试析水工建筑物复合地基工程处理关键技术应用

裴永珂 张立娟

摘要 ：在当前的水利工程建筑中，软基上的工程修建程上升趋势，根据建筑物布置的需要，同一建筑物建造在软基或岩基等复合地基上，为了避免发生不均匀沉陷情况，所以水工建筑物的基础处理极为重要。本文以一处实际工程为例，介绍了某水电站冲沙闸不均匀基础处理关键技术：漂卵石层采用固结灌浆，岩基部分采用预裂松动爆破，粉质壤土层采用灌注端承桩加承台，而后在其上施以一点六米厚砂砾石回填层从而使整个基础满足变形要求。

关键词 冲沙闸；复合地基处理；灌注端承桩施工

中图分类号：TU47文献标识码： A 文章编号：

1 工程概况

本水电站工程是梯级开发二期工程，电站设计为引水式开发，首部枢纽工程由拦河闸坝、取水口及进水口组成，拦河闸坝由左岸的挡水坝、泄洪闸、冲沙闸及排污道组成。河床的各个部位从左至右依次分为三孔泄洪闸，一孔冲沙闸和排污道，进水口布置右岸，三孔泄洪闸和左岸重力坝全部位于覆盖层软基上，右岸的取水口位于岩基上，冲沙闸(长 三十四米，宽九点五米，高 二十二米，弧门净宽五点五米)和排污道布置在复合地基上，特别冲沙闸布置在三种不同特性地基上，为确保整个水利工程的安全，必须采取科学的工程处理技术，以保证工程安全的运行。

2 工程地质概况

冲沙闸位于主河道的右侧靠岸坡区域，其中岸坡的基岩地形为一凸出的山脊。开挖提示冲沙闸为复合地基，分布有花岗岩、粉质壤土层、块碎石土层及漂卵石层。为漂卵石层，系低漫滩及现代河床冲积物，漂卵石大小一般在四十厘米至五十厘米,卵石大小一般在五厘米至十六厘米，充填中的细沙，结构比较松散，透水性很强。第⑥层粉质壤土层颗粒均小于 两毫米，其含量以粉粒为主，占总量的百分之五十一点八五至百分之五十六点八七，粘粒含量 占百分之十二至百分之三十八点五之间。平均粒径 (d50)为0.009～0.018。不均匀系数 6.5～11.6，曲率系数 0.68～0.81，累积曲线呈陡坡型，属级配不良的粉壤土。第⑥层干密度平均1.40g/cm3～1.50g/cm3, 孔 隙 比 为 0.82 ～0.87，属稍密的土层。渗水系数 K=(1.16～5.79)×10-5cm/s，属极微～微透水。

3 复合地基处理初期设计方案概述

冲沙闸位于复合地基上，其基础设计极为重要。如果发生不均匀沉陷而产生裂缝，结构运行就失效。为避免以上发生，设计采用如下原则：把基岩爆松或把软基固结。根据初期地质资料，冲沙闸地基由三部分组成，即花岗石岩基和第⑦层块碎石土层及第⑩层漂卵石层 ，因此设计采用基岩不动软基采用固结灌浆的方法解决复合地基不均匀沉陷的问题。但实际开挖揭示冲沙闸的下游部分第⑦层很薄 （最薄为1.00m），其下为第⑥层粉质壤土，该层特性为遇水软化，承载能力低，固结灌浆困难，原设计加固软基的方案不易实施，因此必须采用更可靠的工程措施。

4 复合地基处理的几种方法探讨

4.1 软基采用沉井基础方案沉井基础属于深基础，由于场地狭窄，地下水特别大，沉井下沉和开挖难度较大，且工期较长，没有采用。

4.2 桩基础方案

4.2.1 混凝土预制桩方案混凝土预制桩有两个缺点。第一，预制桩将抢占直线工期；第二，由于泄洪闸已浇筑5m 高，且为软基，打桩对泄洪闸有影响，未采用该方案。

4.2.2 混凝土灌注端承桩方案 (冲砂闸复合地基处理采用方案)为确保结构整体受力，对于冲沙闸下游第⑥层粉质壤土部分采用布置 17 根嵌入基岩端承灌注桩，桩直径 0.8m，桩孔位布置详见图1。

图1 桩孔位布置详图

上部用钢筋混凝土承台连成整体，对闸基范围内的花岗岩基础浅表部1.5m深度岩体进行松动预裂控制爆破，对于冲沙闸上游左半部⑩层基础采用打孔埋管固结灌浆加固，最后在其统一回填 1.6m 砂卵石垫层上基本形成均匀的基础，再浇筑冲砂闸底板混凝土以满足受力要求。该方案对处理本工程的复合地基不但能满足受力变形要求，而且更为科学合理、经济。对于上述复合地基的处理，对于沉陷量极大的软基，采用端承＋承台＋砂卵石垫层。对于持力层为碎石层基础进行灌浆固化，对于岩石部分采用预裂松动控制爆破，这样不但解决了同一建筑物在复合地基上不均匀沉陷的问题，同时也解决相邻建筑物沉降差的问题。由于灌注桩造孔采用冲击钻造孔，进度快，混凝土浇筑采用水下混凝土浇筑方法，因此比其他方案不但缩短工期，而且解决了地下水较丰富施工的困难，少了很多工序，因此较为经济合理。

5 灌注桩及复合地基的施工

5.1 灌注桩的施工

5.1.1 施工环境灌注桩位于冲沙闸后部的槽坑，开挖过程中，由于右岸岩石帷幕灌浆未封闭，地下水较大，采用抬高施工平台避免在冲沙闸基础处理施工过程中对相邻建筑物的影响，特别是基坑开挖。灌注桩钻孔过程采取措施保证相邻建筑基础渗透破坏，且闸基范围内的⑩层漂卵石为闸基持力层，尽量避免其扰动。

5.1.2 施工方法桩底位于相应的基岩上且入岩深度不小于1m，桩顶混凝土浇筑应高出设计高程 0.5m～0.8m，以便凿出夹浆混凝土后达到设计高程。灌注桩分两序施工，一序孔的间距为终孔的两倍，端承灌注桩采用R250＃ 钢筋混凝土，其直径为 0.8m，间距2m×3m，总桩数为17根，主要布置在第6层出露部位。钻孔采用2台CZ－20型冲击钻造孔 ， 泥 浆 固 壁 由 于 设 计 闸 底 高 程 为972.00m高程，而开挖底高程为968.00高程。为避免冲击钻造孔过程中塌孔，回填到971.5m 高程，浇筑一层素混凝土垫层，作为钻机施工平台，进行钻孔，出渣采用为钻机配套的提渣筒出渣。根据静击试验岩面推测深度和抽出的岩渣判断嵌入岩石深度>1.0m，根据相邻桩孔深。推断是否遇到大孤石。采用泥浆置换法，即将孔底沉渣抽出孔外，注入部分新浆置换性能较差的浆；钢筋笼按设计图纸在加工厂制作好，并加固成整体，运往现场用汽车吊吊装就位。采用水下混凝土的常规施工方法，即水下混凝土导管施工方法。

5.2承台施工所有的灌注桩施工完毕，凿除上部高出设计的部分混凝土，现场绑扎承台钢筋，浇筑承台混凝土。

6 结论及建议（1）冲砂闸复合地基处理由于初期地质资料不全，根据实际开挖揭示其地层情况，冲砂闸后半部第⑦层持力层很薄，若采用固结灌浆加固其下第⑥层粉质砂壤土效果较差，达不到预期效果（由于其灌浆在进水口底板试验效果很差），因此采用深基础处理是必要的。（2）复合地基设计施工时，不但要考虑结构本身的不均匀沉陷，且要考虑相邻建筑物沉降差的问题，特别水工建筑物沉降缝之间设有止水，须考虑相邻建筑物沉降差是否满足结构止水变形的要求，设计施工时必须高度重视。（3）本工程的处理方法既考虑了建筑物本身不均匀沉陷的问题，而且考虑了相邻建筑物间沉降差的问题，运行工况良好，可供类似工程设计和施工借鉴。

参考文献：

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[2]张景秀著.坝基防渗与灌浆技术.北京：中国水利水电出版社，2007转贴

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