合肥市市政设计院有限公司 230041
摘要：以建设在长江沿岸深厚淤泥质粉质粘土的水厂为例，简单阐述预应力管桩刚性桩复合地基的设计实践研究。
关键词：预应力管桩；沉降；水池；软土
引言
随着经济的发展和国家对农村饮水的重视，近几年，许多地区农村开始大量兴建水厂，由于土地的紧张，很多厂区都新建在地质不良的地块。在安徽安庆、铜陵等沿江广泛分布着深厚的淤泥质粉质粘土，其具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低等特点，地基的工程力学性质差；在这些区域进行水厂建设，原有的一些设计理论和软土处理技术已经很难解决基础沉降（或不均匀沉降）过大或地基稳定性不能满足构筑物要求等问题。
由于桩基能够将构筑物荷载传递到地基深处较好的土层或桩周围土体，因此，采用桩基可以保证构筑物的沉降及稳定性满足要求。桩基础具有承载力高，沉降小，还可以抵抗上拔力等优点，同时又是抵抗土体地震液化的重要措施，并适合机械化施工，因而在实际工程中得到了越来越广泛的应用。
本文分析了软土区水厂易造成沉降不均匀原因，并对多种地基处理方式通过计算进行了综合比较，以枞阳某水厂基础布置作为实践验证，得出刚性桩复核地基是一种概念先进、安全合理、造价经济的桩基布置形式，能控制软土地区水厂单体沉降及沉降差。
1工程概况
铜陵某水厂位于枞阳县，设计总规划15万m/d，本次一期工程供水规模5万m/d。
本次设计提出一种投资省、工期短且能很好控制构筑物基础沉降（包括整体沉降及不均匀沉降）的地基处理方法。
2地层结构
场地经本次详勘，结合室内外测试及有关规范综合分析，可将岩土层自上而下可划分为①1、②、③、共三大层，土层顺地势变化。现将各土层的结构特征性质及其分布自上而下分述如下：
①层种植土（Q4ml）：成分主要黏性土为主，含植物根茎，土质不均，含水量较高、极易变形。厚度为0.70～1.30米。
②层淤泥质粉质黏土（Q4al+l）：灰色，流塑~软塑，成分主要黏性土为主，干强度低，韧性低，土质不均。厚度为23.60～28.10米。
②1层粉质黏土（Q4al+l）：灰色，软塑，成分主要黏性土为主，干强度低，韧性低，土质不均。厚度为0.70～1.90米，层顶深度为0.70～1.30米。
③层粉砂（Q4al+l）：青灰色、灰黄色，稍密-中密，矿物成分为长石石英，含云母，局部与粉土、粉质黏土互层，底部偶夹卵砾石，粒径1-2cm。最大揭示厚度为13.40米，层顶深度为25.80～28.70米。
各土层承载力特征值、压缩模量、内聚力及内摩擦角表
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注：fak：承载力特征值（Kpa）；Es：压缩模量（Mpa）；Ｃ：内聚力（kpa）；Φ：内摩擦角(度)；带（）*均为经验值
其中淤泥质土为场地广泛分布的软土，且为地基处理的主要土层，深厚软土地基处理问题是本工程主要难点。
基础主要受力层置于（2）1淤泥质粉质粘土，改层天然地基承载力特征值为70Kpa，不能满足承载力要求，且厚度达到24米左右，所以，寻找一种能施工方便、投资较省的地基处理模式显得至关重要。
3厂区地基沉降分析
3.1由于厂区地面设计高程比现状地面高程高约2米，即建设期间需要在现状地面上回填约2米高的回填土，造成地基附加应力大面积增加；厂区下部存在深厚软弱下卧土层，在附加应力的作用下，地基大面积沉降。回填后厂区(道路、管网)沉降量值S计算如下（沉降计算厚度取27米）：S=2x20x27/3.2mm=337.5mm(规范限值200mm)，这已经超出规范允许限值。
3.2建造在下部存在深厚软弱下卧土层上的水工构筑物，也会造成地基土附加应力的增加，从而造成地基沉降。
部分建筑、构筑物沉降量
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3.3为确保工程建设的结构安全性和稳定性，必须对厂区进行地基处理。
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图1厂区土层分布示意图
4.地基处理方案设计
4.1地基处理方案设计原则
1处理后地基承载力应满足上部建、构筑物承载力要求。
2处理后地基沉降值（沉降差值）满足相关规范要求。
3处理方案应适用、安全、可靠、经济。
4.2地基处理方案比选
厂区大面积填土引起的沉降量大（沉降差大）问题，其主要处理原则是采取措施减少沉降变形或沉降差。
工程设计上，宜优先考虑复合地基处理方案。本工程，一方面由于周边环境限制不能采用强夯法处理；另一方面由于工期限制不能采用堆载预压法处理。与此同时，设计人员还进行了水泥搅拌桩复合地基处理方案的计算比较；结果显示，水泥搅拌桩复核地基方案无论是沉降控制效果还是经济性，都不能达到如期的效果。
为此，经过反复计算与仔细对比分析，本次地基处理方案拟采用管桩复合地基处理，起到良好的效果。
4.3处理方式的确认
管桩复合地基处理方案计算成果
桩径：400mm
桩长：23m、24m、26m、29m、
主要构筑物基础下设计参数：sa/d=7 设计沉降值：97.5mm（相对现状地面）;
一般构筑物基础下设计参数：sa/d=7 设计沉降值：134.4mm（相对现状地面）。
5结论
刚性桩复核地基改变了传统桩基设计概念，把桩基和天然地基通过预应力管桩有机地结合在一起，在充分发挥天然地基承载力基础上，取桩基之长，补天然地基之短，在允许构筑物不产生过大沉降的原则下，有效地利用天然地基和桩潜力，它是一种概念先进、安全合理、造价经济的桩基布置设计新形式。
通过上面对实践的分析，可以得出以下结论。
1.对于小荷载、大面积基础特点的给排水工程，采用刚性桩复合地基是切实可行的。
2.刚性桩复合地基是以沉降控制设计，采用增加桩长比增加桩数和扩大桩径更能有效地满足要求。
3.刚性桩复合地基的沉降主要取决于桩端下卧层土的压缩模量，因而桩端应尽量置于土体物理力学性质较好的土层。在满足桩身强度前提下，采用“细桩深布”形式能有效解决深厚软土的基础沉降问题。
参考文献
[1]建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）中国人民共和国建设部，2011
[2]建筑桩基技术规范JGJ94-2008,中国人民共和国建设部，2011
[3]枞阳某水处理厂项目岩土工程勘察报告