珠江三角洲水闸软基工程处理及基坑施工技术

摘要:在许多工程施工过程中，时常会遇到软土地基和基坑开挖等问题，加大了工程施工的难度。为此，本文以水闸工程为例，阐述了采用预应力管桩、水泥搅拌桩形成复合地基的处理方法，重点就闸室基坑开挖方案进行探讨，并提出有效的施工质量控制措施，取得了较好的施工效果，为类似工程施工提供借鉴。

关键词: 水闸；软土地基；水泥搅拌桩；基坑开挖；质量控制

中图分类号：O213.1 文献标识码：A 文章编号：

珠江三角洲是我国的经济发展速度较快的一个区域，水闸、挡水建筑物等水利工程建设数量日益增加。由于珠江三角洲位于沿海地区，这些地区的地基土通常都具有含水量高、压缩性大、承载力低、厚度不均等特点，若在此类地质条件下修建建筑物,通常需要进行软基处理。受工程投资成本压力的影响，中小型水利工程一般采用预应力管桩来满足建筑物对其承载力等方面的要求。但预应力管桩在基坑开挖过程中容易发生管桩位移的情况，导致安全事故的发生。某工程由于预应力管桩发送倾斜而导致的质量事故。因此，施工单位做好软基工程处理和基坑施工监控是尤为重要的。本文采用预应力管桩、水泥搅拌桩形成复合地基对软土地基进行处理，以期提高工程安全系数。

1 工程概况

本工程位于珠三角地区，设计闸室底板长26.8m，宽20.1m，闸室开挖高程平均为-4.9m，最低处为-5.9m，基坑开挖后，堤顶与基坑最大高差达10.6m。

2 工程地质

根据地质勘察报告，该闸桥闸室位置自上而下分为5层(表1)。

表1 土层分布

3 闸室复合地基处理方案

3.1 设计思路

闸桥工程基础处理的设计思路是：既要提高软土地基承载力，又要兼顾改善基坑开挖条件。经过方案比选，采用预应力管桩、水泥搅拌桩形成复合地基。预应力管桩为主要受力构件，水泥搅拌桩固化基础，防止预应力管桩移位并对基础进行辅助加强，提高安全系数。

闸室预应力管桩采用混凝土强度为C80的PHC-B600(110)-25b型预应力管桩(PHC———预应力混凝土管桩，600———管桩直径，B———管桩型号，110———管桩壁厚)，设计桩长37m，桩径为φ600mm，单桩设计承载力2460kN，桩底高程为-41.8m，间距3500mm×3000mm，矩形布置，共54根。

闸室管桩间水泥搅拌桩桩径为φ600mm，间距1000mm，桩长为5m，正方形布置，水泥搅拌桩28d无侧限抗压强度不小于1MPa。

闸室段桩位布置如图2所示。

图2 水闸桩基平面布置

3.2 桩基施工顺序

闸室桩基施工时严格按如下顺序进行：清理杂物回填中粗砂至-1.0m形成打桩平台测量放样桩位闸室水泥搅拌桩施工(28d龄期后)闸室管桩施工管桩承载力检测

(1)清理杂物。桩基施工前，先清理施工作业范围内的杂物、石块以及其他障碍物。具体做法是在围堰合龙前，利用水上挖掘机清理干净。

(2)回填中粗砂形成打桩平台。在围堰合龙后，基坑抽水过程中，桩基施工范围内回填1.0～1.5m厚的中粗砂，平整形成打桩平台。

(3)测量放样桩位。现场放样出管桩和搅拌桩的桩位，若两者桩位冲突时，则搅拌桩避让挪位。

(4)闸室水泥搅拌桩施工。在闸室预应力管桩施工前，先施打水泥搅拌桩加固闸室地基。

(5)闸室预应力管桩施工。在闸室搅拌桩达到28d龄期后开始施工预应力管桩，此时水泥搅拌桩的无侧限抗压强度已经达到1MPa。

(6)管桩承载力检测。预应力管桩施工完成后，按相关规范采用静力荷载法进行管桩单桩竖向承载力检测。

3.3 搅拌桩施工

搅拌桩施工前，选取土层中有代表性的淤泥土样，按水泥土配合比进行配合比试验。本工程采用42.5R的普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比0.5，按掺量(重量比)14%、18%、20%、22%四种配合比进行室内试验，标准养护。

经过比选，本工程搅拌桩配合比确定为18%(重量比)。

施工中选用BJ型单头深层搅拌桩机，采用四搅四喷工艺，水泥浆水灰比0.5，供浆压力0.6MPa，提升与下沉速度为0.4m/min。工艺如下：

定位预搅拌喷浆下沉(至设计深度)原地喷浆0.4min搅拌喷浆上升重复搅拌喷浆下沉重复搅拌喷浆上升完成移机

闸室搅拌桩达到28d龄期时，水泥搅拌桩的无侧限抗压强度已经达到1MPa，这时方可施工闸室预应力管桩。采用筒式柴油锤D2-72型桩基设备。正式施工前，先施打2根试验桩。

先确定贯入度，根据经验本闸桥工程贯入度取100mm。考虑到预应力管桩施工过程中的挤土效应，施工时采用“先中间、后两边”，“由里到外”的施打原则，因此先施工中间一排桩，然后再向两侧施工。沉桩过程中边退边打，保护已施工的桩体。由于管桩施工中的挤土效应，已测量放样的桩位很可能由于挤土效应的作用而发生了较大的偏移；所以施工中应随时对照图纸不断核准、调整已放样的桩位，桩位偏差不得大于20mm。

预应力管桩施工完成后，按相关规范采用静力荷载法进行管桩单桩竖向承载力检测。

4 闸室基坑开挖方案

开挖原则是分层开挖，每次开挖层厚不宜过大，开挖机械采用轻型挖掘机。开挖方案步骤及注意事项如下：

(1)闸室基坑开挖面积大，水闸各分部的设计开挖高程深浅不一，基坑大致分3层，分层如下：

第1层开挖层厚控制在2.0m以内(-1.0～-3.0m)；

第2层开挖层厚控制在1.5m以内(-3.0～-4.5m)；

第3层开挖层厚控制在1.0m以内(-4.5m至闸室各部位设计开挖高程)。

(2)机械作业前，应将基坑内积水排净，且在周边布设排水沟，及时排除沟槽内积水，提高土体承载力，并在汽车运输道路用坚硬、排水性良好的土适当加高，使之挖、装、运协调一致。

(3)分层分段开挖结合水闸整体的全局施工，基坑土方开挖前先开挖排水沟，并且随着开挖的进一步开挖而逐渐降低，且开挖排水沟应在建筑物结构之外，并且在水闸上下游消能防冲段位置设置集水井，以利排水。

(4)设计开挖面以上预留20～30cm保护层，再用人工修整。开挖时采用多台挖掘机形成多级接力盘运，最后两级必须采用轻型挖掘机，行走时铺设厚12mm钢板，以减少机械对软土的扰动。

5 质量控制

5.1 水泥搅拌桩质量控制

(1)要求停浆面高出设计桩顶高程0.5m，确保桩头质量。

(2)桩位遇管桩避让的除外，搅拌桩垂直偏差小于1%，桩位与测量值偏差小于50mm。

(3)施工过程中，要确保水泥浆液比重(水灰比)稳定，保证贮浆桶内水泥浆的均匀性和连续性。

(4)由专人记录施工中各类数据。

5.2 预应力管桩质量控制

(1)管桩进场时认真检查桩的外观质量：仔细观察桩身是否有明显的表观裂纹，测量其法兰盘的厚度是否达标，测量管桩的实际长度是否与标记长度一致。

(2)桩身垂直度控制在0.5%以内。

(3)确保焊接质量：焊接时要求上下桩段对接顺直，偏差控制在2mm以内。对接时，用铁刷子清理干净接驳面和坡口；施焊时对称作业，焊缝均匀饱满，不允许出现虚焊，漏焊等现象。焊接完毕后要求焊缝冷却5min后方可继续施工，严禁水冷或焊好后立即入土施工。

(4)收锤按确定的贯入度测定标准控制，本闸桥工程取100mm。

(5)作业过程中发现贯入度剧变、大幅度位移或倾斜、突然下沉、严重回弹、桩顶破裂、桩身裂隙、破碎或断桩等情况时应暂停施工，待找出原因确定方案后进行处理。

6 施工效果

在基坑开挖的过程中，没有发生边坡塌方、软土流变、沉降，周边的水泥搅拌桩也没有发生剪切破坏，预应力管桩无任何弯折破坏、倾斜，桩体完好无缺陷；基坑内渗水量满足现场施工要求，大大节约抽降水台班及坑内支护，既满足基坑下一步工序的需要，又达到降低工程造价的目的。

7 结语

通过采用预应力管桩、水泥搅拌桩形成复合地基对软基工程进行处理，达到了防止预应力管桩位移和固化软土基础的效果，提高了工程的质量水平。同时在基坑施工过程中采用分层轻型机械开挖, 很好地解决了预应力管桩倾斜的问题。实践证明，这种处理方法具有较好的经济效益和社会效益，值得在沿海地区的软基处理工程中推广。

参考文献

[1] 郭键敏.浅谈水利工程软地基基础处理[J].广东科技.2012年第11期

[2] 纪德林;吴峰.如何做好水闸施工中的软基处理工作[J].城市建设理论研究,2012年第04期