渤渤海海新新区区新新石石碑碑河河防防潮潮闸闸地地基基处处理理分分析析

□张 丽

防潮闸位于新石碑河入海口处，该处地基多为软土、淤泥质土等土质地基，地基承载力低，抗滑摩擦系数小，通过进行水泥土搅拌桩和混凝土灌注桩方案比选，最终确定采用混凝土灌注桩方案解决地基承载力不足及建筑物沉降问题。

1.工程概况

沧州渤海新区位于河北省东南部，地处冀中平原东部。新石碑河位于新区中部，穿越黄骅市和中捷产业园区，防潮闸位于黄浪渠汇入口下游侧约300m 处。防潮闸闸室为钢筋混凝土开敞式结构，闸底板高程为-1.50m，顺水流方向长15m，垂直水流方向长29.6m，单孔净宽9m，3 孔，总净宽27m。边墩厚1m~1.3m，中墩厚1.3m，底板厚1.5m，下设0.1m 厚C15 混凝土垫层，墩顶高程为5.5m，墩顶设排架和机架桥。

新石碑河排涝标准为5 年一遇。设计防潮标准为100 年一遇。防潮闸级别为1 级，设计流量108m3/s，设计排沥水位1.64m，最高挡水位3.83m。

2.工程地质

工程区在勘探深度范围内，揭露的地层均为第四系松散堆积物，自上而下分别有人工堆积（）素填土，第四系全新统冲积层（）淤泥质黏土，第四系全新统冲洪积层（）黏土、淤泥质黏土，第四系全新统海积层（）黏土、壤土、砂壤土、淤泥质黏土、淤泥质壤土、粉砂，第四系全新统冲积海积层（）黏土、壤土、砂壤土、粉砂，第四系上更新统冲积湖积层（Qa3ll）黏土夹壤土及粉砂透镜体。

建筑物底高程-1.5m，位于Ⅱ或Ⅲ单元淤泥质黏土层，以下的Ⅳ单元以淤泥质黏土为主。地基Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ单元淤泥质黏土层属于软土层，承载力偏低，具高压缩性。闸室下游埋深1.4～3.0m粉砂层为液化层，场地液化等级轻微；左岸埋深8.4～9.5m 砂壤土为液化层，场地液化等级轻微。防潮闸基坑边坡岩性有Ⅰ单元填土、Ⅲ单元黏土、壤土、淤泥质土层壤土、淤泥质壤土。土层含水量大，强度低，基坑边坡变形大，另外地下水位埋深浅，基坑开挖后地下水渗入基坑造成边坡土层渗透破坏，临时边坡稳定性差。

3.地基处理方案选择

由于防潮闸所处位置为河道入海段，地基多为软土、淤泥质土等土质地基，地基承载力低，抗滑摩擦系数小，防潮闸的闸室及挡墙抗滑稳定、地基应力均不满足要求，需要进行处理。

根据《水闸设计规范》，对土基常用的处理方式为垫层法、强夯法、水泥土搅拌桩、混凝土灌注桩等。结合工程实际地基情况，对常用的地基处理方法进行比较，确定最优的处理方案。方案一：钢筋混凝土灌注桩法，采用端承摩擦桩，群桩形心与闸底板上荷载形心基本相近；方案二：水泥搅拌桩法，桩长12m，范围为闸室外轮廓线外延1.0m。

3.1 混凝土灌注桩计算

采用《建筑桩基技术规范》中公式进行计算。大直径桩单桩极限承载力标准值按照下式计算：

式中：

qsik—桩侧第i 层土极限侧阻力标准值；

qpk—桩径为800mm 的极限端桩标准值；

ψsi、ψp—大直径桩侧阻力、端桩力尺寸效应系数；

u—桩身周长。

单桩竖向承载力特征值按照下式计算：

式中：

K—安全系数，取2.0。

复合基桩竖向承载力特征值可按照下式计算：

式中：

ηc—承台效应系数；

fak—承台下1/2 承台宽度且不超过5m 深度范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值；

Ac—计算基桩所对应的承台底净面积。

根据地勘资料，闸基下为淤泥质黏土、壤土等。经计算，闸室基底采用桩长为30m，桩径为1.0m，桩间距为3.0m的混凝土灌注桩（共55 根桩）进行处理。根据闸室稳定计算，闸室最大水平力为5652kN，最大竖向力为44539kN，地基处理后，单桩桩基水平承载力222kN，竖向承载力为1852kN，均满足要求。

3.2 水泥土搅拌桩计算

按照规范《建筑地基处理技术规范》水泥土搅拌桩的单桩承载力特征值应通过现场静载荷试验确定。

式中：

Ra—单桩竖向承载力特征值（kN）；

η—桩身强度折减系数，取0.25；

fcu—与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，边长为70.7mm的立方体在标准养护条件下90d 龄期的立方体抗压强度平均值（kPa），当水泥掺入量为15%时，90d 龄期的fcu 取1.5MPa；

Ap—桩的截面积（m2）。

复合地基承载力按照下式计算：

式中：

λ—单桩承载力发挥系数，取1；

m—面积置换率，m=d2/d2e，矩形布桩de=1.13s；

β—桩间土承载力发挥系数，取0.20；

fsk—处理后桩间土承载力特征值，取50kPa；

fspk— 复合地基承载力特征值（kPa）。

由以上计算可得，当采用桩径为0.6m 的水泥土搅拌桩时，按照桩间距为1m 等边三角形布桩，复合地基承载可达到fspk=120kPa，闸室基底应力可以都满足要求。针对两种型式进行比较分析，详见表1。

表1 防潮闸地基处理比选表

4.结论

通过分析可知，水泥土搅拌桩和钢筋混凝土灌注桩在提高承载力方面均能满足要求；但水泥土搅拌桩在减少地基沉降方面较为弱势，沉降值几乎为灌注桩的2 倍，且由于理论计算无大量应力场和变形场的实验数据，使得沉降计算值与实际有一定的差距。同时，在施工过程中，因施工机械落后和施工人员能力参差不齐等问题，易产生堵土、断桩等问题。防潮闸与下游海堤形成完整的防潮体系，在防御潮水、保护沿岸人民生命安全方面意义重大，防潮闸是防潮体系中最关键的建筑物，相比海堤等其他工程，在后期的运行、管理、维修、养护等多方面均较为复杂，尤其是一旦闸室产生过大沉降后，工程处理的难度大、费用高，需要运行管理单位加强巡查，给运行管理造成较大麻烦，故防潮闸闸室在对沉降量和施工质量的要求上，相比海堤要高，即防潮闸除了在满足自身稳定的情况下应尽可能的减少沉降。经综合考虑，闸室地基处理方式采用钢筋混凝土灌注桩。□