小型農(nóng)田水利工程軟土地基加固處理方法

農(nóng)田水利

小型農(nóng)田水利工程軟土地基加固處理方法

梁 軍 石 煒 沈芝瑩 陳 娟

一、概述

小型農(nóng)田水利工程規(guī)模小、工程形態(tài)多樣，用引水、提水、蓄水等多種方式灌溉農(nóng)田，常建設(shè)在田間，施工條件差，單體工程投資低。軟弱土是指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土，由軟弱土組成的地基為軟土地基。

近年來(lái)，淮安市里下河地區(qū)射陽(yáng)湖周邊有很多小型農(nóng)田水利工程在軟土地基上興建，但以軟土作為建筑物的地基有很多不利因素，由于軟土的強(qiáng)度很低，壓縮性較高，不能承受較大的建筑物荷載，建筑物基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉降往往比較大，因此在軟土地基上建造建筑物必須對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。本文列舉兩種軟土地基處理方法，供同類工程借鑒。

二、加固處理方法

根據(jù)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，軟土地基常采用的地基處理方案有：墊層法、強(qiáng)力夯實(shí)法、振動(dòng)水沖法、樁基礎(chǔ)等，本文針對(duì)小型農(nóng)田水利工程整體造價(jià)低、施工條件差、大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)等特點(diǎn)，提出適宜且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的地基處理方法：

1.水泥土換填墊層法

（1）施工方法

針對(duì)厚度不大的軟土地基，可以直接開(kāi)挖清除，然后以換填墊層的方案進(jìn)行地基處理。一般可采用性能穩(wěn)定、壓縮性低的天然或者人工材料。該地區(qū)直接采用水泥作為固化劑與開(kāi)挖清除出來(lái)的軟土強(qiáng)制拌和，形成高強(qiáng)度的水泥土，然后回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，一般水泥摻入量為10%左右，針對(duì)小型農(nóng)田水利工程回填壓實(shí)度不低于0.93，處理過(guò)后地基水泥土的承載力可達(dá)到300kPa左右，遠(yuǎn)高于一般堅(jiān)硬粘土承載力值，地基處理效果明顯。

（2）工程實(shí)例

某小型泵站設(shè)計(jì)流量0.50m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程2.00m，水泵采用500ZLB-125立式軸流泵一臺(tái)，站身采用墩墻式濕實(shí)型泵房，通過(guò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算，站身部位地基反力為65.0kPa。站身底板位于第三層軟弱淤泥土上，厚度約為1.30m，地基承載力僅為45.0kPa，采用換填水泥土方式進(jìn)行地基處理，換填后通過(guò)靜載試驗(yàn)測(cè)得地基承載力為280kPa，滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定需要。該工程總投資概算約為45萬(wàn)元，而地基處理投資為1.6萬(wàn)元，僅占總投資的2%左右。

2.松木樁基礎(chǔ)

作為一種古老的地基處理方法，松木樁以其取材容易、施工技術(shù)簡(jiǎn)單易行、造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn)在里下河地區(qū)獲得了廣泛的應(yīng)用，但在目前現(xiàn)有的地基處理技術(shù)規(guī)范中均未提及。

（1）計(jì)算方法

1）單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

a.按照樁材強(qiáng)度確定單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值

松木樁單樁承載力受樁材自身強(qiáng)度限制，按照樁材強(qiáng)度確定的單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式如下：

Ra=ψα[σ]Ap

式中：Ra—單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

ψ—縱向彎曲系數(shù)，與樁間土質(zhì)有關(guān)，一般取為1.0；

α—樁材料的應(yīng)力折減系數(shù)，木材取為0.5；

[σ]—樁材料的容許應(yīng)力（kPa），根據(jù)《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》選取；

Ap—樁端截面積（m2）。

b.按照土抗力確定單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值

松木樁在土中形成摩擦樁，其單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值按照下式計(jì)算：

Ra=μΣqsili+qpAp

式中：Ra—單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

μ—樁身周長(zhǎng)（m）；

qsi—樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；

qp—極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；

li—樁周第i層土的厚度（m）；

Ap—樁端截面積（m2）；

根據(jù)以上兩種計(jì)算結(jié)果，取小值確定為松木樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值。2）復(fù)核地基承載力計(jì)算

式中：fsp，k—復(fù)合地基的承載力（kPa）；

m—面積置換率；

Ap—樁的截面積（m2）；

fs，k—樁間天然地基土承載力特征值（kPa）；

β—樁間土承載力折減系數(shù)；

Ra—單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）。

（2）松木樁樁材與施工

木樁一般選取大頭直徑不小于18cm，尾徑不小于15cm。樁身要求挺直，一面彎曲不宜大于樁長(zhǎng)的l%，二面彎曲的不宜使用。不得有腐朽、蟲(chóng)害及漏節(jié)等庇點(diǎn)。樁尖可對(duì)稱削成三棱或四棱，樁尖在樁縱軸線上，長(zhǎng)度為直徑的1.5倍。施工時(shí)人工扶正松木樁，樁位按設(shè)計(jì)間距以梅花狀布置；將挖掘機(jī)的挖斗倒過(guò)來(lái)輕輕扣壓樁至軟基中；按壓穩(wěn)定后，人立即離開(kāi)樁位，用挖斗背面擊打樁頭，直到?jīng)]有明顯打入量為止，確保松木樁垂直打入持力層；打樁完畢后根據(jù)上部結(jié)構(gòu)高度鋸平樁頭，在樁頂鋪設(shè)一層20cm厚級(jí)配碎石褥墊層，然后澆筑結(jié)構(gòu)封底。

（3）工程實(shí)例

某小型泵站設(shè)計(jì)流量0.72m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程3.10m，水泵采用600ZLB-125立式軸流泵一臺(tái)，站身采用墩墻式濕實(shí)型泵房，通過(guò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算，站身部位地基反力為71.0kPa。站身底板位于第三層軟弱淤泥土上，厚度約為4.20m，地基承載力僅為50.0kPa，采用施打5.0m長(zhǎng)松木樁方式進(jìn)行地基處理，根據(jù)上述計(jì)算理論，確定松木樁間距為0.8m，加固后地基承載力為96.1kPa。工程地基處理后通過(guò)靜載試驗(yàn)測(cè)得地基承載力為102kPa，表明上述計(jì)算理論合理。該工程總投資概算約為62萬(wàn)元，而地基處理投資為3.5萬(wàn)元，僅占總投資的5.6%左右。

三、結(jié)論

本文結(jié)合地區(qū)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)小型農(nóng)田水利工程軟體地基處理，提出兩種方案：如軟弱地基土厚度比較小，低于2.0m，采用10%水泥土進(jìn)行換填處理；軟弱地基土厚度大于2.0m，采用松木樁進(jìn)行加固處理。工程實(shí)例表明，松木樁基礎(chǔ)提出的理論計(jì)算成果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果一致，可作為設(shè)計(jì)依據(jù)確定最優(yōu)的樁間距。提出的兩種處理方式符合小型農(nóng)田水利工程施工特點(diǎn)，原材料運(yùn)輸方便，現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)簡(jiǎn)單，對(duì)施工機(jī)械及施工人員要求低

（作者單位：淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 223005）