復(fù)雜地質(zhì)條件下閘基處理方案

沈家法，湯璐

復(fù)雜地質(zhì)條件下閘基處理方案

沈家法，湯璐

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司上海分公司，上海 200439）

水閘被廣泛應(yīng)用在水利工程中，地質(zhì)條件是水閘建設(shè)成敗的一項(xiàng)重要因素，地質(zhì)條件的千差萬別決定了水閘地基處理的復(fù)雜多樣。闡述了水閘復(fù)雜地基處理的工程應(yīng)用實(shí)例，為不同地質(zhì)條件下閘基地質(zhì)問題的處理提供參考。

水閘；地基處理；復(fù)雜地質(zhì)；閘基處理方案

1 前言

水閘在水利工程中有著廣泛的應(yīng)用，地質(zhì)條件是水閘建設(shè)成敗的一項(xiàng)重要因素，地質(zhì)條件的千差萬別決定了水閘地基處理的復(fù)雜多樣性。水閘地基問題主要分為承載力不足問題和滲漏問題。承載力不足即軟土地基問題常用的處理方法有墊層法、沉井基礎(chǔ)、深層攪拌法、高壓噴射注漿法、剛性樁基礎(chǔ)等；滲漏問題常用的處理方法有增加防滲長(zhǎng)度和增設(shè)防滲墻等。根據(jù)水閘地基的特點(diǎn)，并結(jié)合不同受力條件，遵循安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則，通過對(duì)地質(zhì)條件深入分析，經(jīng)多方案比較最終選定其中一種或多種方式組合的處理方案。本文通過對(duì)某水閘復(fù)雜地基處理的工程應(yīng)用實(shí)例闡述，為不同地質(zhì)條件下閘基地質(zhì)問題處理方案的選定提供參考。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

某水閘主要功能是節(jié)制支河河水，抬高上游水位，維持湖區(qū)生態(tài)水位，形成濕地水面；在汛期可以通過調(diào)度水閘，攔蓄上游來水，分擔(dān)干河洪水，改善區(qū)域防洪排澇狀況。根據(jù)水閘布置，閘室與船閘下閘首并聯(lián)布置。閘室順?biāo)飨蜷L(zhǎng)15 m，總寬78.9 m，閘孔為7孔，單孔凈寬8 m。根據(jù)閘室尺寸結(jié)構(gòu)和受力條件，分為三聯(lián)，右岸空箱+船閘下閘首+ 1孔水閘為一聯(lián)，中間3孔水閘為一聯(lián)，左岸空箱+左側(cè)2孔水閘為一聯(lián)。

2.2 工程地質(zhì)

素填土①-2：主要由粉質(zhì)黏土組成，可塑狀，中等偏高壓縮性土，承載力低，不能作為主要建筑物的基礎(chǔ)持力層，可以作為場(chǎng)內(nèi)道路路基的基礎(chǔ)持力層。

淤泥②-1：流塑狀態(tài)，高壓縮性，地基承載力低，不能作為水閘、翼墻及臨時(shí)建筑物的基礎(chǔ)持力層。

淤泥質(zhì)土②-2：軟塑狀態(tài)，主要分布在河床，厚度為4～6 m，層位穩(wěn)定，高壓縮性，地基承載力低，工程地質(zhì)條件差，不能直接作為水閘、翼墻及臨時(shí)建筑物的基礎(chǔ)持力層。

砂礫石層③-5：稍密狀，含卵石，屬低壓縮性土，承載力較高，工程性能較好，可作水閘、翼墻及臨時(shí)建筑物的基礎(chǔ)持力層或穩(wěn)定下臥層。

含礫粉質(zhì)黏土④-1：硬可塑狀態(tài)，含10%～30%卵礫石，屬中等偏低壓縮性土層，承載力高，可作為翼墻、管理房屋的基礎(chǔ)持力層。

強(qiáng)風(fēng)化礫巖：強(qiáng)度較高，層位較穩(wěn)定，承載力高，可視為不可壓縮層，可作為水閘、翼墻等主要建筑物的基礎(chǔ)持力層或良好下臥層，但溶洞發(fā)育，需注意溶洞對(duì)基礎(chǔ)的影響。

中風(fēng)化礫巖：埋藏較深，視為不可壓縮層，承載力高，可作為水閘、翼墻、消力池等主要建筑物的基礎(chǔ)持力層或穩(wěn)定下臥層，但屬于可溶巖，局部發(fā)育溶洞。作為樁基持力層時(shí)，需注意溶洞對(duì)其的不利影響，樁端應(yīng)穿過溶洞進(jìn)入穩(wěn)定地層。

3 存在的主要工程地質(zhì)問題

3.1 軟土地基不均勻變形問題

河床上部為沖湖積淤泥、淤泥質(zhì)土②-2，厚度為4～6 m，均勻性較差，屬高壓縮性土層，地基承載力低，作為閘基持力層，存在變形與不均勻變形問題。

3.2 滲透及滲透變形問題

河底主要分布著沖湖積淤泥、淤泥質(zhì)土②-2，局部夾砂層或粉土夾層或透鏡體，水平和垂直滲透性差異較大，水平滲透系數(shù)為×10-3～×10-4cm/s，屬于中等透水性，垂直向滲透系數(shù)為×10-5～×10-6cm/s，屬弱微透水層。鉆孔揭露，該層在河床中厚度為4～6 m，雖鋪滿整個(gè)河床，但水平向?qū)儆谥械韧杆裕以搶泳哂懈邏嚎s性，易與閘底板脫落。

3.3 巖溶問題

工程區(qū)可溶巖主要為白堊系-下第三系淺灰色礫巖，埋藏深度為10～25 m，屬于深覆蓋型巖溶地基。鉆孔揭露溶洞洞徑為1.5～7 m。鉆孔見洞隙率為35%，線巖溶率為7.5%，巖溶中等發(fā)育。

從發(fā)育層位看，主要發(fā)育于強(qiáng)風(fēng)化地層中，從發(fā)育高程看，主要為兩層，上層主要分布在高程2～7 m，下層主要分布在高程﹣6～﹣2 m，鉆孔揭露最深為﹣10.8 m。閘基底板開挖高程15～16.5 m，距離上層溶洞8～9 m（DZK24鉆 孔），初步判斷規(guī)模較大的溶洞產(chǎn)生塌落對(duì)閘基存在不利 影響。

3.4 基坑涌水問題

河床覆蓋層結(jié)構(gòu)為上部淤泥質(zhì)土②-2，厚度為4～6 m，局部夾粉細(xì)砂或粉土夾層，土層多呈軟塑狀態(tài)，水平、垂直滲透性差異較大。而工程區(qū)位于橫溝河河道內(nèi)，地表水豐富，基坑開挖后易沿粉土、粉細(xì)砂夾層產(chǎn)生涌水涌砂現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

4 地基處理方案選擇

根據(jù)建筑物和地基的特點(diǎn)，并結(jié)合不同受力條件，遵循安全、經(jīng)濟(jì)、合理原則，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)類型和地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析，對(duì)地基處理的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較。

軟土地基常用的處理方法有墊層法、沉井基礎(chǔ)、深層攪拌法、高壓噴射注漿法、剛性樁基礎(chǔ)等。

墊層法：挖除淺部軟弱土層，填以抗剪強(qiáng)度高、壓縮性低的天然或人工材料形成墊層，以提高地基承載力、減小沉降量，適用于厚度不大的軟土地基，墊層厚度不超過4 m。本水閘閘室底板底高程為15.00 m，其下淤泥層仍有3 m左右厚，雖可以挖除換填，但淤泥層以下為砂礫石層，不滿足閘基滲流穩(wěn)定要求，仍需進(jìn)一步采取防滲處理措施；另一方面，閘基以下淤泥為軟塑，流動(dòng)性較大，不易挖除，且土方量較大，本設(shè)計(jì)方案不推薦采用此類處理方式。

沉井基礎(chǔ)：沉井基礎(chǔ)是在閘室設(shè)計(jì)底板底面高程上先進(jìn)行分節(jié)澆筑，然后挖去井內(nèi)的土方，借井體自重克服井壁摩阻力下沉，因此沉井澆筑高度應(yīng)根據(jù)地基土質(zhì)條件和要求控制的下沉速度等因素確定。沉井基礎(chǔ)除與樁基礎(chǔ)作用相同外，對(duì)防止地基滲透變形有利，但施工麻煩，且投資較大，該處理方式適用于深厚軟弱基礎(chǔ)，且開挖施工困難的工程，施工工藝復(fù)雜，不均勻沉降控制困難，本工程基底軟弱層厚度不大，且閘門型式同步要求高，對(duì)閘基沉降要求較為嚴(yán)格，因此，該方案在本工程中不具備優(yōu)勢(shì)，不推薦采用。

深層攪拌法：是用于加固飽和軟土地基的一種方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基。采用該法加固地基可提高地基允許承載力，減少地基沉降量，并能提高抗振動(dòng)液化能力。該法具有投資小、施工進(jìn)度快、振動(dòng)小、無噪聲和基本無污染等優(yōu)點(diǎn)，但攪拌樁基本不能承受水平力，并且對(duì)施工設(shè)計(jì)及質(zhì)量要求較高。該方法較適用于淤泥質(zhì)土、黏土及粉質(zhì)黏土等土質(zhì)。

高壓噴射注漿法：利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至預(yù)定土層位置后，用高壓設(shè)備使?jié){液或水以壓力為20 MPa左右的高壓流從噴嘴中噴出，破壞周圍土體，同時(shí)鉆桿以一定速度漸漸向上提升，將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，在土體中形成固結(jié)體。近年來，高壓噴射注漿法加固技術(shù)發(fā)展較快，理論加固深度可達(dá)30～60 m，該法施工工藝成熟，施工機(jī)械較小，在淤泥質(zhì)土上搭建打樁機(jī)械不困難，施工快捷簡(jiǎn)單。

剛性樁基礎(chǔ)：剛性樁基礎(chǔ)適用于較深厚的松軟地基，尤其適用于上部為松軟土層、下部為硬土層的地基，可以增加地基承載力，減少沉降量，提高抗滑穩(wěn)定性。剛性樁基礎(chǔ)是一種成熟的地基處理方法，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較多，加固效果較好。剛性樁基礎(chǔ)中預(yù)制鋼筋砼方樁、鉆孔灌注樁和PHC管樁為常用樁型。考慮到預(yù)制鋼筋砼方樁和PHC管樁的打設(shè)機(jī)械較大，且樁端插入砂礫石層較難打入，承載水平剪力的能力也不如鉆孔灌注樁，因此，選用鉆孔灌注樁作為承載力樁較為合理。

綜上所述，本設(shè)計(jì)方案選擇深層攪拌樁和鉆孔灌注樁。閘室上游側(cè)設(shè)置鉆孔咬合樁進(jìn)行防滲，樁徑Φ1 000 mm，樁間距為800 mm，樁間咬合200 mm，樁長(zhǎng)約10 m。鉆孔咬合樁后側(cè)增設(shè)φ700@500雙軸攪拌樁聯(lián)排樁，聯(lián)合布置，以增強(qiáng)防滲效果。同時(shí)為減少投資、滿足地基承載力要求，閘室底部格柵式布置φ700@500雙軸攪拌樁，順?biāo)飨蜷g距4.4 m，垂直水流向間距4.7 m，每個(gè)格柵孔中心增加一根雙軸攪拌樁。閘底板下部局部樁基布置如圖1所示。鉆孔咬合樁施工順序如圖2所示。

圖1 閘底板下部局部樁基布置圖

圖2 鉆孔咬合樁施工順序示意圖

5 結(jié)論與建議

目前本水閘已建設(shè)完成，運(yùn)行狀況良好。工程實(shí)踐證明，將深層攪拌樁和鉆孔灌注樁兩種處理方法相互結(jié)合，可以發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，有效節(jié)約工程投資。用鉆孔咬合樁進(jìn)行防滲，同時(shí)解決砂礫石和巖溶的滲流問題，深層攪拌樁提高了地基承載力，達(dá)到了事半功倍的成效。

［1］黃強(qiáng)，劉金礪，高文生，等.JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］滕延京，黃熙齡，王曙光，等.GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

2095－6835（2020）10－0147－02

TU753

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.066

沈家法（1984—），男，安徽蚌埠人，工程師。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕