摘要：在进行相关地基改造后，可使水闸地基土层的工程性能满足工程建筑对地基的需求，将多种地基改造方式进行统筹比较，最终采用粉喷桩复合地基这种处理方法改造地基。粉喷桩法且有造价费用低廉、施工技术简单、施工周期短等优点，尤其在处理水闸地质条件差的情况时这种方法优点突出，值得推广。
关键词：水闸地基粉喷桩地基处理
1引言
粉喷桩是通过深层搅拌机械将水泥、石灰等固化剂用压缩空气喷入地基深处的一种深层搅拌桩，它的施工机理是借用机械的转动钻头叶扇将固化剂与原始土壤进行直接拌合、挤压，并结合周边水分，经过一系列复杂相互作用，最终形成一种特殊混合桩体，实验证明其具有强度高、变形小和水稳性好的特性，此时上部荷载由桩间土和桩一起承受，组成复合式地基，这样做可以大大提高地质条件差的地基的强度、降低地基的沉降量，达到工程预期，获得更高的经济效益。
2概括
与普通建筑物构筑物相比水闸的受力特征、地质条件、施工方法、重要性等特性极其特殊。剖析一些水闸的失事案例后发现，闸址地质条件差是造成事故的首要原因，其中部分虽然经过处理但仍存在隐患，久而久之导致水闸各种形式的破坏。所以设计水闸的关键点在于地基处理，在满足水闸抗滑稳定的条件下，承载能力和沉降量要求在天然地基条件下未能满足时，必须解决以下几个水闸地基方面的问题:(1)增强地基土层承载能力，确保水闸的稳定；(2)降低地基的不均匀沉降和总沉降量；(3)防止砂土液化；(4)避免地基由渗流导致变形。
3 水闸地基的几种处理措施
水闸基础通常采用钢-砼桩基础、沉井基础或粉喷桩等。下面分别对各种地基处理方法进行比较分析，阐明几种地基处理方法的利弊，以便选择最佳方案。
3.1钢-砼桩基础
钢-砼桩基础中的灌注摩擦桩基础是一种常用的深基础，通过这种桩基础可以使地下深处的坚实土层或岩石层承受上部荷载，从而符合对承载能力和沉降量的要求。灌注摩擦桩具有稳定性好，承载力高，沉降不明显且均匀，下沉速度低及收敛速度快等特性。由于适合此种基础的着力层位置很深，若使用此种基础，成本超出预期很多，通常不采用。虽然该种桩使得基础沉降量小、质量易控制，但水闸底板与地基土体有几率发生脱空现象，其成因是工程结束一段时间后，由于桩沉降量小，导致土的固结沉降量大于桩的沉降量。针对这种情况，一般在基础下表面增设预埋灌浆管，方便在工程完工后进行基础下表面接触灌浆。
3.2 沉井基础
沉井基础是以现场浇筑、挖土下放的方式置入地层中的一种深基础。它有很好的预防周边粉砂土的液化现象和对周围已有建筑物影响较小且承载力较高的特点，因此，大多数平原地区的水闸设计方案都采用这种基础。但也有施工工期长、施工难度大、造价相对较高、施工时井壁易裂使质量得不到保证等缺点。
3.3粉喷桩基础
用粉喷桩加固水闸地基，施工时无污染、无振动、无噪音，不产生侧向挤土可以在已有众多建筑物群中直接施工，对周围已有建筑物及地下管道影响较小；可以很大程度地使用原始土层，符合快速施工的要求，施工结束后可很快继续使用；地基加固后无附加荷载且桩体强度较高；依照上部建筑物的需求，可灵活的采用柱状、块状、壁状与栅格状等加固方式；与钢-砼桩基相比，可节省钢材并减少成本，经济效益突出。
粉喷桩在应用中也有其局限性，即只能承受竖向力，所以粉喷桩的抗滑移问题就成了水闸工程应用上的一个最大障碍。一般情况下，提升土体的抗剪强度，增强抗滑移能力是通过桩体起到的加筋作用实现的，但在工程实际计算过程中，为了确保安全，设计时水平力只考虑由软土层承受。对于大型水闸，底板结构通常使用分体式的，中间各结构部分的水平力完全传递到淤泥质地基上，此时软弱土层的抗剪强度满足要求且有其它措施承担水平力，有需要可加以水文模型试验来论证。小型水闸通常设置为整体式结构，用齿墙和岸墙将水平力传入两岸堤坝，就不必考虑这个问题。
4.粉喷桩复合地基
为减少地基土侧向挤压而形成的变形增加抵抗不均匀沉降的能力，提高复合地基的整体刚度，粉喷桩复合地基处理范围为上下游翼墙基础及闸室下底板，通常采用格栅状布置，并在其范围以外装两排至三排保护桩，使粉喷桩在地基中连成一个闭合的整体。
4.1单桩承载力计算
粉喷桩单桩承载力理论计算体系目前还不完善，工程上对这种桩的处理思路是分别计算桩体材料强度以及土体对桩的支撑力和摩擦力来计算每根桩的标准承载力。《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)中规定，单桩承载力标准值取下面公式得出的较小值：
（1）由粉喷桩桩体材料强度确定单桩的标准承载力计算公式为：
式中：PU1-每根粉喷桩的标准承载力值（单位：kN）；
fCU-实验室内和粉喷桩桩体配方相同的水泥土试块（边长70.7mm的立方体试块）在标准养护下，90d龄期抗压强度标准值(单位：kPa)；
AP-粉喷桩桩体的设计截面积(单位：㎡)；
n-粉喷桩桩身强度的折减系数。
(2)用桩周围土体对桩体的支承力来计算单桩标准承载力的公式为：
式中：PU2-粉喷桩单桩标准承载力（单位：kN）；
UP-桩身截面周长（单位：m）；
fi-桩周第i层土的平均摩阻力（单位：KPa）；
Ii-桩周第i层土的厚度（单位：m）；
qP-桩端土标准承载力（单位：KPa）。
4.2复合地基设计
粉喷桩复合地基设计部分由桩的桩长、置换率、褥垫层厚度和所选用材料组成。
（1）桩长。桩长是设计时第一个要确定的数据，粉喷桩桩端着力点要处在工况好的土层，复合地基桩长的设计取决于土质条件、结构对承载力的要求和变形的要求及机械设备能力等因素，结合以上各种因素最终确定桩长。
（2）桩径。由开始时所采用的施工机械确定桩径，一般情况下施工使用螺旋自降式钻机，成孔直径Φ600mm，即桩径600mm。
（3）桩距。由复合地基承载力、土层的特性和计算的桩长，选取桩距以及置换率。
（4）褥垫层的厚度。一般适合作为褥垫层材料的有级配良好的碎石或粗砂，厚度宜取20～30cm。
5 质量控制及验收
5.1质量控制
在施工中必须随时核查桩长、喷灰量、二次搅拌长度以及有无进入硬质岩层等，如施工中存在异常情况，应将异常情况和处理方法一同记录下来。浅部开挖桩头的深度宜为50cm，采用观察方法检查搅拌的匀称情况，测量完成的桩体尺寸，抽查的桩数为总数目的1%～2%，桩体的完工质量允许出现规范允许内的误差。
5.2质量验收
施工结束28d后在桩身顶部（分别在顶端以下半米，一米，一米半）处截取3段桩体现场进行桩身无侧限抗压强度试验，抽查桩数为总数目的1‰～2‰，若需要检测粉喷桩的质量，必要时可由甲方安排进行全桩长取芯检测。
6 结论
通过分析某水闸的基础处理过程,一般常用的处理基础方法施工困难、施工工期长、整体造价高，若想得到技术简单易行、施工方便快捷、经济效益突出的粉喷桩复合地基处理方法，只要依据不同工程的地质特点进行详细分析,结合建筑物的荷载分布及结构布置,就可得到理想的效果。粉喷桩的施工首先要管控好搅拌速率和钻进速率这两个施工过程中极为重要的指标，使得桩体喷灰充分、搅拌匀称，使桩身一体性和桩身强度都符合设计要求，同时一定要依据其施工的地基土质特点、成桩机理和做法原理，严格执行。近些年处理水闸地基的案例中越来越多的运用粉喷桩复合地基，随着该技术的理论体系和工程事例不断健全，在为建设绿色环保型社会、实现伟大中国梦方面，粉喷桩复合地基处理方法将会贡献巨大力量。
参考文献
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[6]JGJ94-2008. 建筑桩基技术规范[S].
论文作者:陈昊毅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/23
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