水閘工程采用粉噴樁地基處理特殊性的探討

摘要：根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（J220-2002）（以下簡稱規(guī)范）對水閘地基采用水泥土攪拌法進行地基處理，有很多成功的例子，也有失敗的教訓。本文根據(jù)渦河近期治理工程在淤泥地基上新建的三座涵閘實施經(jīng)驗，從水閘地基承受豎向作用、水平作用及防滲等功能方面以及施工方面，探討粉噴樁在水閘地基處理上應(yīng)用的特殊性。

關(guān)鍵詞：粉噴樁；滑動破壞；褥墊層；硬殼層工作面

渦河近期治理工程在其支流上新建的趙王河閘、武楊河閘、田溝閘均在原河道淤泥地基上建閘，淤泥厚度3～6m，設(shè)計采用粉噴樁地基處理，處理結(jié)果基本上是成功的。由于水閘本身的特點，在處理的過程中也碰到了很多問題，由此積累不少經(jīng)驗教訓。

1 粉噴樁的概念

粉噴樁是《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（J220-2002）（以下簡稱規(guī)范）中水泥土攪拌法的粉體噴射法的簡稱，適用于處理含水率大于30%正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、黃土、素填土、粘性土及無地下水流動的飽和松散砂土等地基。它是利用噴粉樁機，將水泥干粉噴入軟弱基土中，并在原位進行強制攪拌，通過水泥和土的一系列復雜的物理化學作用形成水泥土樁體，與樁間土共同作用形成復合地基，達到提高承載力和減少沉降的目的。該技術(shù)成本低、工效快，曾大量運用于鐵路、建筑工程地基加固。本文對按照規(guī)范正常的設(shè)計施工不再贅述，僅對水閘地基加固的特殊性進行探討。

2 土質(zhì)適用的性

規(guī)范規(guī)定粉噴樁適用于正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土，原河道淤泥地基的含水量一般從上至下逐漸減少，特別是表面有一層含水量大于50%的淤泥，該層厚度一般在500～1000mm，下部淤泥含水量小于50%，屬于淤泥質(zhì)土。淤泥質(zhì)土形成一般都有幾十年了，應(yīng)該算是正常固結(jié)的，故水閘淤泥地基采用粉噴樁處理應(yīng)該是沒有問題的。

水閘地基處理均需在淤泥上填筑工作面，表層淤泥不管設(shè)計者是否考慮處理，但實際上該淤泥層早在其上填筑粘土工作面時，由于其高流動性，已被部分擠淤。但由于其高含水率，嚴重影響了施工硬殼層的形成，下文將會述及。

3 抗滑問題

淤泥的抗剪強度很小，由于水閘承受水平水壓力或地震作用，復合地基有可能沿某一滑動面產(chǎn)生滑動破壞，就象滑坡一樣，樁體和樁間土均發(fā)生剪切破壞。

規(guī)范明確規(guī)定：水泥土攪拌樁只承受豎向力，因此抗滑問題是粉噴樁在水閘工程中應(yīng)用理論上的一個最大障礙。從定性上說，樁體有加筋作用，提高土體的抗剪強度，增加土體的抗滑能力，但沒有定量標準，計算上水平力只能由淤泥承受。如果通過核算淤泥的抗剪強度不滿足要求，而水平力又不能由其他措施承擔，則該法不能使用。特別是大型水閘，為解決砼伸縮及地基不均勻沉降問題，其結(jié)構(gòu)一般是分體式的，中部各結(jié)構(gòu)段的水平力將全部轉(zhuǎn)移到淤泥地基上。小型水閘一般為整體式結(jié)構(gòu)，水平力可以通過岸墻及齒墻傳入兩岸土堤，容易解決這個問題。可能就是因為理論上的這些問題，江蘇省限制了水泥粉噴樁在水閘等水工工程中的應(yīng)用。江蘇省水利廳 “蘇水科[2002]1號”文規(guī)定了水泥粉噴樁適用范圍：水泥粉噴樁僅適用于堤壩地基和路基穩(wěn)定加固處理，對涵閘、泵站、碼頭等水工建筑物地基處理暫停使用。我個人對這一刀切的方法也不贊成，對整體式結(jié)構(gòu)的水閘，水平力有地方傳遞的，粉噴樁對于特定的淤泥地基不失為一種對提高豎向承載力有效的并較為經(jīng)濟的地基處理方法。

4 褥墊層的材料的選擇

為調(diào)節(jié)樁、土相對變形，避免荷載引起樁體應(yīng)力集中，有效保證樁體正常工作，規(guī)范規(guī)定基礎(chǔ)下面應(yīng)設(shè)置砂石褥墊層。水閘閘基是有防滲要求的，設(shè)計者一般改砂石褥墊層為粘土褥墊層。從已建的涵閘來看，這個處理方法是成功的。

5 施工條件符合性

規(guī)范11.3.1條規(guī)定：水泥土攪拌樁施工現(xiàn)場事先應(yīng)予以平整，必須清除地上和地下的障礙物。遇到明浜、池塘及洼地時應(yīng)抽水和清淤，回填粘性土并予以壓實，不得回填雜填土或生活垃圾。不言而喻，粉噴樁機是需要一個硬殼層工作面的。其實這本規(guī)范屬于建筑部門的行業(yè)規(guī)范，水泥土攪拌法地基處理技術(shù)在建筑上主要用于提高表層或地基軟弱夾層的豎向承載力。運用到在河道淤泥地基上建閘這個特殊環(huán)境，機械工作面成了一個大問題。設(shè)計者在解決這個問題時，往往很籠統(tǒng)，例如趙王河閘僅提出在河道淤泥上填筑1.5m厚粘土作為工作面，壓實度0.92。施工單位也沒有深入認真研究，在圍堰筑成，河水抽干，降水成功之后，即開始填土。由于表層淤泥的含水量高，覆蓋在淤泥上的粘土因吸水太多壓實時形成彈簧土，攪拌機在工作面上不斷移動時，由于工作面的彈簧作用，擾動了下面的淤泥，使之成為流動狀態(tài)，淤泥發(fā)生了層間位移，致使深槽部位產(chǎn)生斷樁。后來分析認為，在填土之前，應(yīng)將河道表面的含水量大于50%約500mm厚的淤泥用泥漿泵清除掉,方可形成施工所需的硬殼層工作面, 如果工作面未形成硬殼層，達不到施工要求,絕對不能施工。

6 施工注意事項

施工時除了需要硬性工作面之外，還要注意正確控制樁長。由于河道往往有深槽存在，有時深槽是很窄的，地質(zhì)勘探不一定勘測清楚，如果僅僅按照地質(zhì)剖面圖控制成樁深度，可能造成浮樁。在《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》里，對錘擊沉樁既要控制樁端標高，又要控制貫入度，即所謂的雙重控制。同樣為保證粉噴樁進入持力層，在樁長的控制之外，還要根據(jù)攪拌機的即時功率判斷粉噴樁是否進入持力層。根據(jù)施工經(jīng)驗，對于PH-5AP型攪拌機，以III檔60A后再打不小于1.0米深度為宜。

參考文獻

[1]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（J220-2002）.

[2]江蘇省水利廳文件“蘇水科[2002]1號”.

[3]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008).

作者簡介：程俊青（1969.2～），男，工程師，目前從事水利工程建設(shè)與管理。

汪禮宏（1962.8～），男，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，目前從事水利工程監(jiān)理工作。