東江水源保護(hù)一期工程節(jié)制閘擋土墻基礎(chǔ)處理方案優(yōu)化

梁國(guó)安

(東莞市運(yùn)河治理中心，廣東 東莞 523000)

多數(shù)水利工程建設(shè)涉及水下施工且需兼顧河道行洪度汛，因此工程主體一般只能選擇在非汛期施工，施工工期往往是“錯(cuò)過(guò)一時(shí)，則錯(cuò)過(guò)一年”。水利工程基礎(chǔ)處理是工程施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是水利工程建設(shè)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，選擇的基礎(chǔ)處理方案能否符合工程實(shí)際將直接關(guān)系到工程的施工主工期、工程投資及安全。石馬河河口東江水源保護(hù)一期工程由于地理位置特殊，使得工程不僅施工場(chǎng)地狹窄，工作面無(wú)法全面鋪開(kāi)，更有著比一般水利工程更為嚴(yán)格的工期限制。工程原施工圖設(shè)計(jì)中采用水泥粉煤灰碎石樁(CFG)對(duì)節(jié)制閘擋墻基礎(chǔ)進(jìn)行處理，由于CFG樁施工檢測(cè)、工藝的特殊性，導(dǎo)致工程工期難以保證，對(duì)工程實(shí)施造成極大的工期以及安全風(fēng)險(xiǎn)，需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化[1]。

1 工程概況

石馬河河口東江水源保護(hù)一期工程地處石馬河河口水利工程綜合樞紐，概算總投資2.24億元，為Ⅱ等大(2)型工程，涉及三個(gè)主要水工建筑，需分三個(gè)枯水期實(shí)施。第一枯水期建設(shè)任務(wù)為修建橫跨石馬河的8孔×10m攔河節(jié)制閘，通過(guò)石馬河河口橡膠壩及舊調(diào)污箱涵實(shí)現(xiàn)第一期施工導(dǎo)流。工程實(shí)施過(guò)程中需破除東莞大堤(廣東省十大重點(diǎn)堤防之一)及惠州潼湖大堤，將導(dǎo)致兩大重要堤防直接暴露而失去原防洪功能，施工過(guò)程中如遇超標(biāo)洪水，處理不當(dāng)將可能導(dǎo)致東莞市及惠州市受淹，存在較大的防洪風(fēng)險(xiǎn)。因此工程時(shí)間緊、任務(wù)重，施工難度極大。

2 節(jié)制閘擋土墻基礎(chǔ)處理方案分析

2.1 原基礎(chǔ)處理方案

工程原施工圖設(shè)計(jì)中，考慮到節(jié)制閘左右岸擋土墻基礎(chǔ)為中粗砂層，局部夾泥質(zhì)粉砂層，淺層承載力特征值160-180kP，深層承載力特征值230-250kP，無(wú)法滿足地基承載力要求，采用水泥粉煤灰碎石樁(CFG)進(jìn)行復(fù)合地基處理。CFG樁是由粉煤灰、石屑、碎石、砂摻加水和水泥，使用成樁機(jī)器加工而成的具有一定硬度的可變強(qiáng)度樁。工程原設(shè)計(jì)CFG樁單樁樁徑500mm，單樁豎向承載力≥550kN，樁間距1.2m×1.2m至1.5m×1.5m，設(shè)計(jì)節(jié)制閘兩側(cè)擋墻共需施工CFG 樁共592根(圖1、圖2)，總樁長(zhǎng)7173m。

圖1 節(jié)制閘左岸擋墻CFG樁縱剖面圖

圖2 節(jié)制閘左岸擋墻CFG樁平面布置圖

2.2 存在問(wèn)題

工程采用CFG樁進(jìn)行節(jié)制閘擋墻基礎(chǔ)處理，存在極大的工程延誤風(fēng)險(xiǎn)、防洪風(fēng)險(xiǎn)以及較大的施工難度。

1)工程工期緊張：

工程第一枯水期須于當(dāng)年10月15日至來(lái)年4月15日完成節(jié)制閘10m以下高程施工內(nèi)容(閘底板高程0.5m)并恢復(fù)已破除的東莞大堤和潼湖大堤堤身，整個(gè)施工工期僅6個(gè)月。并且由于橡膠壩擋水標(biāo)準(zhǔn)低，根據(jù)往年經(jīng)驗(yàn)，施工期間存在多次過(guò)水的可能。兩岸大堤破除后，在擋墻基礎(chǔ)施工時(shí)，如遇石馬河超標(biāo)洪水導(dǎo)致橡膠壩過(guò)流，將對(duì)兩岸大堤造成極大的破壞，從而嚴(yán)重威脅到東莞及惠州兩市人民生命財(cái)產(chǎn)安全，因此節(jié)制閘擋墻施工工期極為緊張。

2)CFG樁施工時(shí)間長(zhǎng)：

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ797-2012)規(guī)定，施工單位在CFG樁施工前，須對(duì)原地基的地質(zhì)情況進(jìn)行復(fù)勘。進(jìn)行CFG樁試驗(yàn)時(shí)，要對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)及參數(shù)做詳細(xì)的記錄，并提交試驗(yàn)成果報(bào)告。經(jīng)復(fù)核，如采用CFG樁進(jìn)行地基處理，施工工期為：試樁5d、驗(yàn)樁28d、出試驗(yàn)報(bào)告7d，共40d；40d后施工單位開(kāi)始正式施工，受施工場(chǎng)地限制，在全力投入的情況下成樁約需20d，28d后方可驗(yàn)樁；驗(yàn)樁時(shí)間約30d，出試驗(yàn)成果報(bào)告7d。施工總工期需約120d。CFG樁過(guò)長(zhǎng)的施工工期將致使工程存在極大的工期延誤風(fēng)險(xiǎn)及防洪風(fēng)險(xiǎn)及，根本無(wú)法滿足工程要求[2]。

3)CFG樁施工難度大：

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，CFG樁施工需將基礎(chǔ)面開(kāi)挖至最低約-4.0m標(biāo)高并采用機(jī)械挖孔后再行成樁。在實(shí)際施工過(guò)程中，當(dāng)東莞大堤一側(cè)(左岸)開(kāi)挖至1.0-2.0m標(biāo)高時(shí)，砂層基礎(chǔ)中多處出現(xiàn)管涌及流沙現(xiàn)象，基礎(chǔ)地下水位較高，在此地質(zhì)情況下，成孔難度大，施工質(zhì)量難以保證。

3 基礎(chǔ)處理方案優(yōu)化

考慮CFG樁在本工程中的工期延誤風(fēng)險(xiǎn)、防洪風(fēng)險(xiǎn)以及實(shí)施難度，經(jīng)驗(yàn)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可采用直徑500mm(型號(hào)PHC-500AB100-C80)預(yù)應(yīng)力管樁(PHC)代替原水泥粉煤灰碎石樁(CFG)對(duì)節(jié)制閘基礎(chǔ)進(jìn)行處理。PHC管樁單樁承載力高、制作工藝相對(duì)成熟、不僅施工方便并且可縮短施工周期。

3.1 復(fù)核地基承載力驗(yàn)算

按《復(fù)核地基技術(shù)規(guī)范》GB/T50783-2012計(jì)算復(fù)合地基承載力，計(jì)算公式如下：

復(fù)核地基承載力特征值：

fspk=βpmRa/Ap+βs(1-m)fsk

(1)

樁體豎向抗壓承載力特征值：

(2)

樁身承載力：

Ra=ηfcuAp

(3)

結(jié)合地勘報(bào)告中地質(zhì)參數(shù)計(jì)算復(fù)合地基承載力，與初步設(shè)計(jì)、原施工圖設(shè)計(jì)擋墻穩(wěn)定應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，成果見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算成果對(duì)比表

從結(jié)果上看，預(yù)應(yīng)力管樁(PHC)復(fù)合地基承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求。采用預(yù)應(yīng)力管樁(PHC)復(fù)合地基，在其它結(jié)構(gòu)形式不變時(shí)，擋墻抗滑抗傾及抗浮安全系數(shù)均滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求[3]。

3.2 施工難度對(duì)比

預(yù)應(yīng)力管樁(PHC)采用靜壓樁機(jī)將成品預(yù)應(yīng)力管樁直接壓入地基基礎(chǔ)中，免去了在飽水砂基地層中挖孔，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，施工難度較CFG樁大大低。

3.3 施工時(shí)間對(duì)比

該型號(hào)預(yù)應(yīng)力管樁(PHC)單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為3579kN，較原CFG樁有了較大提升，PHC樁復(fù)合地基承載力比原CFG樁復(fù)合地基承載力高，PHC樁間距放寬至2m×1.9m至2.5m×2.5m，樁量由原592根大幅減少至278根，見(jiàn)圖3。采用PHC樁，左右岸擋墻兩個(gè)工作面同時(shí)施工，每天安排1班作業(yè)的情況下，30d即可完成樁身施工，復(fù)核地基承載力試驗(yàn)僅需15d，工程總工期僅45d，施工工期大大縮減，并且，如增加作業(yè)臺(tái)班，工期還可以進(jìn)一步壓縮。采用PHC樁方案，工程施工工期能得到有力保障，防洪風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

圖3 節(jié)制閘左岸擋墻PHC樁平面布置圖

3.4 投資預(yù)算對(duì)比

由于PHC樁單樁樁長(zhǎng)與CFG樁基本一致，在施工樁量大幅減少的情況下，總樁長(zhǎng)由原7173m大幅減少至4016m。雖然PHC樁綜合單價(jià)高于CFG樁，但由于總工程量的減少，變更后PHC樁直接投資從原CFG樁的約90萬(wàn)元增加至約100萬(wàn)元，增加投資僅10萬(wàn)，所增加的投資極為有限，但由此所節(jié)省的人工、時(shí)間及風(fēng)險(xiǎn)成本則極為可觀。

4 優(yōu)化結(jié)果

經(jīng)論證分析，將原設(shè)計(jì)CFG樁復(fù)合地基改為PHC管樁復(fù)合地基，復(fù)核地基承載力能滿足設(shè)計(jì)要求。優(yōu)化后，在成本增加極為有限的情況下，工程施工難度大大降低，工期縮短約75d，施工主工期得到有力保障，防洪風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

5 結(jié) 語(yǔ)

工程地處石馬河河口水利工程綜合樞紐中，施工過(guò)程中需兼顧石馬河行洪度汛，第一枯水期施工需破除東莞大堤及潼湖大堤兩大重要堤防，工程工期緊張，防洪風(fēng)險(xiǎn)高。優(yōu)化后的節(jié)制閘擋墻基礎(chǔ)處理方案在增加投資極為有限的情況下，大大節(jié)省了施工工期，更降低了施工難度及防洪風(fēng)險(xiǎn)。在節(jié)制閘施工過(guò)程中的次年1月，石馬河在非汛期遭遇了一次較大的超標(biāo)洪水，盡管上游采取了群閘聯(lián)控等一切手段及措施，但石馬河水位仍超過(guò)了橡膠壩的最大攔截水位，橡膠壩在溢流后被迫塌壩。此時(shí)距離節(jié)制閘基礎(chǔ)處理完成并回填僅十余天，如果當(dāng)初未能果斷采取優(yōu)化措施，兩岸大堤將有可能遭受嚴(yán)重破壞并出現(xiàn)險(xiǎn)情，損失將難以估計(jì)。得益于基礎(chǔ)處理方案的優(yōu)化，如今節(jié)制閘圓滿完工，見(jiàn)圖4。

圖4 石馬河河口節(jié)制閘現(xiàn)狀圖