振沖法在蘇泗莊水閘地基加固中的應(yīng)用

鮑文強(qiáng)

（鄄城縣水務(wù)局蘇泗莊引黃灌區(qū)管理處，山東 鄄城 274600）

蘇泗莊引黃灌區(qū)位于山東省鄄城中南部，灌區(qū)總面積為 678.9km2，設(shè)計灌溉面積 3.07×104hm2，灌區(qū)內(nèi)主要農(nóng)作物為：小麥、玉米等。擬建分水閘位于三干渠左岸，樁號8+650，水閘中線垂直干渠中線，與支渠中線一致。閘室主體段采用C30鋼筋混凝土，沿水流方向閘室底板長為4.3m，垂直方向?qū)挒?.2m，底板厚為0.6m。水閘僅設(shè)一個凈寬為2.0m的閘孔，閘墩厚0.6m。

水閘地基以砂土為主，兩岸存在少量淤泥、黏土，地基土主要問題是淤泥、黏土承載力較低以及砂土液化。

1 地基加固處理

1.1 處理方案

針對表層的淤泥、黏土采用挖掘機(jī)清理，換填為中粗砂，形成振沖施工面。設(shè)計振沖管徑為377mm，采用等邊三角形布置，孔距為1.7m，沉管需進(jìn)入礫石層，深度為6.0m，振動器功率為75kW。

設(shè)計沉管速度為1～2m/min，設(shè)計成孔水壓為0.6MPa，當(dāng)沉管達(dá)到6.0m時，需要停止振動1～2min。拔管速度應(yīng)在1～1.5m/min范圍內(nèi)，拔管是利用人工將中粗砂回填至振沖孔內(nèi)，回填料振實后，進(jìn)行下一次上提振沖器，單次上提高度為0.4m，直至達(dá)到地面高度。

1.2 現(xiàn)場試驗

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知，基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)的砂土結(jié)構(gòu)松散，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N’63.5不大于3，采用振沖擠密的方法加固地基。

試驗前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)對比見圖1。從圖1可知，加固后錘擊數(shù)明顯提升，達(dá)到了8～10次，大于錘擊數(shù)大于6次的設(shè)計要求。

圖1 加固前后錘擊平均數(shù)對比

為研究地基處理后砂樁、樁間土以及復(fù)合地基的承載力，采用載荷試驗，試驗結(jié)果見表1。

根據(jù)表1結(jié)果可知，通過振沖處理，地基承載力提升較大，其中砂樁承載力為466kPa，樁間土在擠密作用力承載力也提高至178kPa，復(fù)合地基承載力為245kPa，滿足承載力設(shè)計要求。

2 加固效果數(shù)值模擬分析

2.1 數(shù)值模擬模型建立

根據(jù)現(xiàn)場勘察，水閘地基巖土體從上至下依次為：填砂土（1.0m）、中粗砂（2.0m）、夾砂淤泥（1.0m）、中粗砂（2.5m）。根據(jù)設(shè)計樁長6.0m，深入至從上至下第二層中粗砂層中。樁間距為1.7m，樁徑為377mm，根據(jù)地層特征以及振沖樁特征，建立FLAC數(shù)值模擬模型，研究水閘施工及后期運(yùn)行期間振沖樁、樁間土應(yīng)力應(yīng)變特征。

表1 載荷試驗結(jié)果

2.2 數(shù)值模擬計算結(jié)果分析

1）沉降變形分析。振沖樁和樁間土沉降變形結(jié)果見圖2。從圖2可知，在水閘施工及后期運(yùn)行過程中，振沖樁和樁間土的沉降量逐漸增大，變形速度在施工完成后逐漸降低。在水閘施工初期，振沖樁和樁間土沉降差值較小，這主要是由于建設(shè)初期上部荷載較小，樁間土和振沖樁以相同的變形速率發(fā)生沉降變形。隨著水閘的不斷施工建設(shè)，上部荷載逐漸增大，大于樁間土承載力時，樁間土以較大的變形速度發(fā)生沉降，振沖樁與樁間土的沉降差值逐漸增大，在水閘施工完工期達(dá)到最大值。之后，隨著荷載的穩(wěn)定，振沖樁與樁間土沉降差值減小，樁、土共同承擔(dān)水閘在地基中形成的應(yīng)力。

圖2 沉降變形監(jiān)測結(jié)果

2）樁土應(yīng)力比分析。樁土應(yīng)力比為振沖樁與樁間土所承受應(yīng)力的比值。樁土應(yīng)力比計算結(jié)果見圖3。從圖3可知，在水閘建設(shè)初期，荷載處于樁間土承載力范圍，樁土應(yīng)力比處于較小的水平，表明樁土所承受應(yīng)力差值較小。在水閘的不斷施工過程中，荷載不斷增大，直至樁間土所承擔(dān)應(yīng)力大于其承載力，此時，振沖樁承載主要的主應(yīng)力，樁土應(yīng)力比逐漸增大，在水閘完工時，樁土應(yīng)力比達(dá)到最大值。當(dāng)荷載穩(wěn)定后，樁間土固結(jié)后承載力提升，此時，樁土應(yīng)力比值下降并逐漸趨于穩(wěn)定值。

圖3 樁土應(yīng)力比

3 結(jié)語

1）通過分析，振沖法加固松散砂土地基主要包括兩方面作用：擠密效應(yīng)、排水減壓效應(yīng)。

2）結(jié)合蘇泗莊引黃灌區(qū)水閘建設(shè)工程實例，采用標(biāo)貫試驗、載荷試驗研究振沖法加固地基效果，加固后地基密實度和承載力均得到提升。

3）通過數(shù)值模擬試驗研究加固后地基沉降控制效果及樁土應(yīng)力比。采用振沖法加固地基沉降變形量不大于35mm，且樁土沉降差值穩(wěn)定后的數(shù)值小于2mm，樁土應(yīng)力比也小于1.，加固效果較好。