匯潭前方閘地基處理方案的分析

裘華鋒

(浙江省水利水電勘測設(shè)計院，浙江 杭州 310002)

1 工程概況

匯潭前方閘位于浙江省蘭溪市境內(nèi)的民主溪下游河段，距民主溪與蘭江交匯口約350 m.設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，Ⅳ等水閘，過閘流量70 m3/s，閘外側(cè)設(shè)計洪水位30.08 m.該閘根據(jù)運(yùn)行要求，當(dāng)蘭江洪水上漲形成外江水倒灌，則關(guān)閘擋洪，當(dāng)蘭江洪水回落低于民主溪水位，重新開閘排澇.匯潭前方閘由上游連接段、閘室段及下游連接段組成.閘室段底板長×寬為7 m×13.9 m，閘室共設(shè)2孔，單孔孔口尺寸5.0 m×5.0 m，閘底板厚1.0 m，底板頂面高程22.5 m.靠外江側(cè)與混凝土箱涵連接，箱涵頂回填土至堤頂高程與堤頂公路連通，箱涵底板長x寬為16.5 m×12.7 m，箱涵底板厚0.6 m，底板頂面高程22.5 m.

基底以下地質(zhì)剖面由上至下分別為Ⅱ1粉質(zhì)粘土層,層頂高程24.3 m,層厚4.0 m,性質(zhì)一般；Ⅱ3粉砂層，層頂高程20.3 m,層厚0.8 m，稍密實，厚度較薄，該層在垂直和水平方向上性質(zhì)差異變化較大，受振動易產(chǎn)生液化，動水條件下易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，性質(zhì)一般；Ⅳ層砂卵礫石，層頂高程19.5 m,層厚6.0 m，中低壓縮性，工程地質(zhì)條件較好；Ⅴ層泥質(zhì)粉砂巖，工程地質(zhì)條件好，為良好的天然地基持力層,層頂高程13.5 m.地下水位高低與河道水位相關(guān)，常水位高程為23.5 m左右.

2 地基處理分析及比較

閘室段經(jīng)計算最不利工況情況下基底最大應(yīng)力[1]為118 kPa，平均應(yīng)力為110 kPa，混凝土箱涵段基底應(yīng)力與閘室段相當(dāng)，結(jié)合防滲要求，根據(jù)地質(zhì)資料分析Ⅱ1粉質(zhì)粘土層和Ⅱ3粉砂層不能滿足規(guī)范要求，IV砂卵礫石層是良好的天然地基持力層且層頂高程距基底只有2.0 m左右，所以可以不采用樁基礎(chǔ)但需對地基進(jìn)行處理.

由于新建閘室處于二堤防中間現(xiàn)狀呈V字形，二側(cè)堤防頂高程為30.2 m左右，

采用換填法處理，如放坡開挖則二邊堤防基本要全部挖除，如采用支護(hù)結(jié)構(gòu)則費(fèi)用較高，同時施工期間正逢旱季閘內(nèi)河側(cè)需從外江引水至內(nèi)河側(cè)供灌溉使用，如采用基坑降水施工則會對灌溉引水產(chǎn)生影響.根據(jù)地質(zhì)條件及基底應(yīng)力，同時結(jié)合現(xiàn)場施工條件、以往當(dāng)?shù)仡愃频鼗幚斫?jīng)驗及就地取材等方面考慮，在不排水情況下采用塊石擠壓、松木樁、高壓旋噴樁等三種地基處理方法比較合適本工程的地基處理，為了更安全、更經(jīng)濟(jì)、施工更方便需對這三種地基處理方法分別通過詳細(xì)的計算和分析對比，最后通過現(xiàn)場試驗才能得出最優(yōu)的地基處理方法方案.

2.1 拋石擠壓法[2]

拋石擠壓法為強(qiáng)迫換土的一種形式，通過在軟粘土中拋入較大的片石、塊石，使片石、塊石強(qiáng)行擠出軟粘土并占據(jù)其位置，以此來提高地基承載力、減小沉降量，提高土體的穩(wěn)定性.拋石擠壓法一般適用于厚為3～4 m的軟土層和常年積水且不易抽干的湖、塘、河流等積水洼地，以及表層無硬殼、軟土的液性指數(shù)大、層厚較薄、片石能沉達(dá)下臥硬層的情況.此方法施工簡單，不用抽水、不用挖淤、施工迅速，機(jī)械設(shè)備只需配置挖機(jī)就可以.

此方案處理范圍為不小于建筑物外邊線1 m,塊石要求無風(fēng)化，要求邊挖邊填邊

擠壓，要求拋石經(jīng)擠壓后經(jīng)挖機(jī)碾壓無明顯沉降，拋石表面用碎塊石找平夯實.表層土開挖深度、塊石拋填深度視現(xiàn)場情況調(diào)整,塊石拋填后澆筑70 cm厚C20埋石混凝土，塊石含量為30%.

根據(jù)當(dāng)?shù)匦畔r經(jīng)估算拋石擠壓法單價為150 元/m3，共用拋石約1 000 m3，處理總費(fèi)用為15.0萬元.

2.2 松木樁處理[3]

松木樁復(fù)合地基同其它復(fù)合地基相比，除樁的材質(zhì)不同外，其余均有相似之處，其加固機(jī)理：一是樁體的支撐作用：松木樁復(fù)合地基以松木樁取代了與樁體體積相同的低模量、低強(qiáng)度土體，在承受外荷時，地基中應(yīng)力按樁土應(yīng)力比重新分配.應(yīng)力向樁體逐漸集中，樁周土體所承受的應(yīng)力相應(yīng)減少，大部分荷載由松木樁承受.由于樁的強(qiáng)度和抗變形能力均優(yōu)于土體，故而形成后的復(fù)合地基承載力、模量也優(yōu)

于原土體，從而達(dá)到減小變形，提高承載力的效果.二是擠密作用：松木樁施工時，采用錘擊打入，樁孔位置原有土體被強(qiáng)制側(cè)向擠壓，使樁周一定范圍內(nèi)的土層密實度提高，起到擠密作用.松木樁復(fù)合地基在施工中對樁間土體的擠密作用，使樁間土密實，從而提高樁間土的地基承載力、減小沉降量.松木樁一般適用于厚為3～4 m的軟土層和常年積水且不易抽干的湖、塘、河流等積水洼地，以及表層無硬殼、層厚較薄的情況.此方法施工簡單，不用抽水、不用挖淤、施工迅速，機(jī)械設(shè)備只需配置挖機(jī)就可以.

此方案處理范圍為不小于建筑物外邊線1 m,樁徑150 mm(尾徑不小于120 mm)，樁長不小于4.5 m.松木樁采用矩形布置，樁中心距600 mm.松木樁頂與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)間設(shè)置褥墊層，厚度為200 mm，材料采用級配砂石，最大粒徑不大于30 mm，共需松木樁907根.

根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰞r經(jīng)估算松木樁處理法單價為160元/根，共用樁約907根，總費(fèi)用為14.5萬元.

2.3 高壓旋噴樁[4]

高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層預(yù)定的位置后，用高壓泵將水泥漿液通過噴嘴水平射入土中，借助射流的壓力將土層切割破壞，同時鉆具依一定的速度向上旋轉(zhuǎn)提升，使水泥漿與土體充分?jǐn)嚢杌旌?，凝固后形成具有一定?qiáng)度的圓柱樁體，使地基得到加固，提高地基的承載力、減小沉降量.高壓旋噴樁一般適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基.此方法施工占地少、振動小、噪音較低，但容易污染環(huán)境，需要配置專門的施工機(jī)械.

此方案處理范圍為基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大1排樁,樁徑500 mm，樁長不小于5.0 m.松旋噴樁樁采用矩形布置，樁中心距1 200 mm.旋噴樁頂與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)間設(shè)置褥墊層，厚度為200 mm，材料采用級配砂石，最大粒徑不大于30 mm，共需高壓旋噴樁226根.

根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰞r經(jīng)估算高壓旋噴樁處理法鉆孔單價為34.2元/m，噴漿514.7元/m3，共用樁約226根，總樁長1 130 m，總噴漿量約為266 m3，總費(fèi)用為16.4萬元.

3 施工過程

經(jīng)分析優(yōu)先選用松木樁地基處理方法，確定后在施工現(xiàn)場進(jìn)行試打樁，根據(jù)設(shè)計要求選取若干根長5.0 m，樁徑150 mm(尾徑不小于120 mm)的松木，用挖機(jī)進(jìn)行壓樁，在試打過程中發(fā)現(xiàn)松木樁的垂直度控制不理想，施工質(zhì)量沒有辦法保證，同時考慮到松木樁地基處理方法雖然在一些地區(qū)有應(yīng)用，但沒有正式的設(shè)計和施工規(guī)范作為依據(jù)，完全靠經(jīng)驗和主觀判斷，結(jié)合工程的重要性最后經(jīng)過各方會商放棄此方案.

重新選用拋石擠壓法進(jìn)行現(xiàn)場試驗，原設(shè)計考慮在挖至設(shè)計標(biāo)高后就進(jìn)行拋石，發(fā)現(xiàn)拋石擠壓入粉質(zhì)粘土層比較困難，不能達(dá)到預(yù)期的目的，現(xiàn)場調(diào)整拋石方法，用挖機(jī)邊挖邊拋，挖至18.8～19.2 m標(biāo)高左右(砂卵礫石層)，塊石能順利的擠入到砂卵礫石內(nèi)，能達(dá)到設(shè)計的預(yù)期目的，最后確定采用此方法進(jìn)行處理.

實際施工范圍超出建筑外輪廓線1 m，拋石總量1 100 m3,原來計劃拋石結(jié)束后就降水至露出拋石面進(jìn)行上部清理及做地基驗收工作，由于實際施工降水困難地基檢測工作待拋石完成20 d后才實施.

4 地基檢測

承載力檢驗采用淺層平板載荷試驗法[5]，試驗采用砂包堆載——反力架裝置，并用慢速維持荷載法試驗，載荷試驗的數(shù)量根據(jù)規(guī)范要求取3個，檢測位置的選擇根據(jù)有代表性的、施工中對質(zhì)量有懷疑的、工程重要部位的、地基情況復(fù)雜的原則現(xiàn)場選??；試驗結(jié)果詳匯總表

點(diǎn)號(#)荷載板面積設(shè)計試驗荷載特征值Qmax/kPa設(shè)計試驗荷載特征值對應(yīng)的沉降量Smax/mm最大試驗荷載值/kPa最大試驗荷載值對應(yīng)的沉降量Smax/mm極限荷載值Qu/kPa終止加載原因10.7 m×0.7 m1501.543007.02≥300滿足設(shè)計要求20.7 m×0.7 m1501.513005.36≥300滿足設(shè)計要求30.7 m×0.7 m1501.923008.32≥300滿足設(shè)計要求

根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析：本次試驗的3個點(diǎn)在最大級試驗荷載300 kPa作用下，總沉降量在規(guī)范規(guī)定的允許范圍之內(nèi)，其p-s曲線均屬平緩型、s-lgt曲線均屬平直型，根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007-2011，推定其地基土極限荷載值均不小于300 kPa，可按相對變形值確定地基土承載力特征值為150 kPa.根據(jù)以上3個試驗點(diǎn)的淺層平板載荷試驗結(jié)果表明：其地基土承載力滿足設(shè)計要求.

5 結(jié) 語

工程建成后經(jīng)過觀測，發(fā)現(xiàn)工程整體穩(wěn)定取得了預(yù)期的效果，此水閘施工前在邊上另有一小型水閘采用相同地基處理方法，但由于拋石后立即進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工導(dǎo)致建成初期產(chǎn)生了約50 mm的沉降，通過對比可發(fā)現(xiàn)經(jīng)過休止后的沉降比拋石后直接施工的要小的多.

通過本工程證實拋石擠壓法在砂卵礫石、粉土等土層中不降水處理是可行的，同時拋石后視具體土層情況休止一段時間是非常有必要的.

參考文獻(xiàn)：

[1] 江蘇省水利勘測設(shè)計研究院.SL265-2001水閘設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2001.

[2] 交通部第一公路勘察設(shè)計院.JTJ017-96公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,1997.

[3] 盧國源.松木樁處理軟土地基的設(shè)計與施工[J].現(xiàn)代企業(yè)文化，2009(14):139-140.

[4] 中國建筑科學(xué)研究院.JGJ79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[5] 中國建筑科學(xué)研究院.GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.