南箕水閘基坑開挖支護與地基處理方法

楊松華

南箕水閘基坑開挖支護與地基處理方法

楊松華

莆田市荔城區建筑設計院

該文介紹在木蘭溪下游防洪一期南箕水閘工程中，針對軟土地基特性分別采取漿砌石圍堰、噴射砼防滲墻、鉆孔灌注樁相結合的綜合方法，保證閘室底板及消力池基坑開挖邊坡的安全；采取樁基礎解決閘室、公路橋基礎土層地震液化以及不均勻沉降問題，可為類似工程的建設提供借鑒。

南箕水閘 基坑開挖 地基處理

1 工程概況

木蘭溪下游防洪一期工程南箕水閘為3級建筑物，排澇標準按5年一遇洪水不滿溢，設計洪水位為6.26m，擋潮標準按50年一遇洪水標準，設計洪水位為10.32m，設計最大排澇流量為156m3/s。水閘設4孔3.5m×4.0m，閘底高程為2.0m（黃零高程，下同），閘室長度為19.5m，寬16.7m，水閘底板、閘墩、胸墻、交通橋和啟閉房的結構由鋼筋混凝土構成。閘室和交通橋基礎均采用1000mm、長12 m的混凝土鉆孔灌注樁，閘底板設置封閉的6.0m深旋噴水泥防滲墻防滲，下游消力池長10m、深0.8m，消力池末端設10.0m長護坦和15.0m柔性塊石沉排海漫與舊溪道平順連接[1]。

2 場地工程地質條件

南箕水閘場地地形較平坦，地面高程為6.3~6.8m，地貌屬興化海平原。地基巖土層為：①素填土：褐色，松散，厚2.9 m；②粉質粘土：褐黃色、可塑，厚1.6～2.4m，微透水; ③淤泥質粉質粘土：深灰色，流塑，微透水，厚1.0～4.55m;④中砂：黃色，灰色，松散-稍密，厚4.25～7.1m，飽和，強透水，富水性好；⑤淤泥質粘土：灰色，流塑，微透水，厚2.55～5.5m; ⑥粘土：淺黃色、可塑，微透水，厚0.3～0.7m，⑦卵石層：灰黃色、稍密，顆粒粒徑一般為2～7cm，級配較好，含粗礫砂及粘性土，含量約25%～30%，極強透水；⑧殘積砂質粘性土：褐黃色、可塑-硬塑，厚>2m。地下水為孔隙承壓水，受潮汐影響比較大，水質差。中砂為可液化土，淤泥質粘土為可震陷土。地基主要土層物理力學性能指標如下表1。

表1 地基土層物理力學性能指標

3 基坑開挖

3.1 導流方案

施工導流采用束窄灘地修建圍堰的導流方案，導流標準采用10年一遇洪水標準，堰頂高程為8.00m。受地形條件限制，圍堰布置只能緊靠主河道的岸邊，且因岸坡地質上部為淤泥質粉質粘土（含水率達50%），下部為中砂，地質條件差，極易造成岸坡坍塌等工程事故，因此在施工中采取了如下措施：首先，選擇圍堰結構簡單，且又比土石圍堰、土石混合圍堰底寬小、抗沖刷能力大的漿砌石圍堰；其次，基礎采用梢徑100mm，長4000mm松木樁加固地基，樁端進入砂層300mm，上部嵌入砌體200mm，間排距為600mm，呈梅花型布置，堰外側采用紅粘土夯的作用。詳見圖1。

圖1 水閘開挖平面圖

3.2 基坑防滲

基坑側壁自上而下主要為淤泥質粉質粘土，中砂。中砂厚4.25～7.1m，層面高程-0.98～3.35m之間，滲透系數K為32.0～39.5m/d，透水性好，在水位深為4.17m時，單位涌水量為124.3m3/d.m。外江多年平均高潮為4.6 m，地下水位受外江潮位影響明顯，閘底高程為1.0 m,消力池為0.5 m。為了給閘基坑開挖創造無積水的施工條件，適用于該基坑防滲的措施主要有：①射水法防滲墻；②拉森鋼板樁；③單管高壓旋噴樁。施工中針對上述三種方案通過經濟技術及工程效果的比較，其結果如下：（1）防滲墻面積均為1184m2時，方案②和③的造價分別比方案①增加 25萬元和21.3萬元。（2）單管旋噴樁采用噴水泥與原土體混合成墻，局部地層處理不能完全成墻;鋼板樁耗用鋼材多，接頭易漏水，且拆除對地基振動較大，坡面施工較困難;而射水法用高壓射流破壞土層成孔，用導管澆筑成水下混凝土連續體，質量可以保證，故在鉆孔灌注樁與圍堰之間選擇噴射混凝土防滲墻進行防滲[2]，據文獻[2]按允許水力梯度法計算，墻厚220mm，深8.0m（3.50～-4.50） m，進入淤泥0.5m，詳見圖2。

圖2 A-A斷面圖

3.3 基坑支護

受閘址地形條件限制，水閘西、北兩側緊靠木蘭溪舊河道，造成基坑開挖無法采用既經濟又簡單的放坡開挖，為節省工程造價，基坑開挖采用局部放坡與支護相結合的方案。支護結構根據基坑緊靠木蘭溪，開挖深度深達6.3m，土層復雜，地下水位高等特點，以及該基坑側壁安全等級為一級[3]的要求，選用灌注樁支護基坑，以保證開挖邊坡的穩定、安全，保護近鄰建筑物不受影響，特別是木蘭溪舊堤及岸坡不受破壞。根據文獻[3]，支護排樁按懸臂式支護結構進行計算和驗算，經計算樁長為6.0m（2.50～-3.50）m，排樁嵌固深度取3.1m，樁徑為800mm，見圖2。

4 地基處理

水閘地基中存在可液化的砂和可震陷、高壓縮性、低承載力的淤泥質粘土，工程地質性能差，不能作為建筑物基礎持力層。對同時存在地震液化和震陷的土層，常采用防液化防震陷的措施有：①樁基礎；②換填墊層法；③強夯法；④混凝土連續墻圍封地基等[4]。若采用換填墊層法置換厚度為8.78～10.07m，遠大于規范要求的3.0m，且施工難度極大;采用強力夯實要求處理的范圍應大于建筑物基礎范圍5m，對飽和的砂層及下臥的粘土層，需采取有效的排水措施，而且對周圍的防滲墻、灌注樁及岸坡產生有害影響，處理費用大;而混凝土旋噴樁系土與水泥混合固結體，其強度較低，受力之后樁身變形量大，不宜采用;而采用樁基礎，可有效解決以上問題，且可增加地基承載力、減少沉降量、提高抗滑穩定性，且對解決地基中的土層液化震陷問題和水閘與公路橋之間的不均勻沉降是有效的方法。

5 結語

水閘自2005年3月運行至今，運行情況良好。總結該工程實踐，有以下認識：

5.1 南箕水閘在基坑開挖時采用漿砌石圍堰噴射混凝土防滲墻和鉆孔灌注樁相結合綜合措施，給水閘基坑開挖提供安全、無積水的施工條件,既保護近鄰建筑物不受影響，也保證了開挖邊坡的穩定。

5.2 在平原軟土地區水閘工程中，采用樁基礎既解決了地基土的液化和震陷問題，又可解決水閘與公路橋間的差異沉降問題，效果良好。

[1] 水利部水利水電規劃設計總院.水閘設計規范SL265－2001[M].北京:中國水利電力出版社,2004.

[2] 叢藹森.地下連續墻的設計施工與應用[M].北京:中國水利電力出版社,2001.

[3] 中國建筑科學研究院.建筑基坑支護技術規程[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.

[4] 中國建筑科學研究院.建筑樁基技術規范JGJ94—94[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.