夯法。强夯法是将夯锤吊到预定高度脱钩自由下落进行夯击，达到挤密基础的目的，其处理效果与夯击能的大小有密贴关系，夯击能过小，加固效果差；夯击能过大，不仅浪费能源增加费用，而且会破坏土体，降低土体强度。从我国强夯施工现状来看，在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000-3000 ；而且选用单击夯击能以不超过3000 较为经济。土门楼闸基础液化土层中细砂及细砂厚约8.5 ，
根据强夯法有效加固深度的经验值，预估处理土门楼闸基础单击夯击能应在4000 左右，显然不太经济合理。而且强夯法需将地下水降至夯击坑底面以下2 ，土门楼泄洪闸基础地下水位较高，需要大量排水，施工难度大，因此排除强夯法。
2.3换填法。换填法是挖除液化土层，置换非液化土层，其处理深度通常控制在3 以内比较经济合理，根据该工程情况选用换填法不合理。并且换填法需干场作业，施工难度大，因此排除换填法。
2.4围封。围封是用板桩围封可液化层（常用水泥搅拌桩成墙或高喷墙），当饱和松砂震动液化时，围封墙限制了松砂的侧向水压力消散，从而达到防治液化的产生。但是其只能解决液化问题，对地基承载力没有任何提高，结合该工程情况地基承载力不满足设计要求，还需采用其它地基处理进行提高承载力。
2.5振冲碎石桩。振冲碎石桩是加密法的一种，碎石加入地基后，改变了地基土层流势，由于地下水在碎石桩体中流速较大，而挤密原状土中地下水的渗流速度减小，地下水在迅速抬升过程中，通过碎石桩体及时排走孔隙水，降低砂土层内部孔隙水压力，从而消除地震液化，并同时提高了地基承载力。综合比选，土门楼泄洪闸地基处理推荐采用振冲碎石桩。3地基处理设计
防老剂2643.1地基承载力计算振冲碎石桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初设时可通过单桩和处理后桩间土承载力特征值进行估算。振冲碎石桩复合地基承载力特征值估算：式中为面积
置换率，，其中为桩身平均直径0.8 ；为单桩等效影响直径（）, （为桩间距）；为桩体承载力特征值，碎石取700 ；为处理后桩间土承载力特征值，取闸基下各种土层的加权平均值，140.8 。根据建筑物对地基承载力的要求的不同，闸下和挡墙下采用不同的桩间距。闸室下桩间距2 ，经计算复合地基承载力 =198.34 ；挡墙下桩间距1.8 ，经计算复合地基承载力 =227.31 。均满足各建筑物地基承载力的设计要求。
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3.2地基沉降计算。根据《水闸设计规范》要求，地基最终沉降量：式中为地基最终变形量（）；为按分层总和法计算出的地基变形量；－沉降计算经验系数，取0.6；为地基变形计算深度范围内的土层数，计算至第5层的壤土层， =5；为对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加应力（）；为基础底面下第i层土的压缩模量（），由于基础采用振冲碎石桩进行处理，压缩模量采用复合压缩模量，为桩间土压缩模量；、为基础底面至第i层土、第层土底面的距离（）；、为基础底面计算点至第i层土、第层土底面范围内平均附加应力系数。经计算，土门楼泄洪闸最大沉降量为65 ，挡土墙最大沉降量90 ，闸室相邻两联之间最大沉降差20 ，闸与挡土墙之间最大沉降差25 ，满足规范要求。4桩基布置根据《建筑地基处理技术规范》，当要消除地基液化时，振冲桩基础外边缘扩大宽度不应小于基底下可液化土层厚度的1/2，根据地质报告，闸室建基面以下可液化土层厚10.4 ，因此应在建筑物轮廓线以外设不少于3排的振冲桩以满足消除地震液化的要求。地基处理的各项设计参数施工时须进行现场试验，根据试验成果对桩径和桩距等进行修正，以达到既能满足对地基承载力的要求，又可最大限度的节省投资。
5 施工工艺
施工前把场地清理平整完毕，然后进行振冲碎石桩的施工。振冲法工艺流程为: 定位→成孔→清孔→填料→振实。
①根据设计要求采用ZCQ-75型振冲器及配套工具；②按图纸测放桩位；③组装好振冲器后，接通水源﹑电源；④调试设备，校核各项技术参数，以确定设备处于良好运行状态；⑤施工机具﹑人员就位，吊车起吊振冲器对准桩位；⑥造孔：开动高压水泵冲水，启动自动控制系统，待振冲器运转正常后，使振冲器徐徐贯入土中，振冲器下降速率控制在0.5-2.0m/min；⑦清孔：造孔结束后，将振冲器提出孔口，再以较快速度从原孔贯入，使桩孔畅通，为了便于填料加密，可将振冲器提升2-3次；⑧填料加密：向孔内倾倒部分石料压底，然后用振冲器反插至设计标高后上提30-50cm，待达到加密电流和留振时间后，可依次向上分段加密，加密段长度应符合设计要求，控制在30-50cm；⑨重复上一步骤，自下而上加密，直至孔口；⑩关闭振冲器，关闭水泵，单根制桩结束。
汽水取样装置6 结语
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土门楼泄洪闸由于地基应力较大，并且存在地基液化问题，为提高其承载能力并消除液化，采用振冲碎石桩对地基进行加固处理是必要的。
参考文献
[1] 《水闸设计规范》(SL265-2016)，中国水利水电出版社，2016年。
android退出应用[2] 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），中国建筑工业出版社,2013。
[3]《岩土工程勘探规范》（GB50021-2001），中国建筑工业出版社，2009。
[4] 《岩土工程手册》(第三版).
[5] 《水工挡土墙设计规范》（SL397-2007），中国水利水电出版社，2007．
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