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摘要：江汉平原区广泛分布第四系全新统软土层，建设工程一般都存在地基承载力和沉降变形不满足设计要求的问题。某大型水闸在地基处理时选用了水泥土搅拌桩法，本文通过简单的分析计算，证明了该方法在软土地基处理中的适用性。
关键词：江汉平原；水闸；地基处理；水泥土搅拌桩
1 前言
某大型水闸需在老闸下游改建，闸址位于江汉平原，地势平坦开阔，流域内水系发育，以河、湖相沉积为主，土体承载力较低，压缩性较大，一般不宜作为建筑物的持力层。拟改建的闸室地基应力较大，应进行地基处理，经过分析和论证，选取水泥土搅拌桩组成复合地基[1]。
2 闸室区工程地质条件
根据钻探揭露地层情况，闸区分布的主要岩土及其物理力学指标为：①素填土，松散，厚度0.6～0.7m，液性指数0.70，承载力特征值100kPa，压缩模量4.0MPa；②粉质粘土，可塑，厚度1.0～3.7m，液性指数0.72，承载力特征值110kPa，压缩模量5.5MPa；③淤泥质粉质粘土，软塑，厚度6.4～13.2m，液性指数1.10，承载力特征值90kPa，压缩模量4.0MPa；④1粉細砂，稍密，厚度6.7～8.4m，承载力特征值120kPa，压缩模量10.0MPa；④2粉細砂，中密，厚度6.0～8.0m，承载力特征值200kPa，压缩模量17.0MPa；④3粉細砂，密实，厚度7.0～9.3m，承载力特征值260kPa，壓缩模量20.0MPa。
3 地基处理的目的
3.1 提高地基承载力
根据稳定计算结果，闸室地基应力最大值为142.7kPa，而据地质勘察资料，水闸地基为第③层淤泥质粉质粘土，承载力特征值为90kPa，天然地基承载力不满足要求，需要通过地基处理来提高地基承载力。
3.2 减小沉降量
老闸运行数十年，存在多处裂缝并有明显渗水现象，说明地基沉降较为严重。拟改建水闸位于老闸下游并紧邻老闸，天然地基广泛分布高压缩性土体，势必也存在沉降量变形的问题，需要进行处理以减小沉降量。
4 水泥土搅拌桩法简介
4.1 加固机理[2]
水泥土搅拌桩法是以水泥（或石灰）等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂（浆液或粉体）和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的桩体的地基处理方法，从而提高地基土强度和增大变形模量。
4.2 特点和适用范围[3]
水泥土搅拌桩法的特点是地基加固过程中午振动、无噪音、对周围环境无污染；对软土无侧向挤压，对临近建筑物影响很小；可根据上部结构灵活采用柱状、壁状、格栅式和块状等多种加固形状；施工机具比较简单，施工期较短，造价低廉，效益显著。适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、无流动地下水的松散砂土地基和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土地基。
5 水泥土搅拌桩法设计
结合工程特点和施工工期要求，推荐采用湿喷法。搅拌桩基础应穿透软弱夹层到达承载力相对较高的土层，以减少基础沉降量。地勘资料显示，自闸基设计高程以下15.8m依次为淤泥质流～软塑状淤泥质粘土、粉细砂（分别为稍密状、中密状、密实状），考虑搅拌桩机械施工深度和设计荷载等影响因素，设计搅拌桩总长12.0m，桩身深入稍密状态粉细砂层1.0m。
5.1 单桩承载力计算
单桩竖向承载力按公式（a）（计算由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力）和（b）（计算由桩身材料强度确定的单桩承载力）分别进行计算，取其中较小值。
式中：—与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护90d龄期的条件下的立方体抗压强度（按湿法水泥掺量18%），取1.75MPa；
—桩身强度折减系数，湿法取0.25；
—桩周长，桩直径0.6m，；
n—桩长范围内划分的土层数，为2层；
—桩周第i层土的侧阻力特征值，根据地勘资料，对淤泥质粉质粘土取8kPa；
—桩长范围内第i层土的厚度；
—桩端地基土未经修正的地基承载力特征值，为120kPa；
—桩端阻力发挥系数，可取0.4～0.6；取0.5；
—桩截面积，；
单桩竖向承载力按上两式计算结果取小值（按式（a）计算的单桩承载力为167.8kN，按式（b）计算的单桩承载力为123.7kN）；
（桩径为0.5m时，）。
5.2 复合地基承载力设计值
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012）规定，复合地基承载力按下列公式进行计算：
式中：—单桩承载力发挥系数，取=1；
m—面积置换率；
—单桩竖向承载力特征值（kN）；
—桩截面积，；
—桩间土承载力折减系数，桩端为稍密状粉细砂，取=0.4；
—桩间土地基承载力标准值，取90kpa；
预定不同的桩径0.6和0.8，分别取不同的桩距0.8～1.2m，进行复合地基承载力的计算，结果为：桩径取0.6m时，相应于不通桩距0.8m、0.9m、1.0m、1.2m，对应的复合地基承载力分别为213.38kPa、176.15kPa、149.52kPa、114.83kPa；桩径取0.8m时，相应于不通桩距0.8m、0.9m、1.0m、1.2m，对应的复合地基承载力分别为159.18kPa、133.33kPa、114.83kPa、90.75 kPa。
为方便施工，选取桩径0.6m，桩间距1.0m的布桩方式，根据计算可知，复合地基承载力特征值可达到149.52kPa。排水闸闸室段最大基底应力为142.7kPa，边墙最大基底应力为135.6kPa，复合地基承载力特征值可满足工程要求。
5.3 复合地基沉降问题
搅拌桩基础变形量计算成果显示，基础最终压缩变形量为0.04m，考虑与其连接原闸室段为已建工程，经过多年运行其基础已趋于稳定，其基础沉降量可视为零。
6 结语
相对其他基础处理方法而言，水泥土搅拌法具有独特优点：①最大限度的利用原土，②搅拌时可在密集建筑群中施工，对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；③根据上部结构的需要，可灵活的采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式；④与高压旋喷桩及钢筋砼灌注桩基相比，单块底板投资最省。
综上所述，根据本工程施工面较大、基础处理工程量较大、淤泥厚度较大、周边紧邻建筑物等特点，综合分析各基础处理方法的特点，适宜采用水泥土搅拌法进行基础加固。
参考文献：
[1] 周立新，何永波. 水泥土搅拌桩加固机理及在软土地基中的应用[J]. 徐州建筑职业技术学院学，2010（10-3）：26-28.
[2] 郭浩鹏.水泥土搅拌桩在水闸地基处理中的应用[J].科技与创新，2016（18）：109-111.
[3] 赵艳玲.水泥土搅拌桩在加固软土地基中的应用[J].能源技术与管理，2007（1）：81-82.
作者简介：
曹雪琴（1984-），女，汉族，湖北武汉，硕士研究生，从事工程勘察工作
关键词：江汉平原；水闸；地基处理；水泥土搅拌桩
1 前言
某大型水闸需在老闸下游改建，闸址位于江汉平原，地势平坦开阔，流域内水系发育，以河、湖相沉积为主，土体承载力较低，压缩性较大，一般不宜作为建筑物的持力层。拟改建的闸室地基应力较大，应进行地基处理，经过分析和论证，选取水泥土搅拌桩组成复合地基[1]。
2 闸室区工程地质条件
根据钻探揭露地层情况，闸区分布的主要岩土及其物理力学指标为：①素填土，松散，厚度0.6～0.7m，液性指数0.70，承载力特征值100kPa，压缩模量4.0MPa；②粉质粘土，可塑，厚度1.0～3.7m，液性指数0.72，承载力特征值110kPa，压缩模量5.5MPa；③淤泥质粉质粘土，软塑，厚度6.4～13.2m，液性指数1.10，承载力特征值90kPa，压缩模量4.0MPa；④1粉細砂，稍密，厚度6.7～8.4m，承载力特征值120kPa，压缩模量10.0MPa；④2粉細砂，中密，厚度6.0～8.0m，承载力特征值200kPa，压缩模量17.0MPa；④3粉細砂，密实，厚度7.0～9.3m，承载力特征值260kPa，壓缩模量20.0MPa。
3 地基处理的目的
3.1 提高地基承载力
根据稳定计算结果，闸室地基应力最大值为142.7kPa，而据地质勘察资料，水闸地基为第③层淤泥质粉质粘土，承载力特征值为90kPa，天然地基承载力不满足要求，需要通过地基处理来提高地基承载力。
3.2 减小沉降量
老闸运行数十年，存在多处裂缝并有明显渗水现象，说明地基沉降较为严重。拟改建水闸位于老闸下游并紧邻老闸，天然地基广泛分布高压缩性土体，势必也存在沉降量变形的问题，需要进行处理以减小沉降量。
4 水泥土搅拌桩法简介
4.1 加固机理[2]
水泥土搅拌桩法是以水泥（或石灰）等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂（浆液或粉体）和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的桩体的地基处理方法，从而提高地基土强度和增大变形模量。
4.2 特点和适用范围[3]
水泥土搅拌桩法的特点是地基加固过程中午振动、无噪音、对周围环境无污染；对软土无侧向挤压，对临近建筑物影响很小；可根据上部结构灵活采用柱状、壁状、格栅式和块状等多种加固形状；施工机具比较简单，施工期较短，造价低廉，效益显著。适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、无流动地下水的松散砂土地基和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土地基。
5 水泥土搅拌桩法设计
结合工程特点和施工工期要求，推荐采用湿喷法。搅拌桩基础应穿透软弱夹层到达承载力相对较高的土层，以减少基础沉降量。地勘资料显示，自闸基设计高程以下15.8m依次为淤泥质流～软塑状淤泥质粘土、粉细砂（分别为稍密状、中密状、密实状），考虑搅拌桩机械施工深度和设计荷载等影响因素，设计搅拌桩总长12.0m，桩身深入稍密状态粉细砂层1.0m。
5.1 单桩承载力计算
单桩竖向承载力按公式（a）（计算由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力）和（b）（计算由桩身材料强度确定的单桩承载力）分别进行计算，取其中较小值。
式中：—与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护90d龄期的条件下的立方体抗压强度（按湿法水泥掺量18%），取1.75MPa；
—桩身强度折减系数，湿法取0.25；
—桩周长，桩直径0.6m，；
n—桩长范围内划分的土层数，为2层；
—桩周第i层土的侧阻力特征值，根据地勘资料，对淤泥质粉质粘土取8kPa；
—桩长范围内第i层土的厚度；
—桩端地基土未经修正的地基承载力特征值，为120kPa；
—桩端阻力发挥系数，可取0.4～0.6；取0.5；
—桩截面积，；
单桩竖向承载力按上两式计算结果取小值（按式（a）计算的单桩承载力为167.8kN，按式（b）计算的单桩承载力为123.7kN）；
（桩径为0.5m时，）。
5.2 复合地基承载力设计值
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012）规定，复合地基承载力按下列公式进行计算：
式中：—单桩承载力发挥系数，取=1；
m—面积置换率；
—单桩竖向承载力特征值（kN）；
—桩截面积，；
—桩间土承载力折减系数，桩端为稍密状粉细砂，取=0.4；
—桩间土地基承载力标准值，取90kpa；
预定不同的桩径0.6和0.8，分别取不同的桩距0.8～1.2m，进行复合地基承载力的计算，结果为：桩径取0.6m时，相应于不通桩距0.8m、0.9m、1.0m、1.2m，对应的复合地基承载力分别为213.38kPa、176.15kPa、149.52kPa、114.83kPa；桩径取0.8m时，相应于不通桩距0.8m、0.9m、1.0m、1.2m，对应的复合地基承载力分别为159.18kPa、133.33kPa、114.83kPa、90.75 kPa。
为方便施工，选取桩径0.6m，桩间距1.0m的布桩方式，根据计算可知，复合地基承载力特征值可达到149.52kPa。排水闸闸室段最大基底应力为142.7kPa，边墙最大基底应力为135.6kPa，复合地基承载力特征值可满足工程要求。
5.3 复合地基沉降问题
搅拌桩基础变形量计算成果显示，基础最终压缩变形量为0.04m，考虑与其连接原闸室段为已建工程，经过多年运行其基础已趋于稳定，其基础沉降量可视为零。
6 结语
相对其他基础处理方法而言，水泥土搅拌法具有独特优点：①最大限度的利用原土，②搅拌时可在密集建筑群中施工，对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；③根据上部结构的需要，可灵活的采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式；④与高压旋喷桩及钢筋砼灌注桩基相比，单块底板投资最省。
综上所述，根据本工程施工面较大、基础处理工程量较大、淤泥厚度较大、周边紧邻建筑物等特点，综合分析各基础处理方法的特点，适宜采用水泥土搅拌法进行基础加固。
参考文献：
[1] 周立新，何永波. 水泥土搅拌桩加固机理及在软土地基中的应用[J]. 徐州建筑职业技术学院学，2010（10-3）：26-28.
[2] 郭浩鹏.水泥土搅拌桩在水闸地基处理中的应用[J].科技与创新，2016（18）：109-111.
[3] 赵艳玲.水泥土搅拌桩在加固软土地基中的应用[J].能源技术与管理，2007（1）：81-82.
作者简介：
曹雪琴（1984-），女，汉族，湖北武汉，硕士研究生，从事工程勘察工作