水闸工程地基常用加固方法及适用范围研究

摘要:水闸是一种控制水位和调节流量的低水头水工建筑物,具有挡水和泄水双重作用,在防洪、灌溉、排灌及发电等水利事业中,应用十分广泛,水闸工程最为常用的几种地基加固处理方法有:垫层法、强夯法、振动水冲法、沉井法等,对此进行了探讨。

关键词:水闸;加固;地基

中图分类号:TU223 文献标识码:A 文章编号:1672-3198(2010)02-0288-01

1 垫层法

垫层法是工程中一种施工最简便,应用最广泛的地基处理方法,在改善地基应力分布,提高地基稳定性,特别是在减小基础两端地基上的塑性变形方面作用显著。垫层的计算,主要是确定垫层的厚度和宽度,工程上多数采用按地基允许承载力的要求进行核算的方法。即假定垫层为基础的一部分,要求垫层底面的平均压力不大于该底面处地基的允许承载力,如果垫层厚度过小,往往不起垫层作用;如果厚度过大,基坑开挖有一定的困难,换填方量较大,不一定经验合理。垫层材料的选择,应遵循就地取材的原则,采用性能稳定、压缩性低的天然或人工材料,如壤上、中砂、粗砂、含砾的粘土、灰土等。

2 强夯法

强夯法是一种快速加固软基的方法,它是将很重的夯锤从高处自由落下,给地基以强大的冲击力和振动,通过加密(使空气或气体排出)、固结(使水或流体排出)和预加变形(使各种颗粒成份在结构上重新排列)的作用,从而改善地基土的工程性质,使地基土的渗透性、压缩性降低,密实度、承载力、稳定性得到提高,湿陷性和液化可能性得以消除。如今,强夯法加固地基的应用范围己由最初的砂性土发展到现在的各种填土、湿陷性黄土、碎石土、一般粘性土、软土及工业生活垃圾等各种地基,由陆上施工发展到水下施工。

3 振动水冲法

振动水冲法是一较好的地基处理方法,可提高地基承载力,减少沉降量,特别是对饱和砂土可提高其抗振动液化能力,且具有操作简单、施工进度快、工期短及造价低等优点。振冲孔添加填料挤扩成桩对地基起到振冲密实或振冲置换作用,对砂土或砂壤土地基尤为适用,而对粘性土地基也可使用,但加固效果不及砂类土地基。特别是对含水量较大,抗剪强度较低的软粘土地基不宜采用。振动水冲法需利用专用施工设备,当振冲器启动后,在很大的水平向冲动力及端部射水的联合作用下,以每分钟0.5-3m的速度挤入地基中并下沉到加固设计标高,在必要时清孔后,向孔内加入碎石或砂、砾石、煤研石、矿渣等填料,并向上逐段用振冲器振挤,使每段填料均达到要求的密实度,直到地面。在松软地基中形成很多与地基土啮合的碎石柱桩。对砂土地基,也可以不加入填料,利用振冲时砂土由孔坍陷而被挤密,也可以就地挖出砂料填入孔内。

4 沉井法

沉井是工程上应用较为广泛的地基处理方法,用于水闸工程中可同时解决地基承载力和地基渗透变形的问题,同时对开挖流沙层也有利。沉井基础主要适用于闸基上部为软土层或流沙层,下部为硬土或岩石下卧层的情形。沉井应沉放到硬土层或岩基层表面。闸下地基内有难以清除的障碍物,或岩层表面倾斜较大时,不宜采用沉井基础。沉井是一个筒状结构物,一般为钢筋混凝土结构。施工时,先在水闸设计底面高程就地将沉井制成(根据沉井高度和地基承载能力,可采用分节浇筑分节下沉),然后在井孔内挖土,这时沉井在自身重力作用下克服井外土的摩阻力和沉井刃脚下土的阻力而下沉。当下沉到设计高程后,在井内用混凝土封底(也不可封底)即成为沉井基础,水闸沉井为一般均回填土料。水闸沉井基础的平面形状多呈矩形,且布置简单对称,以便井体施工浇筑和均匀下沉。沉井平面尺寸视上部结构而定,一般只要等于或略大于上部结构尺寸即可。沉井的长度一般不超过30m,长宽比不宜大于3.0。沉井下沉时可能有少量偏斜,可在井壁顶部设襟边,襟边宽度不小于沉井全高的1/50,且不小于20cm。沉井是否需要封底,取决于下卧层基土的允许承载力,若下卧层基土允许承载力足够,则应尽量采用不封底沉井。只有在允许承载力不够时,才选用封底沉井。因为沉井开挖较深,地下水的影响大,沉井封底一般施工比较困难。不封底沉井内的回填,应选用渗透系数与井底基土相同的土料,并应分层夯实,以防止渗透变形和过大的沉降,使闸底与回填土脱开。

总之,水闸大部分建在平原、滨海区的第四纪覆盖层上,常常会遇到疏松的砂土或软弱的粘性土地基,需要进行一定的处理方可作为水闸的地基持力层。当地基承载力不能满足规范的要求或最大沉降量或最大沉降差达不到规定要求时,必须采取措施进行地基加固处理。