摘要：沉降控制复合桩是一种有效控制地基沉降的施工方式，将其应用于软土地基水闸设计当中，不仅可以优化水闸下部的桩基布置，减小软土地基的沉降值，提高软土地基水闸的安全性，还具有混凝土使用量少、工程造价低等优点。本文就结合工程实例，对软土地基水闸设计中沉降控制复合桩的应用实践展开探讨，以为软土地基水闸安全提供有力保障。
关键词：软土地基 水闸设计 沉降控制复合桩 应用实践
在软土地基上设计水闸时，由于软土地基本身的特性，容易发生地基沉降等问题，不仅容易影响水闸施工进度和建设质量，也会给水闸安全埋下严重安全隐患。而沉降控制复合桩是解决此问题的有效方法，加强对沉降控制复合桩的研究，将其正确运用于软土地基水闸设计当中，对水闸安全性提升有着重要意义，本文就围绕此展开研究。
1.软土地基水闸工程概况
以某软土地基水闸为例，闸室底板为C30钢筋砼平底板，底板顶面高程-0.85m，厚1.2m，闸槛高程-0.85m，闸底板长度、宽度分别是16m和26m，闸室为2孔，每孔净宽6.0m；与闸底板接触土层为②粉质粘土层。
水闸基础下软土地基的地质情况为：②粉质粘土层，承载力特征值130kPa，桩侧阻力特征值为12kPa；③含砂淤泥层，承载力特征值65kPa，桩侧阻力特征值为7kPa；④淤泥层，层底标高18.65m，承载力特征值50kPa，桩侧阻力特征值为SkPa；⑤淤泥质粘土层，层底标高27.82m，承载力特征值80kPa，桩侧阻力特征值为10kPa；⑥含砂淤泥质粘土层，层底标高-35.42m，承载力特征值100kPa，桩侧阻力特征值为14kPa。
2.沉降控制复合桩基的计算方法
2.1 复合桩基的要求
在软土地基的沉降控制中，使用复合桩基时，桩的长细比通常控制在80-100左右，桩距应在5-6倍直径以上，复合桩的持力层应当为压缩性低的土层，承台埋深应在建筑物高度的1/15以上。
2.2 复合桩基沉降值计算
设承台底面地基土自重为，所受的荷载永久组合值为P，承台下复合桩数量为n，单根复合桩极限承载力为，减去浮力后后自重为，复合桩基沉降值计算方法为：
首先，对于由桩顶附加荷载引起的n根复合桩沉降情况，沉降计算经验系数取1.0，计算公式：其中，在公式（1）中，T表示沉降压缩范围内桩端平面之下的土层数，Ψm为沉降计算经验系数，Es，t是桩端平面下t层自重与自重与附加压力的压缩模量之差，是桩端平面下t层土单向压缩分层总数；σz，t，i和Ht，i分别是桩端平面下t层土i分层总数土体的竖向附加力与厚度。在公式（2）中，Q为单桩沉降计算荷载，L是桩长，a与1-α分别表示桩端阻力与桩侧摩擦阻力在沉降计算荷载中占的比例，Ip，jIs，j是第j根桩桩端阻力、桩侧摩擦阻力的应力影响系数。
其次，当沉降有两部分组成时，与上述相同部分的计算也是按照公式（1）（2）进行，对于另一部分由承载台面附加荷载作用引起的沉降，其计算公式为：
其中，s为地基沉降量总值，Ψm为沉降计算经验系数，b是基础宽度，PO是基础地面附加压力，n是压缩范围内地基土层书，i是基础下土层系数.δ是沉降系数，Es.0.1-0.2是在0-10.2MPa条件下，地基土的压缩模量。
3.沉降控制复合桩计算设计与优化
在本水闸设计中，沉降控制复合桩基采用的是PHC管桩，桩径300mm，持力层为⑤淤泥质粘土层，桩端需要穿过④淤泥层，在此基础上，分别计算不同桩距、桩长条件的闸底板沉降值。
3.1 水闸沉降值与桩长的关系
在软土地基水闸沉降复合桩基设计中，在保持相同桩距、桩数以及桩端持力层的条件下，沉降值会随着桩长的增加而减小。在沉降控制复合桩基的桩端深入到⑤淤泥质粘土层后，随着桩长的增加，沉降值会发生显著降低，一般是每增加1m桩长，可以减少10-20mm的沉降值；当桩端深入到⑥含砂淤泥质粘土层后，虽然增加桩长也可以起到降低沉降值的作用，但减缓作用较小，每增加1m桩长，只能减少1-6nn的沉降值。所以，在软土地基水闸设计中采用沉降控制复合桩基时，将⑤淤泥质粘土层作为桩端持力层是经济、可行的。
在本水闸工程中，在桩长超过26m后，沉降值与桩长之间的变化关系发生改变，此时的标准高程为27.82m，正是⑤淤泥质粘土层后与⑥含砂淤泥质粘土层分界线附近，在设计复合桩的桩基时，应确保其终端在⑤淤泥质粘土层中，与⑥含砂淤泥质粘土层保持一定距离，应当设计为25-26m。
3.2 闸底板沉降值与桩距、桩数的关系
在完成复合桩桩长设计后，还需要确定合理的桩数与桩距，分别以25m桩长和26m桩长为基础，可以得到不同的设计方案。
首先，设复合桩桩长为25m，当桩数为33根、桩距为7d时，利用上述公式计算可知，沉降值为78.3mm；当桩数为51根、桩距为5d时计算得到的沉降值是68.1mm。比较两个种条件下的沉降值，差距值有10.2mm，但桩数差距较大，桩数33根、桩距7d方案更加经济、合理。
其次，设复合桩桩长为26m，当桩数为33根、桩距为7d时，利用上述公式计算可知，沉降值为61.6mn；当桩数为51根、桩距为5d时计算得到的沉降值是57.41m。比较两种条件下的沉降值，差距值有4.2mm，但桩数差距较大，桩数33根、桩距7d方案更加经济、合理。
所以，无论复合桩桩长设计为25m或26m，都应当选用33根、7d桩距的布桩方案。在同种布桩条件下，比较25m和26m两种桩长的沉降值与成本，在沉降值上，26m桩长是61.6mm，25m桩长是78.3mm，相差16.7mm，在混凝土增加量上，每根桩增加0.0625m?，33根桩共增加2.0625m?，其成本增加并不高，但沉降值控制效果却能够显著提升。
综上所述，在本工程水闸设计中，沉降控制复合桩基的方案为26m桩长、33根桩、7d桩距。
3.3 方案可行性验证
在软土地基水闸设计的沉降控制复合桩基试验当中，就摩擦型桩基础而言，桩体之间的土体能够分担上部一部分荷载，在设计时，减少底板底面上部10% -15%的荷载，将剩余荷载作为复合桩基需要承载的荷载，其结果也是安全可靠的。
以上述复合桩基布置方案为例，P值为36528.8kN，为27.75kN/O，Ae（闸底板面积）为416O，复合桩需要承担的荷载为p-σcAc=24980kN，桩数n为33，单根桩Rk取标准值715.3kN，复合桩的整体荷载能力为Rkxn=23604.9kN，比较两个荷载值可知，23604.9是大于P-σcAc值的85%-90%的，满足复合桩基荷载需求。因此，本组设计方案是安全、合理的。
4.结语
综上所述，在我国水利工程建设当中，软土地基水闸是施工经常遇到的情况，为保证软土地基水闸的安全，做好软土地基沉降的控制十分重要。沉降控制复合桩是软土地基水闸设计中应用较为广泛的一种方式，在设计中，需要根据软土地基的情况，设计合适的桩长，然后从经济性、实用性、安全性角度出发，计算出合适的桩距、桩数，对设计方案进行优化，保证复合桩基的设计效果，提高软土地基水闸的安全性。
