珠三角軟土基礎(chǔ)上中型水閘沉降變形

程曉航

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院 武漢 430064)

珠三角獨(dú)有的地形地貌特征，給水利設(shè)施建設(shè)帶來(lái)一系列的問(wèn)題和難點(diǎn)。珠江三角洲地區(qū)在深厚淤泥土地基上建閘，需要在水閘的沉降和水平位移觀測(cè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)水位、流量、水平位移、沉降、基礎(chǔ)揚(yáng)壓力、水流流態(tài)等資料進(jìn)行準(zhǔn)確地把握，并研究好對(duì)策，以便進(jìn)一步完善珠三角軟土基礎(chǔ)上中型水閘沉降變形的措施。

1 珠三角軟土基礎(chǔ)上中型水閘工程地質(zhì)概況

1.1 工程地質(zhì)特點(diǎn)

珠三角工程地質(zhì)特點(diǎn)為:建筑物地基為較深的淤泥或淤泥質(zhì)土，含水量大，承載力低，沉降量大，地基處理工作量大，因此將水閘布置成平底開(kāi)敞式輕型結(jié)構(gòu)。珠江三角洲的軟土可以說(shuō)是全國(guó)最軟的軟土之一，存在軟土厚、含水量高、壓縮性高、承載力低的特點(diǎn)，其含水量一般在w=60% ～100%，孔隙比一般在e=1.5～2.5，承載力一般為fk=40～60kPa，在這樣的地基上建閘，地基處理的合理性不但影響工程造價(jià)，也影響到工程的安全性［4］。

1.2 軟土基礎(chǔ)上中型水閘的基本情況

珠三角沿海地區(qū)水閘基礎(chǔ)大部分存在較厚軟基，軟基一般不宜作為天然基礎(chǔ)，需進(jìn)行處理?；A(chǔ)經(jīng)過(guò)粉噴樁處理后，還是會(huì)有沉降和位移變形。閘室采用開(kāi)敞式，共設(shè)5孔，每孔凈寬8m，采用三孔一聯(lián)和兩孔一聯(lián)的布置方式，三孔聯(lián)閘室布置在左岸，通航孔布置在三孔一聯(lián)的中孔。閘室總寬度為50m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為18.0m。閘墩上部為檢修平臺(tái)、交通橋及啟閉排架等。不均勻沉降和位移變形會(huì)對(duì)水閘產(chǎn)生影響。

1.3 水閘沉降變形的系統(tǒng)應(yīng)用

在當(dāng)前，水閘沉降變形監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各種變形體安全監(jiān)測(cè)的工業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程變形監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中。該系統(tǒng)集測(cè)繪、GNSS高精度數(shù)據(jù)處理、GIS、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)通信、變形趨勢(shì)分析和災(zāi)害預(yù)警等技術(shù)于一體，可對(duì)變形體的平面及高程位移變形量、速度、加速度和方位進(jìn)行24h連續(xù)不間斷監(jiān)測(cè)或定期監(jiān)測(cè)。

2 珠三角軟土基礎(chǔ)上中型水閘沉降變形的地基處理方案探討

2.1 鉆孔灌注樁施工常見(jiàn)事故及基本技術(shù)困境

2.1.1 灌注樁地基缺乏保護(hù)

在不同的氣候條件下，比如:南方地區(qū)的多雨，北方的干旱等，會(huì)出現(xiàn)地基的不同形式和問(wèn)題。假設(shè)沒(méi)有處理好地下水、凝土松散等難題，就會(huì)對(duì)地基建設(shè)帶來(lái)危害;假設(shè)地基的基礎(chǔ)缺乏充足的保護(hù)，如防水、排水對(duì)策不到位，就會(huì)造成地基進(jìn)水，這樣不但會(huì)造成地基基礎(chǔ)施工困難，并且會(huì)對(duì)地基的質(zhì)量造成損害。

2.1.2 灌注樁施工事故處理不及時(shí)

在混凝土鉆孔灌注樁施工處理上，采用灌注樁基是一種理想的方式。由于機(jī)械設(shè)備、天氣、土質(zhì)結(jié)構(gòu)等一些原因，在樁成孔后出現(xiàn)阻塞、松土、塌方等一些不良現(xiàn)象，尤其是有些施工單位偷工減料，在質(zhì)量要求上沒(méi)有跟上來(lái)。樁成孔后，樁孔嵌入持力層深度不夠、巖石強(qiáng)度不大、沉渣厚度很薄、樁孔垂直度太低等數(shù)據(jù)都不符合設(shè)計(jì)要求，并且沒(méi)有及時(shí)處理，沒(méi)有形成分析、解決的過(guò)程，造成很大的浪費(fèi)［1］。需細(xì)化混凝土鉆孔灌注樁施工的技術(shù)參數(shù)，在對(duì)不同的地質(zhì)特點(diǎn)等一些綜合要素的掌握情況下，全面分析形成的綜合性報(bào)告，采取相適應(yīng)的基礎(chǔ)處理技術(shù)和方法。尤其施工現(xiàn)場(chǎng)在埋設(shè)灌注樁護(hù)筒時(shí)，注意結(jié)合分析地坑和周?chē)暮考巴临|(zhì)情況，保持護(hù)筒安裝垂直，在護(hù)筒的適當(dāng)高度開(kāi)孔，護(hù)筒內(nèi)保持1.0～1.5m的水頭高度。在施工前的地質(zhì)情況勘測(cè)中，給出地下水的壓力、出水量、水流方向等要素條件［1］。

2.2 水泥攪拌樁方案施工的技術(shù)應(yīng)用

水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中復(fù)合地基承載力計(jì)算公式計(jì)算:

式中 fspk——復(fù)合地基承載力特征值;

m——面積置換率;

Ra——單樁豎向承載力特征值;

Ap——樁底端橫截面面積;

β——樁間土承載力折減系數(shù);

fsk——處理后樁間土承載力特征值，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可取天然地基承載力特征值。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)攪拌樁樁徑500mm、樁長(zhǎng)20m、樁距1.0m時(shí)，復(fù)合地基承載力特征值大于閘室地基最大反力，承載力可滿足要求［2］。但對(duì)于復(fù)合地基，在承載力滿足要求的情況下，還需驗(yàn)算沉降量及樁端下層土的承載力是否滿足規(guī)范要求。經(jīng)計(jì)算驗(yàn)算，沉降量及樁端下層土的承載力均滿足規(guī)范要求。

2.3 預(yù)制混凝土管樁施工方案在珠三角軟土基礎(chǔ)上中型水閘中的應(yīng)用

2.3.1 預(yù)制混凝土管樁施工優(yōu)勢(shì)的全力發(fā)揮

常用的預(yù)制樁有鋼筋混凝土樁、木樁、鋼樁等，用沉樁設(shè)備將樁打入、壓入、振入土中。此處所指的是預(yù)制混凝土管樁。預(yù)制混凝土管樁有施工方便、施工進(jìn)度快、水閘沉降小、造價(jià)適中的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)其一是施工設(shè)備比較重型，施工時(shí)容易對(duì)已施工的樁造成移位等影響;其二是預(yù)制混凝土管樁屬于擠土樁，在高飽和度的流塑型軟土中，閘基大面積、高密度的打進(jìn)群樁，先打進(jìn)樁會(huì)受后打進(jìn)樁的擠出，影響樁基承載力［3］。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)采用φ400預(yù)制管樁，樁端至強(qiáng)風(fēng)化砂巖時(shí)，樁數(shù)由單樁水平向承載力確定，均布于底板下，樁距1.4m×1.4m，單樁平均長(zhǎng)度45m。

2.3.2 復(fù)合地基形成法的技術(shù)提升

通過(guò)對(duì)被加固土體填充相應(yīng)的材料，改變土體的結(jié)構(gòu)，使土體被增強(qiáng)或被置換形成一定的增強(qiáng)體。由增強(qiáng)體和周?chē)鼗凉餐休d荷載，形成了復(fù)合地基的一些地基處理方法。如:振沖法、砂石樁法、CFG樁法、水泥深層攪拌法、土和灰土擠密樁法、高壓噴射注漿法等［4］。在工程施工中，根據(jù)特殊地質(zhì)條件對(duì)地基承載力的要求，選用不同的處理方法從而達(dá)到相應(yīng)要求。通過(guò)填充砂和石料深入土體，被置換或擠密，從而達(dá)到提高承載力的目的;把水泥粉或水泥漿、粉煤灰或化學(xué)漿液充填進(jìn)土體，通過(guò)這些填加料與土體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使土體凝聚、膠結(jié)、固化來(lái)提高承載力。

2.4 止水設(shè)施施工在水閘沉降方面的應(yīng)用模式

2.4.1 沉陷縫填料的施工

為了適應(yīng)地基的不均勻沉降和伸縮變形，在水閘設(shè)計(jì)中均設(shè)置溫度縫與沉陷縫，并常用沉陷縫代溫度縫作用?？p有鉛直和水平的兩種，縫寬一般為1.0～2.5cm［5］?？p中填料及止水設(shè)施，在施工中應(yīng)按設(shè)計(jì)要求確保質(zhì)量。沉陷縫的填充材料，常用的有瀝青油毛氈、瀝青杉木板及泡沫板等多種。其安裝方法有以下兩種:?將填充材料用鐵釘固定在模板內(nèi)側(cè)后，再澆混凝土，這樣拆模后填充材料即可貼在混凝土上，然后立沉陷縫的另一側(cè)模板和澆混凝土［6］;?先在縫的一側(cè)立模澆混凝土，并在模板內(nèi)側(cè)預(yù)先釘好安裝填充材料的長(zhǎng)鐵釘數(shù)排，并使鐵釘?shù)?/3留在混凝土外面，然后安裝填料、敲彎鐵尖，使填料固定在混凝土面上，再立另一側(cè)模板和澆混凝土，具體過(guò)程見(jiàn)圖1～圖2。

圖1 先裝填料后澆混凝土的填料施工

圖2 先澆混凝土后裝填料的填料施工

2.4.2 止水縫部位的混凝土澆筑

止水縫部位混凝土澆筑的注意事項(xiàng)包括:水平止水片應(yīng)在澆筑層的中間，在止水片高程處，不得設(shè)置施工縫;澆筑混凝土?xí)r，不得沖撞止水片，當(dāng)混凝土將淹沒(méi)止水片時(shí)，應(yīng)再次清除其表面污垢;振搗器不得觸及止水片;嵌固止水片的模板應(yīng)適當(dāng)推遲拆模時(shí)間［7］。

3 總結(jié)

珠三角工程地質(zhì)特點(diǎn)為:建筑物地基為較深的淤泥或淤泥質(zhì)土，含水量大，承載力低，沉降量大，地基處理工作量大，因此將水閘布置成平底開(kāi)敞式輕型結(jié)構(gòu)。從混凝土鉆孔灌注樁施工、預(yù)制混凝土管樁施工、水泥攪拌樁施工的問(wèn)題中總結(jié)出珠三角軟土基礎(chǔ)上中型水閘沉降變形的經(jīng)驗(yàn)，尤其是對(duì)孔壁坍塌、樁底沉渣、斷樁等問(wèn)題進(jìn)行仔細(xì)分析研究，提升技術(shù)層面的把握，并在實(shí)踐的工程建筑中采取相應(yīng)的防范和處理措施，更好地改善和提高珠三角軟土基礎(chǔ)上中型水閘施工的質(zhì)量?！?/p>

1 黃玲彬，吳蘭英.鉆孔灌注樁孔底沉渣質(zhì)量問(wèn)題的探討［J］.山西建筑，2010(2).

2 張帆.珠三角地區(qū)水閘軟土基礎(chǔ)沉降處理案例分析［J］.西北水電，2007(2).

3 方子杰.水泥攪拌樁在溫州市永嘉縣防洪堤地基加固中的應(yīng)用［J］.礦產(chǎn)勘查，2005(1).

4 傅小龍，李力軍.鉆孔灌注樁在上海青草沙水庫(kù)取水泵站工程中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2011(12).

5 黃文強(qiáng).振動(dòng)沉管碎石樁在堤基加固處理中的應(yīng)用［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2005(9).

6 楊會(huì)峰.混凝土鉆孔灌注樁施工中常見(jiàn)質(zhì)量事故的預(yù)防及處理［J］.山西水利科技，2010(4).

7 程曉鳴，劉正軍，常玉龍.無(wú)為大堤水家樓站閘泵站前池地基排水減壓溝設(shè)計(jì)［J］.水利水電工程設(shè)計(jì)，2007(4).