廣州市某水閘地基沉降及其處理措施研究

鄭道靜

(廣東河海工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510610)

1 工程區(qū)基本情況

工程區(qū)位于廣東省中南部、珠江三角洲中部河網(wǎng)地帶臨海地區(qū)，東及北面沿珠江干流、獅子洋、虎門水道與廣州市其他區(qū)、東莞市為界，西面以陳村水道、潭洲水道和洪奇瀝與南海、順德、中山市為界，南面臨伶仃洋[1-3]。

工程區(qū)某泵站位于番順聯(lián)圍南順排澇片東端，大崗瀝和潭洲瀝河口。南順排澇區(qū)主要包括靈山鎮(zhèn)區(qū)以東飄風(fēng)涌、大滘涌、中滘涌的控制區(qū)域，以及現(xiàn)狀大崗鎮(zhèn)所包括的全部區(qū)域，這也是潭洲瀝和大崗瀝的控制區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)除大崗鎮(zhèn)區(qū)所在地有部分臺地外，其他區(qū)域地面高程大都在-0.7～0.7 m，以田、塘為主，番順聯(lián)圍內(nèi)地勢最高和地勢最低的區(qū)域都位于該控制區(qū)。本片排澇區(qū)西南為洪奇瀝水道，南臨上橫瀝，北西蕉水道。

該排澇片水道環(huán)繞全圍，河網(wǎng)密集，河流水位受潮汐影響。由于地勢的多樣性和河涌匯流的特殊性，使得該區(qū)是番順聯(lián)圍排澇問題最復(fù)雜的區(qū)域[4-8]。

2 水閘地基沉降計(jì)算分析

2.1 水閘地基工程地質(zhì)條件

2.2 計(jì)算方法和參數(shù)

分別選取閘室中心底板、岸墩底板計(jì)算地基最終沉降量。閘室及岸墩部位地基應(yīng)力分布一般較均勻，地基底板壓力選用完建工況地基反力平均值。計(jì)算地基變形時(shí)，地基內(nèi)的應(yīng)力分布，可采用各向同性均質(zhì)線性變形體理論。因此采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 5007—2011)第5.3.5條公式進(jìn)行地基最終沉降量計(jì)算，見式(1)：

(1)

地基沉降計(jì)算采用土層物理力學(xué)指標(biāo)選用值見表1。

表1 地基沉降計(jì)算采用土層物理力學(xué)指標(biāo)選用值

2.3 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果見表2，閘室及岸墩沉降量及相鄰部位沉降差均不能滿足水閘正常使用要求，需進(jìn)行地基處理。

表2 水閘地基沉降計(jì)算成果(基礎(chǔ)處理前) mm

3 地基處理措施

閘址所在地區(qū)的地震基本烈度為7度，閘基自上而下分布約19.60～28.09 m厚淤泥質(zhì)黏土、0.80～7.50 m厚粉細(xì)砂、其下為花崗巖。地基穩(wěn)定存在如下問題：淤泥質(zhì)黏土壓縮性較大，地基土承載能力及抗剪強(qiáng)度低，閘室及連接建筑物整體抗滑穩(wěn)定安全性差，易產(chǎn)生沉降及不均勻沉降；中部的粉細(xì)砂存在液化可能。為提高閘室安全性，需進(jìn)行地基處理。

3.1 處理方案選擇

由于基礎(chǔ)軟弱底層較厚，達(dá)20余米，根據(jù)廣州地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，宜采用預(yù)制混凝土樁或水泥攪拌樁處理。

攪拌樁形成的復(fù)合地基方案較大限度地利用了原土，保證底板和土體接觸，對地基沉降差的調(diào)節(jié)性較好。但其缺點(diǎn)也較為突出：攪拌樁復(fù)合地基物理力學(xué)性質(zhì)受水泥摻入比、土質(zhì)、攪拌質(zhì)量等外界因素影響較大；淤泥及淤泥質(zhì)土攪拌質(zhì)量不穩(wěn)定，變異系數(shù)相對較大，加固深度以不超過15～18 m為宜，在深厚軟弱土層中結(jié)構(gòu)沉降量和沉降差相對較大，且施工周期相對較長。

預(yù)制鋼筋混凝土樁具有單樁承載力高，竣工后沉降量小，樁身質(zhì)量易保證，工期短等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)主要是：易存在底板脫空滲流；結(jié)構(gòu)邊緣處容易產(chǎn)生沉降差；造價(jià)相對較高，且深厚淤泥中單樁水平向承載力低；樁距較密，施工中可能存在擠土效應(yīng)等問題。

綜合以上兩種措施的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇本工程基礎(chǔ)處理方案：①在水閘、岸墩等重要部位采用預(yù)制混凝土樁-水泥土攪拌樁組合法加固，即由預(yù)制樁、水泥土攪拌樁及樁間土組成復(fù)合地基。采用攪拌樁對基地面以下淺層基礎(chǔ)進(jìn)行處理，提高其密實(shí)性以發(fā)揮承臺底面及側(cè)面的抗力作用，減小深厚淤泥施工對管樁的不利影響；采用管樁承擔(dān)全部豎向力，樁端深入深層全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層中，以減小地基沉降量；樁頂設(shè)2 m厚中粗砂褥墊層，以調(diào)整復(fù)合地基的樁土荷載分配，同時(shí)也創(chuàng)造良好的施工條件。預(yù)制樁擬采用目前廣東地區(qū)廣泛應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC)。②在上下游堤段等部位采用攪拌樁加固。③為防止砂層受震后液化并加強(qiáng)地基抗?jié)B性能，在閘室四周布置水泥攪拌樁進(jìn)行封閉處理。④為減小基礎(chǔ)不均勻沉降，對閘基礎(chǔ)以下2.0 m換填中粗砂。

3.2 樁基布置

(1)閘室及岸墩。采用格柵狀攪拌樁和預(yù)制樁組合法加固：預(yù)制混凝土樁為斷面尺寸φ600 mm×130 mm的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼筋混凝土管樁，樁長約35 m。樁頂嵌固于閘底板內(nèi)5 cm，樁底穿透淤泥質(zhì)土，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖不小于2 m，樁間距為2.30 m×2.38 m。攪拌樁樁長約20 m，樁頂距底板約10 cm，樁頂與底板之間設(shè)置C10混凝土墊層；樁直徑0.5 m，柵格狀布置，柵格間距2.30 m×2.38 m，置換率約0.3。

(2)閘室上游防滲段、護(hù)坦及下游消力池、海漫。為加強(qiáng)閘室水平向抗滑作用，閘室上游防滲段、護(hù)坦及下游消力池、海漫基礎(chǔ)采用攪拌樁處理。樁長及樁距除考慮承載能力要求外，主要考慮控制變形量，協(xié)調(diào)各部分沉降差等。閘室上游防滲段、下游消力池部位樁長為18 m，樁頂與底板之間設(shè)置1 m厚中粗砂褥墊層，樁頂距底板約10 cm，樁頂與底板之間設(shè)置C10混凝土墊層；閘室上游護(hù)坦及下游海漫樁長15 m，樁頂與中粗砂墊層頂面齊平。攪拌樁直徑0.5 m，正方形布置，間距為1.0～1.5 m，置換率約0.10～0.13。

(3)水閘上下游翼墻擋墻基礎(chǔ)。水閘上下游翼墻擋墻基礎(chǔ)采用攪拌樁加固，樁頂距底板約10 cm，樁頂與底板之間設(shè)置C10混凝土墊層。攪拌樁直徑0.5 m，樁長20 m，采用柵格狀與柱狀結(jié)合布置方式，柵格間距2.0 m×3.5 m，柱狀樁間距2.0 m，置換率約0.30～0.35。

(4)防滲攪拌樁。為防止砂土受震液化以及底板與基礎(chǔ)間形成滲流通道，在水閘及兩岸岸墩底板四周設(shè)90 cm寬雙排水泥攪拌樁防滲墻，樁長約20 m，形成四周封閉系統(tǒng)。

(5)其他部位。為避免岸墩上下游護(hù)坡及墻后填土對岸墩及預(yù)制樁基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的側(cè)壓力，在岸墩上下游護(hù)坡兩側(cè)填土區(qū)一定范圍內(nèi)采用攪拌樁加固措施或換填中粗砂。

3.3 基礎(chǔ)處理后的穩(wěn)定及沉降分析

經(jīng)基礎(chǔ)處理后的閘室、岸墩抗滑穩(wěn)定及沉降計(jì)算結(jié)果，見表3、表4。計(jì)算成果表明，基礎(chǔ)處理后的閘室、岸墩抗滑穩(wěn)定及沉降量、沉降差、地基承載力均滿足規(guī)范要求。

表3 重建水閘沿建基面穩(wěn)定分析成果(基礎(chǔ)處理后)

表4 水閘地基沉降計(jì)算成果(預(yù)制管樁基礎(chǔ)處理后) mm

4 結(jié) 語

(1)本文以廣州市某水閘工程為實(shí)例，由于工程區(qū)洪潮災(zāi)害頻發(fā)，為保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全并促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)水閘工程是十分必要的。

(2)該水閘地基沉降量大，處理前不滿足規(guī)范的要求，經(jīng)樁基加固處理后，閘室、岸墩抗滑穩(wěn)定性及沉降量及地基承載力均滿足規(guī)范要求。

(3)水閘地基穩(wěn)定與安全貫穿于水閘工程建設(shè)的始終，建議工程建設(shè)與運(yùn)行期間，關(guān)注沉降變形觀測，采集、分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取處理措施。