水閘軟基加固工程中水泥攪拌樁的應用

摘要：水泥攪拌樁因為能最大限度地利用原狀土的承載力或其他力學性能在軟基處理工程中得到了廣泛的應用。本文以某施工實例探討了水泥攪拌樁在水閘軟基加固中的應用，簡要地說明了閘室結構設計，對地基處理的方案進行了嚴格地選擇和分析，總結和闡述了觀測的成果，期望能給類似工程有益的參考價值。

關鍵詞：水泥攪拌樁；水閘軟基加固；應用；方案

0 引言

隨著我國經濟的不斷增長，水利工程項目建設越來越多，水閘作為水利基礎設施的重要組成部分，提高其施工質量有著重要的意義。但是許多時候水閘的施工都會遇到軟土地基的問題，處理不好就會影響施工質量。如何使用水泥攪拌樁來進行水閘軟基加固成為了施工人員需要解決的問題。下面就此進行討論分析。

1工程簡介

某水閘主要功能是防洪、擋潮、排澇，解決本地區威脅最大的洪、潮和內澇等災害，并擔負灌溉及連接兩岸交通等作用。該水閘為Ⅰ等工程，閘室和外江翼墻等建筑物級別為1級，內河翼墻建筑物級別按3級考慮。閘址區地震動峰值加速度0.10g，相當于地震基本烈度Ⅶ度，需要進行抗震計算。

本水閘為原地拆除舊閘重建，新閘軸線距外江約40m。閘室為3孔，凈孔總寬度為16m，中孔寬度8m，兩邊孔寬度各為4m。閘址基巖埋深在35m左右，基巖為白堊系（K）砂礫巖。基巖上第四系屬海相沖積成因，為淤泥、淤泥質黏土、黏土、粉質黏土、粉細砂、中砂等。

閘址場地表層軟弱淤泥層很厚，力學性質差，易產生觸變現象，抗滑、抗沖、抗震穩定性差，地基承載力差，作為本工程堤岸的持力層需先進行地基加固處理。

2閘室結構設計

2.1結構布置

閘室采用鋼筋混凝土整體塢型結構，長16.5m，寬20.0m，中墩、邊墩厚均1.0m。底板高程-2.50m，底板厚1.0m，閘墩頂高程4.90m。兩邊孔設置胸墻以降低閘門的高度，胸墻底高程1.5m。閘頂交通橋布置在閘室的內河側，橋面寬8.0m。

2.2相關計算

（1）穩定計算

閘室基礎底面高程為-3.50m，根據地質勘察，閘底板座落于淤泥層上，層厚8.20～13.25m，承載力建議值僅為40kPa。基礎底面與地基土之間的摩擦系數取0.1。閘室的穩定分析按根據SL256-2001《水閘設計規范》進行。閘室各工況穩定計算結果見表1。

表1" 閘室穩定、應力計算結果

計算結果表明，閘室地基承載力、抗滑穩定均不滿足要求，因此需進行地基加固處理。

（2）沉降計算

閘室沉降只驗算閘室地基的最終沉降量。按SL256-2001《水閘設計規范》進行，地基沉降量修正系數，可采用1.6。地基壓縮層計算深度按計算層面處土的附加應力與自重應力之比為0.1控制。經計算，加固前閘室地基最終沉降量為67.9cm，超過規范要求的15cm，需進行地基處理。

（3）防滲計算

閘底板座落于淤泥層上，該土層含較多粉砂薄層，滲透系數為4.99×10-6cm/s。根據《水閘設計規范》，需計算最大水頭差下的水平段和出口段的滲流坡降。最大水頭差為3.08m，閘室長16.5m，底板厚1.0m，下設1.2m深、1.0m厚齒坎。采用改進阻力系數法進行抗滲穩定性驗算，經計算，閘基水平段滲流坡降為0.11，出口段滲流坡降為0.33。地基為淤泥按軟黏土考慮，水平段、出口段規范允許值分別為0.35和0.65，故防滲設計滿足要求。

3地基處理方案

3.1處理方案比選

根據閘室相關設計計算，閘室基底基礎下的淤泥土的地基承載力不能滿足規范要求，因此，必須對其地基進行基礎處理。基礎處理方案有：預應力混凝土管樁+水泥攪拌樁方案（方案一）、全套管灌注樁（方案二）及水泥攪拌樁方案（方案三）。各方案優缺點見表2。

表2閘室地基處理方案優缺點比較

經比較，水泥攪拌樁施工過程比較簡單，施工質量易于控制，因此，推薦水泥攪拌樁方案為本工程選定方案。

3.2攪拌樁布置

根據地質條件和當地已經實施的同類工程經驗，初步選用等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥為固化劑，水泥摻量暫定為15%～20%。初定與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊，在標準養護條件下90d齡期的立方體抗壓強度平均值為1.2MPa。

攪拌樁在施工前應進行水泥土試驗，以確定合適的相關參數。水泥攪拌樁采用Ф600mm@1200mm×1000mm，面積置換率為23.6%，長12m，樁尖高程-15.80m，位于淤泥質黏土中。為增強閘基的抗滲穩定，閘室底板四周布置了準600mm、長12m的密排水泥攪拌樁，形成防滲圍封體系。

經計算，水泥攪拌樁單樁豎向承載力特征值138.3kPa，復合地基承載力特征值127.5kPa，復合地基沉降值為13.2cm。

根據工程經驗，處理后的閘室基礎底面與地基土之間的摩擦系數可達0.30以上，取0.30，則基礎處理后閘室穩定分析成果見表3。

根據計算成果，經過水泥攪拌樁處理，閘室相關計算結果能滿足規范要求。

4觀測成果及分析

4.1測點布置

閘室底板上四角各布置沉降測點一只，編號為LD7′、LD8′、LD21′、LD22′，待閘室邊墩澆筑到頂部后將底板各沉降測點引測至對應的邊墩頂部，對應編號分別為LD7、LD8、LD21、LD22。

表3閘室穩定計算結果

閘室底板上的沉降測點自底板澆筑完成后開始施測，待上部結構施工完畢后引測至對應閘墩頂部。監測工作持續時間約為1年。

4.2觀測成果

閘室段測點沉降量過程線見圖1，不同階段測點發生的累計沉降量見表4。

圖1" 閘室段沉降歷時過程線

表4" 不同階段閘室段沉降量統計

4.3分析

（1）總體來說，水閘實現通水前后，閘底板各沉降測點沉降較為均勻，不均勻沉降量較小，通水前底板最大不均勻沉降量約23mm，通水后最大不均勻沉降量約25mm；通水后至監測末期，閘底板各測點均有下沉，最大沉降量約30mm；監測末期，閘底板各沉降測點的最大不均勻沉降量約27mm，底板累計最大沉降量約111mm，發生在LD21。閘室底板累計沉降量及不均勻沉降量滿足要求。

（2）監測末期，閘室底板（閘墩）各測點的沉降測值趨于穩定，過程線趨于收斂。

（3）從監測成果來看，閘室底板（閘墩）的差異沉降主要由施工順序造成，南側閘室邊墩（對應測點LD21、LD22）較北側閘室邊墩（對應測點LD7、LD8）先行澆筑完成，在此期間底板發生的最大差異沉降約28mm，底板測點發生的差異沉降主要由此產生。

（4）閘室底板（閘墩）在施工期間的沉降主要由水閘上部結構荷載的施加及墻后填土所致，在整個水閘施工期間，水閘底板（閘墩）一直因為這些因素在緩慢下沉直至監測末期趨于穩定。

5結語

由上文可見，水泥攪拌樁對水閘軟基加固工程來說有著明顯的效果。要提高水泥攪拌加固軟基的施工質量，就要做好施工質量管理工作，必須在施工過程中緊把質量關，做好現場施工記錄，嚴格驗收水泥土攪拌樁的質量，以此保證施工質量，保證水閘能夠安全正常地運行。

參考文獻：

[1]潘華.探討關于水閘改造中軟基處理及加固技術分析[J].建筑遺產.2013（14）.

[2]賈艷霞、王秋紅.深層攪拌法在水閘軟基處理中的設計應用[J].南水北調與水利科技.2013（B02）.