水闸基础加固的桩式托换方法及验算要点

由于既有建筑物的存在，水闸沉降控制常用各种基础补救性托换技术。

凡解决对既有建筑物的地基土体因不满足地基承载力和变形要求，而需进行地基处理或基础加固者，称为补救性托换。补救性托换基本方法有两类：一是扩大现有建筑物的底面积，即基础加宽；二是将原有建筑物基础加深至比较好的持力层上，或直接对地基进行处理。水闸基础由于邻孔底板或边墩的存在，从横向加宽几乎是不可能的，从下游加宽也常常因斜坡段和消力池而难以实现，单从上游加宽又很难满足对沉降或不均匀沉降控制的要求。所以，水闸基础托换宜采用上述第二类方法，如桩式托换法、灌浆托换法以及其他用于纠偏的基础托换方法。

（一）桩式托换

桩式托换有坑式静压桩托换、锚杆静压桩托换、灌注桩托换和树根桩托换等。

坑式静压桩托换需要在基础下开挖工作坑，一般适用于条形基础的托换加固。对于水闸的大底板基础，要在基础下的中间部分开挖工作坑，坑道较长，对闸基土体破坏较大，而且施工条件不便，所以在水闸基础处理中不宜采用。

灌注桩断面较大，一般桩径都在φ500mm以上。钻孔穿透水闸底板和地基时将给水闸安全带来危害，一旦塌孔，后果更为严重；比较安全的是采用沉钢管灌注桩，但费用较贵，施工也较复杂。

适用于对既有闸基础进行加固桩式托换应该是锚杆静压桩托换和树根桩托换。

1.锚杆静压桩

锚杆静压桩是锚杆和静力压桩结合形成的一种桩基工艺，它的施工工艺详见本书第一章第三节基础托换。

锚杆静压桩托换加固水闸基础的实施要点如下。

（1）水闸基础验算。基础刚度的大小对压桩反力是否均匀起着很大的作用，另外，水闸底板是否能满足托换要求也应查清。所以，在采用锚杆静压桩进行水闸基础托换时，应对原水闸底板进行抗冲切、抗剪和抗弯能力的验算，如不满足要求时，应采取必要的加固措施。

（2）桩的设计。根据地质情况可设计成摩擦桩或端承桩。按摩擦桩设计时，可适当考虑闸底板下桩间土与桩的共同作用。桩身强度应根据压桩过程中最大压桩力和桩段起吊应力进行验算。

单桩垂直承载力标准，应通过现场荷载试验确定。设计时可参照地质条件相同的试验资料结合工程具体情况选定，或用下列公式估算：式中：Pa为设计单桩承载力标准值，kN；Pp（e）为桩最终入土深度l时的压桩力，kN；Kp为压桩力系数，它与土质、桩材、桩截面形状、压桩速度等因素有关，可根据试验确定，一般情况下，在粘性土中，当桩长小于20m时，Kp取1.5，在黄土或填土中，Kp取2.0。

当已知静力触探比贯阻力曲线时，压桩力可按下式计算：

式中：Pp（z）为桩入土深度为Z时的压桩力，kN；Ps（z）为入土深度Z时的比贯入阻力，kPa；Ks为换算系数，取0.06～0.07m2。

压桩力要远远低于水闸自重荷载。

（3）桩的布置、桩径和桩深。桩位一般应布置在闸墩的两侧，并尽量靠近闸墩，由于闸底板一般不具备足够的刚度，远离闸墩设桩效果会降低。桩径由于闸底板一般均较厚，可取250～300cm；桩深根据计算确定。桩型、桩位、桩径、桩深应由设计提出。(www.xing528.com)

（4）压桩和接桩。压桩施工应先从外围开始，以形成“挡土结构”，使内部压桩所产生的挤土压力不致向外扩散，危及水闸及周围建筑物安全。

当桩承受水平力或拔力时，接桩应用焊接接头；当桩仅承受垂直压力时，可采用硫磺胶泥接头。

（5）桩与闸底板的连接。桩与闸底板的连接要给以足够的重视。桩头应伸入闸底板100～200mm，并应在桩顶上四角增设锚固钢筋，伸入闸底板内长度应满足钢筋锚固要求。

如桩顶未压到设计高程，对高出的桩头进行切除时，应先用楔块将桩固定，凿出钢筋并切断后再断桩。然后再继续凿除压桩孔内的桩头混凝土，露出的桩头钢筋可作为锚筋。压桩孔内应采用C30级微膨胀早强混凝土浇捣密实，以使桩和闸底板形成一整体（图2-1）。

图2-1 压桩与闸底板连接构造

2.树根桩

树根桩托换技术见本书第一章第三节基础托换，树根桩用于水闸基础加固时，有两种布置方式：按单根桩布置和网状结构布置。

（1）单根树根桩布置方式。单根树根桩由于桩距较大，其受力特性按单根桩考虑。即根据水闸的具体条件，估计经托换后该水闸所能承受的最大沉降量，再求出相应的单桩设计荷载，当水闸沉降小于最大沉降量时，树根桩相应的单桩荷载小于单桩设计荷载，此时水闸部分荷载传递给桩，而其余荷载仍由水闸底板下的地基土层承担。

（2）网状结构树根桩。网状树根桩是一个修筑在土体中的三维结构，三维系统使树根桩在土中起了加筋作用而使土体刚度起了变化。网状结构树根桩设计时，应以桩和土间的相互作用为基础，由桩和土组成复合土体的共同作用，将桩与土围起来的部分作为一个共同受力的整体结构。但迄今为止，由于对桩与土共同工作的特性还不容易作出足够准确的分析，桩的尺寸、桩距、排列方式和桩长等参数一般都是根据实践经验确定。

水闸地基加固中树根桩用何种布置形式，根据树根桩需要承受荷载的大小而定。当水闸要求由树根桩承担的荷载较大，单根桩布置形式不能满足要求时，可布置网状结构树根桩。树根桩布置遇闸墩时可沿闸墩两侧布置，当闸墩较宽时，部分桩斜伸入墩底，部分垂直布置。

树根桩施工时，要遵循分部、对称、由疏到密，逐步扩大的原则。

锚杆静压桩和树根桩托换技术应用于水闸地基加固尚未见有先例，还有待人们去实践，取得经验。

（二）灌浆托换

灌浆法是地基处理中的一种广泛使用的方法，而灌浆法应用于托换工程中尤为常用。其灌浆原理、浆材、施工以及在水闸加固中的应用在本书第一章和第二章第一节中已有介绍，在此不再赘述。

（三）纠偏托换

用于水闸的纠偏的基础托换方法可采用迫降、顶升或其组合等方法。这类方法是在水闸沉降较小的一侧的地基，采用掏土、冲水浸水、加载、地基应力解除等法促其沉降，或在基础沉降较大的一侧用千斤顶顶升复位，以及上述两种方法的组合进行纠偏。这类方法在本书第一章第四节已作了专门介绍。