复杂地基水闸基础处理设计方案的探讨

摘要：本文根据工程实例，以工程地质情况为依据，并综合考虑了工期以及进度方面的要求，在此基础上，针对水闸基础处理方案开展了探讨，以便尽量符合工程质量以及工程进度的相关要求。

关键词：复杂地基；水闸；基础处理；设计方案

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1实例简介

某一工程，有181 m长度的拦河闸，合计有12个孔，其单孔的纯粹宽度是12 m。闸室的结构属于整体式平底板，一个结构单元是一个孔，闸室上下游的距离为16m。闸墩材料主要由C30W4F50的混凝土构成，其具有1.5m的厚度。在闸室上游部位的一侧安装了一检修闸门，顺着检修闸门向下是工作门。河流转弯部位是闸址所在地，河谷的形状是一个较宽的“U”字，其具有490 m宽度的谷底，在其右岸部位设计了宽度大概是150 m,深度为5～12 m的深水槽。两岸有46°～48°的山坡，地势较为陡峭。

2 闸址位置的工程地质条件

（1）闸址位置的砂砾卵石层里有或薄或厚的软弱土层例如淤泥以及含砾石淤泥等，淤泥水分很大，要是存在临空面的话，在外力的影响下顺着软弱土层进行移动，给闸室在抗滑稳定方面造成很不好的影响；同时，这些软弱土层由于其压缩模量不大，在上面压力的影响下很容易出现严重的沉降；关于淤泥以及含砾淤泥，其透镜体具有很复杂的空间分布，且其厚度不等，此外，还会出现不均衡的沉降；所以，对闸室的稳定和沉降问题以及不均衡沉降来说，淤泥以及含砾石淤泥等是具有控制作用的土层，所以通过软弱夹层发育而成的浅部砂砾卵石层对闸室而言，不适合做其地基持力层。（2）关于闸址位置的含泥砂砾卵石层，总的来说很密实，且具有较大的承载力，比较适合做闸基桩基的持力层；如果碰到那些砂砾石层中包含有很多泥的情况，在一定程度上可以加深以便穿越该层，并在含泥砂卵石层表面放置桩端。关于含泥砂砾卵石层，它在承载力方面的标准值即fk为200～250 kPa,含泥砂砾卵石层在压缩模量方面即Es的值是30MPa;而J允的值是0.3～0.4。

3基础处理方案

3.1基础整体置换的设计

该措施通过基础开挖置换来开展闸基处理，也就是将闸基下部位置的淤泥透镜体挖出来，通过5%比例的水泥砂砾石料进行置换回填。

以地质勘探给出的地层资料为依据，可以得出，闸基置换措施比较有深度，开挖最深处高程约为-8.0 m,开挖深度在5～8 m之间，基坑防渗及排水难度很大，尤其是右岸深槽基坑内最低置换点在-8.0 m高程以下，而围堰上游水位在3m高程以上，届时基坑挡水高度达11m以上，对基坑安全及排水都提出了严峻的挑战；并且该工程闸基置换处理范围广，开挖深度大，施工基坑很难满足施工开挖和挡水的要求，因此，对拦河闸基进行大范围的基础置换实施条件非常困难，致使施工不易操作。同时，因为地层一般很复杂，在上部位置不是很深的地方，在进行基坑开挖的时候，常常对砂砾卵石层下部位置存不存在淤泥层并相应的厚度无法明确，开挖一般很盲目而且缺乏有效的预测，因此不利于对工程的完全置换进行控制。

由于这些因素，不管是对质量控制而言还是对施工而言，基础整体置换措施都不满足要求。

3.2 通过水泥高压旋喷桩进行的加固设计

3.2.1通过高压旋喷桩进行的加固设计

该措施通过高压水泥旋喷桩，针对地基实施加固，通过专门制造的PVC套管进行固壁以及潜孔钻下套管进行造孔，然后再开展高压旋喷灌浆，关于灌浆孔深的确定，当进入全部软弱地层并达到下卧砂砾卵石层内部的1 m最为合适，预计孔底有-10m的高程。按照我国关于淤泥高压旋喷在施工方面的参数，可以得出，在淤泥层中的浆液，其具有0.3 m的切割扩散半径，给水泥土赋予1.5MPa的抗压强度值。

在对水泥高压旋喷进行加固后，其地基将根据复合地基来看待。因为地层上属于砂砾卵石层，借助旋喷进行加固后，其承载力能符合标准。关于其桩体加固密度的控制，一般是在加固结束后由复合地基的实际沉降变形负责。为了符合加固结束后沉降控制的标准，关于闸室的淤泥质土层，其在复合压缩模量方面要超过15MPa,对沉降的最大值最好控制在大概8 cm。

以土工检测试验为依据，可以得出，淤泥层在压缩模量方面的平均值是1. 9MPa,而赋予其桩身100MPa的压缩模量,这样的话，算出闸室的桩体有0.134的置换率为下图是关于旋喷桩桩位的具体布置图。

图1水泥高压旋喷桩平面布置图

3.2.2施工操作的条件

关于围堰工程，针对高压旋喷，对其施工参数实施了分析，高喷设备的组成主要包括一套灌浆机以及三台潜孔钻，每套高喷设备具有400kW的用电负荷。每天实现的地基处理大概是60m每延米桩长，以两套高喷设备进行施工为依据，标准闸底板具有11 d的施工时间。

通过水泥高压旋喷桩对基础进行加固，不仅对上游部位的混凝土防渗墙没有较大的作用，而且能直接借助已有设备。

3.3关于混凝土在灌注桩桩基方面的设计

3.3.1关于挖孔混凝土在灌注桩桩基方面的加固设计

以前的冲击钻成孔作为施工工艺来说，已经很成熟，可是成孔施工太慢。由于该工程工期较短，通过以前的冲击钻成桩措施是不符合工期标准的，因此就忽略不计。液压抓斗成槽机，其具有80 cm的壁厚，现今技术已经成熟，在成孔速度方面与以前冲击钻相比，是其10倍还多，符合本工程的施工标准。

关于液压抓斗挖孔混凝土，针对其灌注桩桩基进行的处理，主要是通过液压抓斗成孔设备并联合冲击钻，在一定的区域里在水下进行2.8 m×0.8矩形形状的混凝土灌注桩的安置，桩体要穿越软土层，这样的话，有利于上部压力可以有效的传递给下部位置的砂砾桩端持力层，以降低基础发生沉降。

要把20根灌注桩安置在一结构单元闸底板内，其具体的宽度为29 m×16 m。

关于桩体长边的布置，要顺着闸轴线进行，保持5.8 m的间距,在水流方向上要保持4.4 m的间距。其桩顶垂直荷载的最大值大概是600 ,其t桩底在砂砾石层内部占到5 m长,桩长大概是15 m。

将两排混凝土灌注桩布置在上游部位的连接板里（宽度是29 m×9.2 m,也就是垂直水流方向与顺水流方向的乘积），关于桩体长边的布置，是顺着闸轴线方向进行的，要保持5.8 m的间距,在顺水流方向上要保持4.8 m的间距。桩底端在砂砾石层里面的深度大概是1～2 m,而桩长合计为11.5 m。

图2是混凝土灌注桩在平面上的布置图。

图2混凝土灌注桩平面布置图

3.3.2施工操作的条件

针对液压抓斗成槽机，对其挖孔试验进行了分析，其施工条件有泥浆固壁以及槽口梁支护等，在这个前提下，深度属于15 m的灌注桩孔，其大概有2 h的成孔时间。如果是液压抓斗机进行挖孔施工的话，大概要28 h（结合了时间富裕度因素），那么关于混凝土浇筑，需要35 h的时间进行基础处理施工。如果彼此不影响，并让混凝土的浇筑与液压抓斗机进行造孔一起开展，那么标准闸底板大概需要2 d的施工时间。

4 基础处理方案的选择

4.1 基础处理方案的可靠性

就处理粉质土并砂砾石地基来说，水泥高压旋喷加固属于一种成熟的措施，不过该工程针对的是处于砂砾卵石层内部的薄层淤泥。为了明确在该工程一些特殊地层内部的高压旋喷在加固方面的效果，在现场进行了加固试验。根据试验后开挖揭示的情况发现：砂砾石料层中的水泥浆扩散充分，加固效果较好，淤泥层中的水泥扩散半径很小，一般为30 cm左右，加固效果较差。分析其原因，主要是喷浆切割在淤泥质土中扩散比较差；另外，淤泥层较薄，且上下层均为强透水的砂砾石层，上下界面成为喷浆压力消散通道，喷浆压力很难在淤泥层中产生效果。所以，该工程基础通过水泥高压旋喷，其最终效果不是很好，不易于对质量进行控制。

4.2 施工的实际进度

两种方案的进度都符合工程进度标准。但是水泥高压旋喷与液压抓斗成孔混凝土相比，速度较慢，后者通常需要3 h的时间,不管是施工工序还是供电要求都不高。所以，通过液压抓斗成孔混凝土这一措施，可以加快进度。

就基础处理设计在可靠性以及进度方面的要求而言，液压抓斗成孔混凝土这一灌注桩措施优势较大。尽管该措施需要很多投资，不过为了使工程质量更加可靠、能按时完工，那么采取这一措施是不错的选择。

5 结语

关于该工程，其拦河闸闸基由于地质情况较为复杂，再结合该工程地质方面的特殊性，并全面分析了基础处理在可靠性以及施工工艺并进度方面的要求，本工程最终通过了“液压抓斗挖孔混凝土灌注桩桩基”这一措施，给工程的有效施工以及水闸的安全带来了有力的保障，此外，还给其他同类工程的基础处理设计一个参考。

参考文献

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