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【摘 要】 管桩复合地基可充分利用地基土体的天然承载作用，桩土共同受力，提高地基承载力和减少沉降，本文以淮安市古黄河水利枢纽工程为例阐述管桩复合地基的具体应用。
【关键词】 管桩复合地基 水利工程 应用
1 工程概况
淮安古黄河水位控制工程位于淮安市境内的楚州区与涟水县交界的废黄河上，工程建设内容包括控制废黄河水位的节制闸工程、水电站工程和施工需要临时开挖的导流河工程3项，其建设规模为：①节制闸工程：设计流量500m3/s，设计总净宽40m，分5孔建设，单孔净宽8.0m；②水电站工程：设计流量60 m3/s，设计水头2.3m，安装6台套竖井贯流式水轮机，单机容量160kW；③施工导流河工程：设计导流量220 m3/s，相应防洪水位为9.34m，设计断面为：底宽45m，底高程4.0m，河坡1：4.0，青坎高程9.0m，堤坡1：2.5坡至现状地面。
工程建成后，将有效改善淮安境内废黄河地区的水环境，缓解近年来废黄河来水减少，水位降低，水环境恶化现象；同时可利用节制闸形成的闸上、下游水位差，建水电站发电，带来一定的经济效益。
2 工程地质情况
工程场地的地貌分区属徐淮黄泛平原区，地貌类型为堤内滩地。钻探深度范围内的土层可分为7个工程地质层，详见以下描述：
1层：素填土。以暗黄色砂性土为主，为人工填筑而成。层底标高7.00～4.70m，层厚6.40～0.50m。
2层：以粉质砂壤土为主，细分为两个亚层。
2-1层：轻粉质砂壤土。灰色，松散～稍密状。层底标高2.09～-0.30m，层厚5.30～4.10m。
2-2层：粉质砂壤土或粉砂。黄灰色，稍密～中密状。层底标高-5.48～-6.90m，层厚6.60～6.50m。
3层：以粘性土为主，细分为两个亚层。
3-1层：粘土。青灰色，底部灰色，可塑状。层底标高-0.40～-0.91m，层厚3.00～2.30m。
3-2层：粉质粘土。灰色，底部黄褐色，可塑状。层底标高-4.30～-4.81m，层厚3.90～3.70m。
4层：重粉质砂壤土。灰色或灰黄色，中密状。层底标高-6.40～-7.76m，层厚3.10～1.70m。
5层：以粘性土为主，细分为四个亚层。
5-1层：重粉质壤土。灰黄色，可塑状。层底标高-7.68～-9.40m，层厚2.90～1.20m。
5-2层：粉质粘土（局部夹粉质砂壤土）。灰黄色，可塑状，混大量礓结石。层底标高-9.88～-12.76m，层厚3.50～2.10m。
5-3层：粘土。黄褐色或青黄色，可～硬塑状，混少量礓结石。层底标高-26.01～-26.60m，层厚14.00～13.50m。
5-4层：粉质粘土。灰黄色，可～硬塑状，混少量礓结石。层底标高-32.81～-37.60m，层厚11.00～6.80m。
6层：轻砂壤土夹重粉质壤土。灰黄色，轻砂壤土中密～密实状；重粉质壤土可塑状。层底标高-38.51～-38.90m，层厚5.70～1.30m。
7层：粘土。灰黄色，局部泛青色。硬塑状，混礓结石。最大孔深50m未钻穿该层。
设计建筑物基础大部分位于2层轻粉质砂壤土层。下卧3-1层粘土层（层厚较小）和3-2层淤泥质粘土层为软弱土层，承载力分别为100kPa和60kPa。3-3层粉质粘土层为好土层，承载力为200kPa。
3 地基处理方案
桩土复合地基是将部分土体置换形成增强体（桩体），由增强体和周围地基土共同承担荷载，桩顶不嵌入上部基础内，通过设置褥垫层，调整桩顶和桩间土的应力比，充分发挥桩间土的承载潜力，并协调变形。这样既解决了地基强度不足的问题，又能满足变形的要求。桩土复合地基其主要优点有：（1）充分利用土的天然承载作用，桩土共同受力，提高地基承载力和减少沉降；（2）保护桩身的稳定，并进一步固结软弱土层，防止桩顶与底板脱开，避免负摩擦力；（3）充分利用原有的土层结构条件，灵活、合理地选择桩端持力层；（4）经济、合理地降低造价。
预应力管桩是一种经济型的刚性桩，该桩型与实心桩相比，可大量节省混凝土， 从而大大降低造价。由于桩身表面积大，单桩承载力高，故单桩影响面积大。该桩型成桩质量稳定，桩体与桩周土形成刚性复合地基，复合层的变形很小。
4 管桩复合地基的设计原则
用于软土地基加固的管桩的直径、长度及间距的设计采用以桩体与桩周土形成刚性复合地基满足建筑物沉降要求为原则。
以沉降控制的设计原则的设计思路是先按沉降控制要求进行设计，然后再验算地基承载力是否满足要求。即首先控制沉降量至某一满足沉降量要求的具体数值， 然后再验算地基承载力是否满足要求；如承载力不满足，则考虑适当增加复合地基置换率或增加桩长，直至满足为止。对于复合地基而言，在沉降满足的条件下，地基承载力大部分均能满足要求。
根据《水闸设计规范》和《公路桥涵地基与基础设计规范》等相关规范关于土质地基允许最大沉降量和沉降差的要求，结合本工程具体情况，本次设计地基最大沉降量控制在30～150mm，公路桥部位取低值；相邻建筑物最大沉降差控制在不超过50mm。由于基础中心处的沉降量与实际基础平均沉降量相当，所以本次设计仅计算基础中心处的沉降量。
5 褥垫层设计
刚性基础下的复合地基中桩和地基土的承载力均能得到较好的发挥，一般情况下是桩先达到极限状态，桩土应力比随荷载的增大而增大，直至桩体达到极限状态，然后随荷载的继续增加而减小。为了减小桩土应力比，改善复合地基浅层桩体和桩间土的受力状态，有必要设置褥垫层。刚性基础下复合地基的垫层一般为散体材料垫层，由于本工程基础下有防渗要求，本次设计采用水泥土作为褥垫层，褥垫厚度暂定为30cm，水泥掺入比暂定为8%，具体厚度和掺入比由试验确定。
6 计算示例
以2孔一联节制闸为例进行管桩复合地基设计，设计成果见表2。
管桩复合地基的管桩与基础连接见图1。
7 结束语
本工程对地基处理还进行了换填垫层法和管桩复合地基的方案比较，结果表明管桩复合地基方案有如下优点：基坑开挖浅，建筑物沉降小，工程投资节省。管桩复合地基对褥垫层要求较高，须进行试验确定褥垫层厚度等参数。综合表明，对软弱土层埋深较深的建筑物采用管桩复合地基是比较优越的地基处理方案。
参考文献
[1] 《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002 中国建筑工业出版社.
[2] 范庆来，张可誉，张令诺.非均质各向异性软基上管桩基础承载力分析[J].岩土力学，2008（z1）.
【关键词】 管桩复合地基 水利工程 应用
1 工程概况
淮安古黄河水位控制工程位于淮安市境内的楚州区与涟水县交界的废黄河上，工程建设内容包括控制废黄河水位的节制闸工程、水电站工程和施工需要临时开挖的导流河工程3项，其建设规模为：①节制闸工程：设计流量500m3/s，设计总净宽40m，分5孔建设，单孔净宽8.0m；②水电站工程：设计流量60 m3/s，设计水头2.3m，安装6台套竖井贯流式水轮机，单机容量160kW；③施工导流河工程：设计导流量220 m3/s，相应防洪水位为9.34m，设计断面为：底宽45m，底高程4.0m，河坡1：4.0，青坎高程9.0m，堤坡1：2.5坡至现状地面。
工程建成后，将有效改善淮安境内废黄河地区的水环境，缓解近年来废黄河来水减少，水位降低，水环境恶化现象；同时可利用节制闸形成的闸上、下游水位差，建水电站发电，带来一定的经济效益。
2 工程地质情况
工程场地的地貌分区属徐淮黄泛平原区，地貌类型为堤内滩地。钻探深度范围内的土层可分为7个工程地质层，详见以下描述：
1层：素填土。以暗黄色砂性土为主，为人工填筑而成。层底标高7.00～4.70m，层厚6.40～0.50m。
2层：以粉质砂壤土为主，细分为两个亚层。
2-1层：轻粉质砂壤土。灰色，松散～稍密状。层底标高2.09～-0.30m，层厚5.30～4.10m。
2-2层：粉质砂壤土或粉砂。黄灰色，稍密～中密状。层底标高-5.48～-6.90m，层厚6.60～6.50m。
3层：以粘性土为主，细分为两个亚层。
3-1层：粘土。青灰色，底部灰色，可塑状。层底标高-0.40～-0.91m，层厚3.00～2.30m。
3-2层：粉质粘土。灰色，底部黄褐色，可塑状。层底标高-4.30～-4.81m，层厚3.90～3.70m。
4层：重粉质砂壤土。灰色或灰黄色，中密状。层底标高-6.40～-7.76m，层厚3.10～1.70m。
5层：以粘性土为主，细分为四个亚层。
5-1层：重粉质壤土。灰黄色，可塑状。层底标高-7.68～-9.40m，层厚2.90～1.20m。
5-2层：粉质粘土（局部夹粉质砂壤土）。灰黄色，可塑状，混大量礓结石。层底标高-9.88～-12.76m，层厚3.50～2.10m。
5-3层：粘土。黄褐色或青黄色，可～硬塑状，混少量礓结石。层底标高-26.01～-26.60m，层厚14.00～13.50m。
5-4层：粉质粘土。灰黄色，可～硬塑状，混少量礓结石。层底标高-32.81～-37.60m，层厚11.00～6.80m。
6层：轻砂壤土夹重粉质壤土。灰黄色，轻砂壤土中密～密实状；重粉质壤土可塑状。层底标高-38.51～-38.90m，层厚5.70～1.30m。
7层：粘土。灰黄色，局部泛青色。硬塑状，混礓结石。最大孔深50m未钻穿该层。
设计建筑物基础大部分位于2层轻粉质砂壤土层。下卧3-1层粘土层（层厚较小）和3-2层淤泥质粘土层为软弱土层，承载力分别为100kPa和60kPa。3-3层粉质粘土层为好土层，承载力为200kPa。
3 地基处理方案
桩土复合地基是将部分土体置换形成增强体（桩体），由增强体和周围地基土共同承担荷载，桩顶不嵌入上部基础内，通过设置褥垫层，调整桩顶和桩间土的应力比，充分发挥桩间土的承载潜力，并协调变形。这样既解决了地基强度不足的问题，又能满足变形的要求。桩土复合地基其主要优点有：（1）充分利用土的天然承载作用，桩土共同受力，提高地基承载力和减少沉降；（2）保护桩身的稳定，并进一步固结软弱土层，防止桩顶与底板脱开，避免负摩擦力；（3）充分利用原有的土层结构条件，灵活、合理地选择桩端持力层；（4）经济、合理地降低造价。
预应力管桩是一种经济型的刚性桩，该桩型与实心桩相比，可大量节省混凝土， 从而大大降低造价。由于桩身表面积大，单桩承载力高，故单桩影响面积大。该桩型成桩质量稳定，桩体与桩周土形成刚性复合地基，复合层的变形很小。
4 管桩复合地基的设计原则
用于软土地基加固的管桩的直径、长度及间距的设计采用以桩体与桩周土形成刚性复合地基满足建筑物沉降要求为原则。
以沉降控制的设计原则的设计思路是先按沉降控制要求进行设计，然后再验算地基承载力是否满足要求。即首先控制沉降量至某一满足沉降量要求的具体数值， 然后再验算地基承载力是否满足要求；如承载力不满足，则考虑适当增加复合地基置换率或增加桩长，直至满足为止。对于复合地基而言，在沉降满足的条件下，地基承载力大部分均能满足要求。
根据《水闸设计规范》和《公路桥涵地基与基础设计规范》等相关规范关于土质地基允许最大沉降量和沉降差的要求，结合本工程具体情况，本次设计地基最大沉降量控制在30～150mm，公路桥部位取低值；相邻建筑物最大沉降差控制在不超过50mm。由于基础中心处的沉降量与实际基础平均沉降量相当，所以本次设计仅计算基础中心处的沉降量。
5 褥垫层设计
刚性基础下的复合地基中桩和地基土的承载力均能得到较好的发挥，一般情况下是桩先达到极限状态，桩土应力比随荷载的增大而增大，直至桩体达到极限状态，然后随荷载的继续增加而减小。为了减小桩土应力比，改善复合地基浅层桩体和桩间土的受力状态，有必要设置褥垫层。刚性基础下复合地基的垫层一般为散体材料垫层，由于本工程基础下有防渗要求，本次设计采用水泥土作为褥垫层，褥垫厚度暂定为30cm，水泥掺入比暂定为8%，具体厚度和掺入比由试验确定。
6 计算示例
以2孔一联节制闸为例进行管桩复合地基设计，设计成果见表2。
管桩复合地基的管桩与基础连接见图1。
7 结束语
本工程对地基处理还进行了换填垫层法和管桩复合地基的方案比较，结果表明管桩复合地基方案有如下优点：基坑开挖浅，建筑物沉降小，工程投资节省。管桩复合地基对褥垫层要求较高，须进行试验确定褥垫层厚度等参数。综合表明，对软弱土层埋深较深的建筑物采用管桩复合地基是比较优越的地基处理方案。
参考文献
[1] 《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002 中国建筑工业出版社.
[2] 范庆来，张可誉，张令诺.非均质各向异性软基上管桩基础承载力分析[J].岩土力学，2008（z1）.