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摘要：闸坝作为水利工程中的重要建筑物，起到挡水、泄洪、生态保护等作用。因其受力复杂，对闸室基础的要求往往较高，为了满足地基的承载力、变形等要求，需要对天然地基进行加固处理。振冲碎石桩复合地基作为一种常用的加固方式，以其良好的工程质量效果和经济效益，得到广泛的应用。
关键词：闸坝工程；基础处理；振冲碎石桩；复合地基
引言
在闸坝工程中为了满足地基的承载力、变形及抗震要求，通常需要对基础进行人工加固处理。振冲碎石桩可加固松、软土体地基，与其形成复合地基，提高其承载力、减小沉降量，同时还能显著地提高抗震性能，而且施工简单、快速，是一种经济、合理的地基处理技术。
一、加固机理
振冲碎石桩对改善松散砂类土的机理饱和的松散砂类土地基，在遭受地震情况时，土体间孔隙减小，孔隙水压力迅速上升，当孔隙水压力达到临界的固结压力时，土体产生液化，导致地基承载力急速下降。
振冲碎石桩法，通过强烈的震动，将松散的土颗粒重新排列，土颗粒间孔隙减小从而减少不均匀沉降达到振挤密实的效果；并且迅速挤密的饱和松砂因含有排水畅通的碎石桩，可将超孔隙水压力的水由碎石桩迅速排出，消除或减少土体液化的可能性。松散砂类土中加入了抗剪强度更高的碎石桩，竖向的碎石桩可起到土体加强、加筋的作用，与原土体一起构成复合地基，提高地基承载力，改善原地基的工程性能。
二、工程应用实例
1、工程概况
峨眉山市“引青进峨”河湖库连通工程是从青衣江引水补济峨眉河，主要解决峨眉河城西坝至下游刘村铁路桥段的河道水生态环境问题。
工程在跃进渠粗石河连锁闸处新建取水口，经提水泵站加压输水，输水管线出提水泵站后沿佛光西路布置，至峨眉河大桥上游，在峨眉河左岸设出水池，出水池经溢流跌水向峨眉河输水，在峨眉河大桥下游布置若干座水闸。
通过“引青进峨” 河湖库连通工程工程的建设可有效解决峨眉河峨眉山市城区河段水量、水质以及水生态环境问题。
2、主要工程地质问题
根据地质勘察报告，拟建水闸闸址处地层从上至下依次为：杂填土（Q4s）、漂卵砾石夹砂（Q4al+pl）、粉质粘土（Q4al+pl）、砂层（N2）、砂夹卵砾石（N2）、卵砾石夹砂（N2）、粉质粘土（N2）。闸基覆盖层厚度大于30m，具多层结构。地勘报告指出：杂填土、漂卵砾石夹砂、粉质粘土结构松散，压缩变形大，均一性差，承载力低，易产生沉降及不均匀沉降，不宜直接作为基础持力层；砂层多为中密，其承载力基本能满足要求，建议设计对其变形进行验算；卵砾石夹砂中密~弱胶结，其承载力较高，压缩变形小，是良好的基础持力层，但因其埋深较大（埋深16～17m），建议设计对上部土体进行地基处理或采用桩基础。
3、振冲碎石桩加固设计
对闸室上部受力情况进行分析计算可知，闸底板最大压应力为140Kpa，并根据规范中要求水闸的最终沉降量不宜大于15cm，本次闸坝地基处理采用振冲碎石桩方案进行加固处理，以改善闸基的承载力、整体稳定性及抗滑能力，减少地基的不均匀沉降。
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闸室基础范围内设置碎石桩，设计碎石桩桩径0.9m，正方形布置，桩孔排间距2.5m，深入卵砾石夹砂层1m，桩深18.0m。设计采用电机功率为75kw的振冲器进行施工。桩顶垫层采用天然级配碎石，厚度50cm。
4、复合地基承载力特征值计算
振冲碎石桩复合地基承载力特征值通过现场载荷试验确定，设计时振冲碎石桩地基承载力按下式进行计算：
fspk =mfpk+（1-m）fsk
式中：fspk —复合地基承载力特征值，KPa；
fpk—桩土共同协调下，桩体的承载力标准值，KPa；
fsk—桩间土改善后，土体的承载力标准值，KPa；
m—碎石桩的置换率，m=Ap/A；
A、Ap—分别为加固面积、桩截面面积，m2。
经计算，地基处理后，复合地基的承载力达到230KPa，大于闸室底部最大压应力，满足设计要求。
5、复合地基沉降量计算
振冲碎石桩复合地基最终沉降量根据复合模量法公式进行计算。
Ssp=
式中：
ηsp——复合土层的分层数；
△σi——压缩层范围的土层数；
hi——第 i层土的厚度；
Espi——第 i层土的复合压缩模量；
经计算，闸基最终沉降量为6cm，沉降满足规范要求，不会对闸室结构产生不良影响。因此，处理后的复合地基沉降不会影响闸坝的安全运行。
6、施工设计
振冲碎石桩施工前，需通过试验记录冲孔、清孔、制桩时间和深度、记录冲水量、水压、填入碎石量及电流的变化等，验证设计参数和施工控制的有关参数，选定科学合理的技术参数作为振冲碎石桩施工的控制指标。振冲碎石桩的施工工序要求应满足：
（1）清理场地，平整场地至桩顶设计标高；布置桩位，根据试桩结果，确定施工技术参数。
（2）放线、定位：测量放线后30t吊车就位，吊起振冲器，使其竖直、悬空，距地面10～20cm，并让尖端对准桩位，检查水压、电压和振冲器电流是否正常。
（3）造孔：开启高压清水泵，注入高压水，开动75kw振冲器，振冲器在压力冲击作用和振动作用下竖直贯入地层至设计深度。
（4）清孔：造孔完毕后，将振冲器全部吊出后再对准孔位，保持坚直状态，贯入孔底，进行一次清孔排浆，记录清孔过程，并根据实际成孔排浆情况，确定清孔次数。
（5）填料、振密、制桩：清孔完毕，控制室改用加密电流，并改变水压，采取连续填料，分段振密的制桩方法。将振冲器提离孔口1.0～1.5m，用1m3装载机装载石料倾倒至接料器向孔内倒石料，每次填料数量视土质条件而定，一般每次填料高度为0.5～0.8m。待石料沉入孔底后，再缓慢下沉振冲器，振密孔底桩体，当振冲器工作电流达到规定的密实电流后，留振10～20s。循环上段工序，进行下一段桩体的压密工作直至孔口，则完成一根桩的制桩过程。
三、结语
振冲碎石桩复合地基，对于提高闸室地基的承载力，加快地基固结，减少地基不均匀沉降有明显的作用，可较好的避免地质灾害发生；同时，该方案的应用具有施工简便、质量可靠的特点，在工程投资、施工进度控制等方面也有明显优势。但由于振冲法发展应用时间不长，对其作用机理和影响因素尚未完全清楚，在加固机理和设计计算方法上尚停留在不完全成熟阶段，计算落后于实际工程应用。因此，对振冲碎石桩的研究我们仍需积极探索，不断寻求设计的准确性与合理性。
参考文献
[1]何广讷.《振冲碎石桩复合地基》
论文作者:邹鹏,蒲世涛,王徐
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/16
标签：碎石论文; 地基论文; 承载力论文; 峨眉论文; 闸坝论文; 砾石论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;