水工構筑物案例分析

摘要：本文對某水廠擴建工程的施工實踐，對水工構筑物案例進行分析。

關鍵詞：軟土地基；構筑物；工程

1 工程概況

1.1 反應沉淀池結構形式

反應沉淀池為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，分東、西2個池體，每個沉淀池底板尺寸為寬×長＝15.64m×114.40m，設4條伸縮縫將結構劃分為5段（18.1m+3×23.9m+24.4m）。沉淀池采用D=426mm水泥粉煤灰碎石樁復合地基，樁體按立方體抗壓強度≥15MPa控制。CFG樁橫向×縱向排距＝1900×1900mm、1900×2000mm、1900×1750mm，其中964根碎石樁有效樁長為15.0m，91根碎石樁有效樁長為14.0m，133根高壓旋噴樁樁長為14.0m，水泥摻量為30%～35%。在CFG樁頂先鋪設30cm砂石褥墊層，其上澆筑10cm厚素混凝土墊層后再施工沉淀池結構。

1.2 工程地質(zhì)情況

沉淀池場地地面標高為2.20m，根據(jù)巖土勘察報告，施工場地在沉淀池施工影響范圍內(nèi)的土體均為第四紀松散沉積物，成因以濱海相沉積為主，主要分成如下6個工程地質(zhì)層，自上而下依次為：素填土：灰色，濕，以粉質(zhì)粘土為主，夾較多植物根莖，土質(zhì)松散，不均勻。層底標高-0.02～1.43m，層厚0.30～2.40m。粉質(zhì)粘土：黃色，濕～飽和，土質(zhì)較均勻。層底標高0.46～0.53m，層厚0.0～0.90m。淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰黃～灰色，飽和，土質(zhì)較均勻。層底標高-13.07～-11.19m，層厚11.70～13.60m。粘土：灰～灰黃色，飽和，可塑，夾少量淤質(zhì)粘性土條帶，土質(zhì)較均勻。層底標高-12.97～-12.79m，層厚0.0～1.60m。粘質(zhì)粉土：黃色，濕，夾較多軟塑狀粘性土薄層，土質(zhì)欠均勻。層底標高-14.32～-13.57m，層厚0.0～1.50m。粉砂：黃～灰色，飽和，局部密實，夾少量淤質(zhì)粘性土條帶，土質(zhì)欠均勻。層底標高-16.63～-13.97m，層厚1.40～3.50m。對本工程有影響的地下水類型主要為孔隙潛水（根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗承壓水對基坑開挖及基樁施工的影響可不予考慮），勘察期間測得鉆孔內(nèi)初見水位標高在1.13～1.20m之間，穩(wěn)定水位標高在1.25～1.33m之間，地下水位年變化幅度在1.5m左右。場地環(huán)境地質(zhì)條件為濕潤區(qū)含水量w≥30％的弱透水土層。

2 工后沉降變形監(jiān)測

沉淀池結構施工結束后進行了滿水試驗，在注水至1/3試驗深度期間，根據(jù)沉降觀測，沉淀池西區(qū)的西1、2區(qū)伸縮縫兩側(cè)的觀測點42、43點沉降值偏大，沉降量最大達8.35cm（見圖1）。

為控制沉淀池進一步沉降，現(xiàn)場停止向池內(nèi)注水，并對西1區(qū)、西2區(qū)的施工縫兩側(cè)各10m范圍進行了注漿處理，漿液采用PC32.5水泥漿摻7%水玻璃，水灰比0.5～0.6，注漿孔間距0.8m，加固深度為結構以下3m。為方便施工，采用從沉淀池底板外側(cè)斜向打入（見圖2）。

為防止?jié){液流竄出基底范圍，在注漿處理前，在結構邊緣30cm處打設了一排注漿帷幕，注漿深度5m。

3 地基處理方案

為控制沉淀池的沉降，采用沉淀池內(nèi)部底板開孔注漿措施，通過控制注漿壓力、注漿范圍等以達到：（1）沉淀池沉降基本穩(wěn)定。（2）局部不均勻沉降處沉降差控制在1cm以內(nèi)。（3）累計沉降較大處的最終沉降接近平均值。

3.1 注漿孔位設計

西側(cè)沉淀池的注漿處理主要解決沉淀池整體沉降較大和局部不均勻沉降偏大問題，采用條形加固結合局部加密措施，即在距離側(cè)墻0.5m和4.5m處共打設4排注漿孔，注漿孔間距一般為4m×4m（約為原CFG樁2排間距），在累計沉降較大處及伸縮縫兩側(cè)沉降差較大處再加密布孔，間距為2m×2m（約為原CFG樁排距），以上布孔間距可避開原CFG樁。為保護伸縮縫內(nèi)止水帶，在靠近伸縮縫位置的布孔需距離伸縮縫1m。

3.2 注漿參數(shù)

（1）注漿范圍：底板以下0～5m。

（2）漿液：底板以下2～5m范圍采用PC32.5單液漿，水灰比0.5～0.6，當發(fā)生竄漿導致注漿壓力不增長時，可外摻3%～6%水玻璃或選用較小水灰比；底板以下0～2m范圍采用PC32.5雙液漿，外摻7%～10%水玻璃，以加快漿液凝固速度，確保注漿壓力和減小注漿時對底板的影響。

（3）注漿壓力：底板以下2～5m范圍按0.2～0.5MPa執(zhí)行；底板以下0～2m范圍按0.1～0.15 MPa執(zhí)行；伸縮縫部位底板以下0～2m范圍按不大于0.1 MPa執(zhí)行（具體以使池體少量上抬接近或略小于平均沉降量為準）。

（4）水泥摻入比：不小于100kg/m3。

3.3 注漿施工方法

（1）為保證注漿效果，先從觀測點42、43處（即西1、2區(qū)伸縮縫處）12只孔施工，通過觀測注漿過程中及注漿后結構沉降情況調(diào)整注漿參數(shù)，為其它點的注漿提供參考。

（2）底板開孔：按設計間距放出注漿孔位置后，用人工鑿除底板表層保護層（深度5cm，直徑約20cm）暴露出底板鋼筋后，用混凝土取芯機鉆孔至砂石褥墊層，鉆孔直徑略大于注漿管直徑。底板開孔盡量不損傷底板鋼筋，開孔若損傷底板上層鋼筋在注漿完成后進行焊接修補。

（3）分層注漿：打入注漿管至褥墊層以下5m，開啟注漿泵注入配置好的混合漿液，并根據(jù)注漿壓力大小，控制提升周期，及時調(diào)整漿液參數(shù)。

（4）注漿從下向上分層進行，每次提升高度約30cm。為防止加密布孔處相鄰注漿孔竄漿，鉆孔注漿需間隔進行。

（5）注漿時底板上孔洞在施工時一部分為注漿孔，同時另一部分作為應力釋放孔和觀測孔。

（6）注漿過程中要加強沉降情況、冒漿情況的觀測工作，并做好相應記錄。

（7）注漿孔封堵可待水池滿水試驗結束后再施工。

3.4 底板孔洞防水處理

參照本工程相關伸縮縫防水要求，沉淀池底板上開設的孔洞在池體進行滿水試驗后再進行封堵，以便后期根據(jù)需要進行補充注漿。具體封孔措施如下：

（1）注漿結束后，用清水、鋼絲刷清理注漿孔及周邊底板混凝土，然后排除孔內(nèi)積水。

（2）用PU1彈性密封膏加瀝青麻絲填充注漿孔，填充厚度約15cm（從素混凝土墊層底至進入底板約5cm）。

（3）在注漿孔及底板孔洞四周封閉安放緩膨型遇水膨脹止水條（見圖3），然后用底板混凝土同標號微膨脹混凝土填充注漿孔，并做好養(yǎng)護。

3.5 底板裂縫處理

待水池滿水試驗滿足規(guī)范標準后，排除池內(nèi)蓄水，檢查底板等部位的裂縫情況，并用探測儀檢查裂縫深度及寬度，如裂縫深度未貫穿底板，可采用高壓水沖洗并風干后，用環(huán)氧樹脂注入裂縫修補。

3.6 沉降變形監(jiān)測

為準確掌握壓密注漿期間沉淀池西區(qū)的沉降變化情況，在注漿施工期間必須全程跟蹤觀測。本次注漿施工在池體內(nèi)部進行，因此沉降觀測點位布置在池體內(nèi)部，相對均勻地布置在各池體內(nèi)壁上。注漿施工分兩班施工，沉降觀測每天2次。同時加強已有裂縫的觀測，每天記錄裂縫寬度1次，并注意觀察其他部位是否有新的裂縫出現(xiàn)，及時上報監(jiān)理、設計、業(yè)主協(xié)商解決。

4 處理效果

壓密注漿是利用一定的壓力灌入濃度較大的水泥漿或化學漿液，注漿開始時漿液總是先充填較大的空隙，然后在壓力下滲入土體孔隙。隨著土層孔隙水壓力升高擠壓土體，直至出現(xiàn)剪切裂縫，漿液隨之充填裂縫，形成漿脈。漿脈在形成過程中由于占據(jù)了土體中一部分空間，加上土層內(nèi)孔隙被漿液所滲透，從而將土體擠密，構成了新的漿脈復合地基，改善了土體的強度和防滲性能，同時也改變了土體物理力學性質(zhì)，提高了軟土地基的承載力。

在注漿管端部附近形成漿泡，當漿泡的直徑較小時，灌漿壓力基本沿鉆孔的徑向擴展。隨著漿泡尺寸的逐漸增大，便產(chǎn)生較大的上抬力而使地面抬動。通過在反應沉淀池底板開孔壓密注漿，反應沉淀池沉降量明顯減小，通過沉降觀測數(shù)據(jù)可知，感測點位之間的沉降差也得到了有效控制。