摘要：渡槽工程作为特殊的水利工程建设，在建设中软土地基处理是较为重要的问题，如果处理不好极易产生局部剪切或整体滑动破坏，影响渡槽工程的正常使用，甚至发生整体倾斜或倒塌。本文以芒线大沟渡槽工程为实例，阐述了软土地基设计及其处理方法，对今后类似条件工程设计及施工技术具有指导意义。
关键词：渡槽工程；软土地基；处理方法；设计施工
1.芒线大沟渡槽工程概况
盈江大型灌区位于云南省德宏傣族景颇族自治州盈江县境内，距省会昆明735km，距州府芒市153km。芒线大沟位于大型灌区西南部，渠首自户撒河取水，经芒线、弄昌、弄井、新芒思交入南怀河止，渠道总长33.619km，设计灌溉面积3.20万亩，渠首设计流量3.21m3/s。芒线大沟为灌区内的新建渠道，根据沿途的地形、地质等条件，将芒线大沟分为明渠、倒虹吸、渡槽和隧洞等工程措施进行建设，其中渡槽工程主要用于跨越冲沟输水。芒线大沟沿线需要跨越6条冲沟，共需修建6座渡槽，渡槽设计流量（Q）为2.94~1.31m3/s，长（L）为34.0~52.0m。渡槽槽身为矩形，断面（b×h）采用160×180cm、140×160cm和100×140cm等三种形式；槽身均按简支梁设计，排架采用钢筋混凝土单排架，跨度12.0m。
根据地质勘探资料，渡槽工程进出口段多为陡坎、坎高3.0~4.0m，岩性主要为第三系（N）半胶结灰绿、深灰色砾岩，砂砾岩，砂岩夹粘土岩，厚度较大，岩层内倾，边坡稳定，可作墩基建筑物持力层；中间段多为冲沟，岩性上部主要为灰黑、黑色冲炭质、淤泥质粘土、淤泥层覆盖，软塑状，厚度约1.5~5.4m。岩土质软，承载力低，不适宜作墩基建筑物持力层，需作工程软土地基处理。
2.软土地基处理方法及适用条件
建造在软土地基上的渡槽工程或其他工程，为使地基承载力和变形能满足工作要求，需对软土地基进行处理。近年来，常用的软土地基处理方法有置换法、抛石挤淤法、松木桩、振冲砂石桩和水泥搅拌桩等。
2.1置换法
置换法是将基础底面以下处理范围内的软弱土层全部挖除，并利用强度高、透水性好和易压实的碎石、砂或石渣等材料回填夯实，提高基础的地基承载力。这种方法施工简便、速度快、造价低，而且施工质量容易控制，该法对埋深较浅、开挖方量不太大的场地较常采用。
2.2抛石挤淤法
抛石挤淤法是把一定量和粒径的块石抛入需进行处理的淤泥或淤泥质土基中，将原基础处的淤泥或淤泥质土挤走，从而达到加固地基的目的。一般要求所用石料宜采用不易风化的大块石，并自地基中部向两侧扩展。这种方法施工简单，施工期短，投资较省，常用于处理表现为流塑态淤泥或淤泥质土地基，特别是常年积水的洼地加固处理。
2.3松木桩
松木桩是用松木制作并有一定长度的木桩打入软土地基，提高地基的强度及减少地基的沉降。松木桩一般不宜过长，过长的松木桩难于就地取材，材料较贵；同时也不宜过短，以免影响处理效果。该方法取材容易，施工方便，造价低。常用于处理地下水位变化幅度不大，且埋深小于5.0m的地基加固处理。
2.4振冲砂石桩
振冲砂石桩是指在工程现场通过振动、冲击或水冲等方法在软土地基中成孔，在孔内填砂石骨科，再用振冲器将砂石挤压入土中，形成密实砂石桩体，与原地基形成复合地基，提高地基承载力的目的。振冲砂石桩适用于松散砂土、粉土和杂填土等地基加固处理，也可用于处理可液化地基加固处理。
2.5水泥搅拌桩
水泥搅拌桩是指利用水泥浆作为固化剂，通过特制的深层搅拌机，将地基内软土和水泥强制搅拌，利用水泥和软土之间产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、稳定性和一定强度的水泥土加固体，提高地基的复合承载力和增大变形模量。该方法施工方便、造价低、不排污、节约钢材。水泥搅拌桩多用于淤泥与淤泥质土、粉土和稍密至中密粉土等地基加固处理。
3.软土地基设计方案及施工
3.1设计方案
芒线大沟渡槽设计跨度为12.0m，为排架简支结构，排架基础400×250cm。渡槽工程软土地基处理主要对排架基础进行处理，即处理的范围重点为排架基础。针对渡槽工程上部结构对软土地基的要求，如选用抛石挤淤法进行排架基础处理，则需对整条冲沟基础均进行抛石挤淤，抛石工程量较大，并且还会影响沟道汛期行洪；而选用振冲砂石桩、水泥搅拌桩进行排架基础处理，则所需施工机械多、施工难度大，工程投资也较大。
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3.1.1置换法
对于软土地基埋深小于2.5m的4座渡槽工程，将排架基础范围内软土全部挖除，再回填强度高、透水性好和易压实的砂砾石。
3.1.2松木桩
对于软土地基埋深为3.8~5.4m的2座渡槽工程，在排架基础范围内打松木桩。由于渡槽工程软土地基以下多为砂土及碎石土层，砂土及碎石土层可作为桩端持力层，故采用端承桩设计。按下式计算：
Ｐa=Ψα[σ]A
式中：Ｐa―单桩承载力，KN；
Ψ―纵向弯曲系数，与桩间土质有关，一般可取１；
α―桩材料的应力折减系数，木桩取0.5；
[σ]―桩材料的容许压力，kＰa。
本渡槽工程中排柱基础及槽身总重为1112KN。选砂土及碎石土层为桩端持力层，地基土的容许承载力经综合分析后取值130kPa，排柱基础埋深1.5m，经计算基础尺寸为4.0×2.5m2。当以松木为材料，桩直径为15cm时，[σ]为2700kPa。
Ｐa=1×0.5×2700×(0.15/2)2×3.14
=23.84KN/根
根据单桩承载力确定桩距（S）
S=1112/(4.0×2.5×23.84)=4.7，即每平方米至少4.7根，实际设计中松木桩采用50×50cm梅花形布置。
经计算，在渡槽工程排柱基础软土地基内，压入直径为15cm的松木桩作端承桩，长4.0m，桩距50cm，布置按梅花形。
3.2施工
3.2.1置换法
1)基础开挖
采用挖掘机将排架基础范围内的软土地基全部挖除，为了防止软土地基清除不彻底影响工程安全，一般软土地基层下再多开挖20cm作为基底，将基底整平、压实，确保基础底部有足够的稳定性。
2)基础填筑
基础填筑采用平分层填筑、分层碾压夯实，逐层向上填筑，如原地面不平，应从最低处分层填起，每填一层压实符合规定后再填上一层，分层填筑的压实度应大于或等于93%。
3.2.2松木桩
1)松木桩选择及制作
松木桩一般选择长度为2.5~4.0m、尾径130~150mm的木桩，同时为了在打桩时能顺利贯入地基，减少阻力，保护桩头，将松木桩尾部削尖锥状。
2)打松木桩
根据打桩的方法不同，可分为人工打木桩和机械打木桩。常用的打桩机械有手摇卷扬机、柴油打桩机和挖掘机。用挖掘机打桩时需2人扶桩就位，将挖斗倒过来压木桩，将木桩压入地基一定深度自稳后，扶桩人走开，再由挖掘机将松木桩压下，一般每3~5min即可打一条桩，工效较高。为了使用挤密效果好，提高土基承载力，打桩时必须从基底四周往内圈施打。
3)铺设褥垫层
打桩完毕后应按设计高程锯平桩头，使每根桩的桩顶基本保持在同一水平面。清挖打桩时挤出的淤泥后，在桩顶铺设30cm厚砂砾石褥垫并加以压实，再浇筑混凝土，以保证基础通过褥垫层把一部分荷载传到桩间土上，调整桩和土的分担作用。
4.结语
在水利工程建设过程中，软土地基处理的好坏直接关系到工程的质量及安全。因此，设计人员必须针对工程地质勘察资料及现场实际情况，合理设计软土地基的处理方案，确保水利工程的质量和安全。本芒线大沟渡槽工程软土地基经综合比选后，选择置换法或松木桩进行软基处理，不仅技术简单易行、施工方便、造价低等优点，现该6座渡槽工程已完工3年有余，经观察没有明显沉降或倾斜，效果较好，特别是打松木桩不失为一种处理软基的有效手段。
论文作者:张汝成1,吴继元1,赖元威2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/18
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