太平船閘深厚淤泥基礎處理

許志發

(廣東省佛山市南海南源水利水電勘測設計院有限公司，廣東佛山528200)

1 工程概況

南海市太平船閘位于西江樵桑聯圍太平段，是南海西樵溝通西北江水道的關鍵工程，船閘通航等級Ⅴ級，最大通航船只300 噸級，閘首凈寬12 m，船室長85 m，為整體式結構。太平船閘具有外江水位變幅大(－0.2 ～9.01 m)、防洪水頭高(8.41 m)，船閘墩墻高(14 m)等特點。如何處理船閘下部的淤泥，解決軟土在高填土荷載作用下的水平側壓力是整個工程的關鍵。

2 地質概況

船閘主體座落在城鎮的一條舊河涌上，由于地質情況較為復雜，前后進行了三次勘探。船閘建基面在 －3.6 ～－5.0 m高程之間，建基面以下為:①淤泥，厚7 ～15 m，飽和，流塑，含水量 W=52% ～86%，C =8kPa，φ =5°;②粉質粘土，厚 1.3 ～13 m，含水量 W=23% ～40%，C=20kPa，φ =18°;③殘積土，厚0.3 ～4.2 m;④強風化巖，厚 5.0 ～9.0 m。

3 基礎處理方案比選

由于太平船閘主體兩側均是大面積新填土，在原地面填土達9 ～12 m，填土荷載達162 ～216 kPa，在如此大的填土荷載作用下，下部淤泥層必然會產生較大的擠壓，對船閘主體建筑物的樁基礎產生較大的水平側壓力和負摩擦力［1］，如何解決樁基礎抵抗水平側壓力是主要矛盾。采用常規的預制樁基礎，雖然可以解決垂直荷載問題，但是在本工程淤泥厚度7 ～12.5 m 的條件下，采用橫向荷載作用下樁、土共同作用的簡化計算方法［2］計算:船閘位置的管樁樁身的最大彎矩為 409 ～988 k N·m，遠大于管樁的抗斷裂彎矩135 k N·m，所以，常規的預制管樁方案是不可行的。為此，參考《地基處理手冊》［3］，設計單位經過論證，提出如下五個方案進行比較:①在常規的預制樁基礎上，在兩邊布置格柵式攪拌樁，每邊寬12 m，用整體格柵攪拌樁抵抗水平側壓力，主體預制樁布置不變，用預制樁承受結構上部垂直荷載。②主體采用格柵式攪拌樁方案，既抵抗水平側壓力，又承受垂直荷載，填土所產生的軟土水平側壓力被阻隔在加固區范圍之外。③在方案②的基礎上主體增加Φ400 管徑預制樁，用來承受垂直荷載，減少方案②攪拌樁樁身壓縮所產生的沉降。④主體采用排列式攪拌樁墻，既可利用攪拌樁墻的對撐作用抵抗填土產生的水平側壓力，又可以直接承受結構上部垂直荷載。⑤在方案④的基礎上，拉開攪拌樁墻的距離，墻中采用Φ500 管徑預制樁承受上部結構垂直荷載，攪拌樁墻承受填土生成的水平側壓力，保護墻中的預制樁。

以上各方案的初步比較見表1，主體船室部分的樁基布置各方案見圖1 ～圖5。

圖1 樁基布置圖(方案①)

圖2 樁基布置圖(方案②)

圖3 樁基布置圖(方案③)

圖4 樁基布置圖(方案④)

圖5 樁基布置圖(方案⑤)

表1 船閘主體樁基礎方案比較表

上述方案均滿足結構安全要求，但從工程造價、施工工期等方面比較，方案④、方案⑤顯然優于其他方案，綜合考慮現有的施工現狀，實際采用方案⑤，原因如下:

1)本工程地質情況十分復雜，船閘主體的淤泥厚度不均，由7 ～13 m 不等，，因此船閘主體各段存在一定的沉降差。從避免因不均勻沉降拉斷止水膠而產生滲透短路，確保防洪安全的角度出發，采用方案⑤比采用方案④更可靠。

2)擬建場地的淤泥含有機質及腐植質，對攪拌樁的早期強度有很大的影響，由于工期所限，基礎施工完畢后必須馬上進行上部結構施工，如果采用方案④純攪拌樁方案，由于樁體早期強度不足，其沉降可能大于計算的53 ～69 mm，而采用方案⑤時，垂直荷載主要是由預制樁承受，攪拌樁是在主體結構完成后開始填土才承受水平荷載，一般主體結構工期為3 個月左右，此時攪拌樁強度已經達到設計要求。可見采用方案⑤對整個工程的工期安排比較有利。

4 施工要點及質量保證措施

為確保攪拌樁的樁身強度達到設計要求，選取最佳的施工方案，指揮部在內涌閘首選定3 m×6 m 場地，共布置了三組八條樁，按不同的水泥摻入比，用噴漿法和噴粉法施工，再對每組抽芯進行無側限抗壓試驗來檢測樁身強度，同時用輕便觸探對比檢測強度，為現場施工和抽檢提供依據。抽芯檢測結果表明，采用噴粉法施工樁身平均強度1.44 MPa，效果好于噴漿法(平均強度0.79 MPa)。

基坑開挖成型后，先進行預制管樁的施工，樁端支承在強風化巖層，收錘貫入度在每10 錘20 mm 以內。抽取其中2 條樁進行大應變試驗，單樁極限承載力為3825 kN 和3895 kN，滿足設計要求。

預制管樁完成后，安排5 臺樁機，采用噴粉法工藝，進行攪拌樁施工，現場監測主要由樁機本身的電腦自動記錄儀控制噴粉量和下沉上升速度。由于攪拌樁數量較多(3 388 條)，按規定輕觸檢測數量為2%，即68 條。為此，在征得質監部門同意后，指揮部購買了輕觸檢測工具，參照試驗樁的檢測數據以指揮部人員、監理人員現場檢測為主，有資質的檢測部門抽檢為輔，從而節省了檢測費用，而且可以根據齡期隨時檢測，不影響后續施工的進行。攪拌樁的搭接及連續性采用透地雷達檢測。實際檢測結果均達到設計要求。

5 工程觀測

從基礎施工完成，閘室底板澆注開始，對建筑物的沉降位移進行了定期的觀測，由2000 年5 月～2001 年12 月前后進行了20 次較全面的觀測，船閘主體分3 次回填，首次回填5 m 厚填土后，主體建筑物均有不同程度的抬升，最大達到43 mm，最小6 mm，一般在20 ～30 mm 之間，淤泥層越厚，抬升幅度越大，第二第三次回填完成后又逐步下沉，并趨于穩定。最后觀測表明:最大的沉降為33 mm，最小為6 mm，一般在10 ～20 mm 之間，各建筑物的分縫沉降差在8 mm 以內，不影響結構及防洪的安全，滿足設計要求。

6 結語

對于深厚的淤泥基礎，采用端承樁時，若水工建筑物兩側填土較高，則存在兩個問題:①填土側壓力可能會破壞一般的剛性樁;②由于基礎以上的荷載由樁承擔，直接傳遞到下部巖層，底板與基礎土層接觸面上有可能出現“脫空”現象，在滲流的作用下，造成接觸沖刷，從而危及建筑物的防洪安全。采用本文的方法，利用預制管樁承受垂直荷載，密排攪拌樁承受軟土側壓力，既可保護管樁的安全，又可起到截滲、防止基礎土層脫空的作用。太平船閘工程后，又經過江邊水閘、凰崗水閘的實踐，證明該方法是可行的，可以在類似地質條件的水利工程中應用。

［1］林宗元.巖土工程治理手冊［M］. 北京:中國建筑工業出版社，2007.

［2］陸培炎. 橫向荷載作用下樁、土共同作用的簡化法［J］.廣東水電科技，1990(1).

［3］曾國熙.地基處理手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1997.