淺談水閘施工中的軟基處理技術應用

馮杰

【摘要】水閘建設是水工建筑物中數量最多的建筑物，我國軟弱淤泥粘土層在部分省份廣泛分布，水閘基礎大部分是軟土地基，需進行處理，否則就會導致關鍵受力部位出現不均勻沉降和位移，對水閘運行產生不良影響。本文介紹了軟土處理的幾種常見技術，并以實際工程為例，介紹了水泥攪拌樁處理技術。

【關鍵詞】水閘；軟基；水泥攪拌樁

一、水閘施工中的軟基處理技術

軟土壓縮性大、含水量高、透水性差、強度低，這樣就導致地基的承載力和穩定性不能滿足工程的要求，在這樣的地基上建閘，必須采取加固處理措施。水閘施工中的軟基處理技術種類很多，下面對幾種技術進行介紹。

（一）振密或擠密法

振密或擠密法是用振動或者擠壓的方法減小地基土體空隙比，提高強度，分為重錘夯實法、振沖擠密法、強夯法。

重錘夯實法是利用重錘自由下落時的沖擊能來夯實非飽和的表層填土及填土地基，使其表層形成一層較為均勻的硬殼層。施工時把重錘提升到一定高度，使錘脫鉤自由落下，對地基反復多次進行夯實，取得加固效果。重錘夯實的效果與錘重、錘底直徑、落距、遍數，夯實土的種類及其含水量有關，合理選取以上參數才能取得較好的夯實效果。

（二）加筋法

加筋法是利用位移與土顆粒產生一定的摩擦力，使加筋材料與土形成一個整體，減少整體變形和增強整體穩定。砂墊層中鋪設土工織物，由于土工織物受拉作用，調整了基底應力分布，相應的減少地基側向位移和沉降，大大提高地基的穩定性。

（三）灌注樁

灌注樁法是將灌注樁打至硬土層作承載臺，灌注樁有沉管灌注樁和沖鉆孔灌注樁，但這兩種方法灌注樁還存在一些技術難題，一是沖鉆孔灌注樁存在泥漿污染問題，樁身混凝土灌注質量，樁底沉渣清理和持力層判斷不易監控等問題；二是沉管灌注樁在深厚軟土中存在樁身完整性問題。

（四）水泥土攪拌法

分為漿液深層攪拌法（簡稱濕法）和粉體噴攪法（簡稱干法）。

水泥土攪拌法適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粘性土、粉土、飽和黃土、素填土及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。其加固機理是：水泥漿（粉）與地基土在外力作用下（樁頭攪拌力及水泥漿（粉）壓入壓力）均勻攪拌，進行水化反應并形成具有一定強度的水泥土樁（即所謂半剛性樁）。部分水泥漿（粉）在灌漿壓力作用下發生水化反應并滲入樁體周邊的土體中形成樁體，增大了樁體與樁間土的摩擦系數，提高了樁體承載力，并與樁間土共同形成良好的復合地基。

二、水閘施工中的軟基處理技術應用

（一）工程概況

某水閘是一座以擋潮、灌溉為主，兼有航運效益的等大型工程。該閘于1984年興建，運行至今已近30年，2015年經安全鑒定該閘為四類險閘，需拆除重建。水閘重建工程建筑物主要由攔河閘、船閘、兩岸連接段及下游右岸管理樓組成，其中攔河水閘共9孔，泄洪總凈寬108m，單孔凈寬12m，閘室總寬度127m，閘室長18m，閘底板高程-4.2m、閘頂高程4.4m。船閘緊靠水閘布置在河床左岸，船閘上閘首與水閘齊平，平面尺寸為（寬×長）12m×18m，其中門孔凈寬8m；閘室長80m，寬8m；下閘首長16m，寬12m，其中門孔凈寬8m。該工程建筑物坐落在深厚淤泥、淤泥質土層和淤泥質砂層上，工程特性表現為“三高兩低”，即高含水量、高流動性或蠕變、高壓縮性、低強度和低滲透性，易產生較大沉降和不均勻沉降現象，且整體穩定及抗滑穩定性差，未經處理不宜作為天然地基基礎。工程所在區域地震基本烈度為7度，如何保證深厚軟弱土層上的建筑物在各種荷載組合條件下的安全，是工程施工的重點。

（二）施工方案的選擇

根據地質資料，本工程地基主要為淤泥及淤泥質土，含水量較高，采用水泥攪拌法時由于水泥的水化作用，在一定程度上減少了地基土中自由水的含量，樁間土產生一定的固結作用，使樁間土本身強度有所提高，從而導致復合地基承載力的提高。綜上，根據各個地基處理方案的適用條件及地基情況，確定采用水泥土攪拌法。水泥攪拌樁采用矩形布置，樁直徑0.6m，除防滲墻外，攪拌樁橫向和縱向樁間距均為1.2m，閘室底板輪廓線范圍內的攪拌樁數按63根計。根據地質資料，在干濕交替及無干濕交替作用時，地下水對混凝土結構有中等腐蝕性，腐蝕介質為SO42-，因此水泥土攪拌樁固化劑采用強度等級為32.5的抗硫酸鹽水泥；樁長假定8m，攪拌樁位于淤泥質粘土層。水泥采用42.5號普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量20%；水泥漿的水灰比選用0.45～0.55。閘室基底應力平均值為116.4kN，閘室基底應力最大值為122kN。

（三）施工技術

1、場地平整與布置

機械設備進場前的場地平整，主要包括平整場地（高挖、低填、軟墊）、清除障礙（地上、地下）、布置排水溝和集水井以及修建供水供電設施、施工道路等。當場地表層較硬需注水預攪施工時，應在四周開挖排水溝，并設集水井，其位置以不影響深層攪拌樁機施工為原則。排水溝和集水井應經常清除沉淀雜物，保持流水暢通。主排水溝設在閘室上游側，其他區域設輔助排水溝將水集中排至主排水溝，由主排水溝匯流至集水井后統一外排，集水井設在閘室、上游圍堰之間。當場地過軟不利于深層攪拌樁機行走或移動時，應鋪設粗砂或碎石墊層，也可鋪設鋼板。施工平臺高程誤差控制在±15cm之內。在主場地之外設置后臺（用作灰漿臺），用于臨時存放水泥及制漿設備，灰漿的水平輸送距離控制在50m以內。

2、拌合下沉噴漿

對定位好的樁基進行檢查后，使用鋼絲繩把攪拌機掛在起重機上，然后使用漿膠管對攪拌機和砂漿泵分別進行連接，等到攪拌機冷卻水循環系統正常運轉后，將攪拌機啟動，并把起重機的鋼絲繩放松，讓攪拌機憑借自身的重量沿著導向架緩慢下沉，當下沉到設計的深度后即可停止，可以使用電流監測表對下沉的速度進行控制，通常情況下工作的電流要控制在70A以內，下沉的速度為1～1.4m/min。當下沉速度比較慢時，為了促進鉆進，可以使用清水補入到輸漿系統中，進行鉆進時，先使用鋼尺對鉆具的總長度進行測量，為了方便檢查，要使用紅漆將孔深的位置標記出來。

3、重復攪拌

攪拌機完成第一次提升攪拌時，集料斗中的水泥全部排空。為使軟土和水泥攪拌均勻，再次將攪拌機以0.5m/min速度邊旋轉邊鉆入土中，攪拌至設計加固深度后再次重復第一次提升攪拌步驟。

（四）加固效果

閘底板施工完成后，在其加固的范圍內分別進行了單樁復合地基和四樁復合地基的豎向靜載荷試驗，單樁復合地基的承載力特征值≥118kPa，對應的沉降量≥4.20mm，四樁復合地基的承載力特征值≥120kPa，對應的沉降量≥1.50mm。說明閘底板的加固效果是明顯的。對開挖出的樁身水泥土芯樣的無側限抗壓強度為2.56～3.50MPa，滿足設計強度不小于2.0MPa的要求。該閘建成后運行正常，未出現明顯的沉降和不均勻沉降現象。工程實踐證明采用水泥攪拌樁加固淤泥質軟土地基只要施工工藝正確，施工中嚴格工程質量控制，就能取得比較經濟而且顯著的加固效果。

結束語

綜上所述，水閘軟土地基基礎的處理，應首先對所處地質進行全面分析，確定合理的處理的方法。水泥攪拌樁施工技術是一種施工中常見的樁工程技術，在工程施工的過程中，要加強對其施工質量的控制，工程施工中的各個方面都要按照工程的要求實施。

參考文獻

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