珠三角软土基础上中型水闸沉降变形

程晓航

(湖北省水利水电规划勘测设计院 武汉 430064)

珠三角独有的地形地貌特征，给水利设施建设带来一系列的问题和难点。珠江三角洲地区在深厚淤泥土地基上建闸，需要在水闸的沉降和水平位移观测设计过程中，对水位、流量、水平位移、沉降、基础扬压力、水流流态等资料进行准确地把握，并研究好对策，以便进一步完善珠三角软土基础上中型水闸沉降变形的措施。

1 珠三角软土基础上中型水闸工程地质概况

1.1 工程地质特点

珠三角工程地质特点为:建筑物地基为较深的淤泥或淤泥质土，含水量大，承载力低，沉降量大，地基处理工作量大，因此将水闸布置成平底开敞式轻型结构。珠江三角洲的软土可以说是全国最软的软土之一，存在软土厚、含水量高、压缩性高、承载力低的特点，其含水量一般在w=60% ～100%，孔隙比一般在e=1.5～2.5，承载力一般为fk=40～60kPa，在这样的地基上建闸，地基处理的合理性不但影响工程造价，也影响到工程的安全性［4］。

1.2 软土基础上中型水闸的基本情况

珠三角沿海地区水闸基础大部分存在较厚软基，软基一般不宜作为天然基础，需进行处理。基础经过粉喷桩处理后，还是会有沉降和位移变形。闸室采用开敞式，共设5孔，每孔净宽8m，采用三孔一联和两孔一联的布置方式，三孔联闸室布置在左岸，通航孔布置在三孔一联的中孔。闸室总宽度为50m，顺水流方向长度为18.0m。闸墩上部为检修平台、交通桥及启闭排架等。不均匀沉降和位移变形会对水闸产生影响。

1.3 水闸沉降变形的系统应用

在当前，水闸沉降变形监测预警系统，广泛应用于各种变形体安全监测的工业级远程变形监测预警系统中。该系统集测绘、GNSS高精度数据处理、GIS、远程控制、数据通信、变形趋势分析和灾害预警等技术于一体，可对变形体的平面及高程位移变形量、速度、加速度和方位进行24h连续不间断监测或定期监测。

2 珠三角软土基础上中型水闸沉降变形的地基处理方案探讨

2.1 钻孔灌注桩施工常见事故及基本技术困境

2.1.1 灌注桩地基缺乏保护

在不同的气候条件下，比如:南方地区的多雨，北方的干旱等，会出现地基的不同形式和问题。假设没有处理好地下水、凝土松散等难题，就会对地基建设带来危害;假设地基的基础缺乏充足的保护，如防水、排水对策不到位，就会造成地基进水，这样不但会造成地基基础施工困难，并且会对地基的质量造成损害。

2.1.2 灌注桩施工事故处理不及时

在混凝土钻孔灌注桩施工处理上，采用灌注桩基是一种理想的方式。由于机械设备、天气、土质结构等一些原因，在桩成孔后出现阻塞、松土、塌方等一些不良现象，尤其是有些施工单位偷工减料，在质量要求上没有跟上来。桩成孔后，桩孔嵌入持力层深度不够、岩石强度不大、沉渣厚度很薄、桩孔垂直度太低等数据都不符合设计要求，并且没有及时处理，没有形成分析、解决的过程，造成很大的浪费［1］。需细化混凝土钻孔灌注桩施工的技术参数，在对不同的地质特点等一些综合要素的掌握情况下，全面分析形成的综合性报告，采取相适应的基础处理技术和方法。尤其施工现场在埋设灌注桩护筒时，注意结合分析地坑和周围的含水量及土质情况，保持护筒安装垂直，在护筒的适当高度开孔，护筒内保持1.0～1.5m的水头高度。在施工前的地质情况勘测中，给出地下水的压力、出水量、水流方向等要素条件［1］。

2.2 水泥搅拌桩方案施工的技术应用

水泥搅拌桩复合地基承载力按《建筑地基处理技术规范》中复合地基承载力计算公式计算:

式中 fspk——复合地基承载力特征值;

m——面积置换率;

Ra——单桩竖向承载力特征值;

Ap——桩底端横截面面积;

β——桩间土承载力折减系数;

fsk——处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。

根据计算结果，当搅拌桩桩径500mm、桩长20m、桩距1.0m时，复合地基承载力特征值大于闸室地基最大反力，承载力可满足要求［2］。但对于复合地基，在承载力满足要求的情况下，还需验算沉降量及桩端下层土的承载力是否满足规范要求。经计算验算，沉降量及桩端下层土的承载力均满足规范要求。

2.3 预制混凝土管桩施工方案在珠三角软土基础上中型水闸中的应用

2.3.1 预制混凝土管桩施工优势的全力发挥

常用的预制桩有钢筋混凝土桩、木桩、钢桩等，用沉桩设备将桩打入、压入、振入土中。此处所指的是预制混凝土管桩。预制混凝土管桩有施工方便、施工进度快、水闸沉降小、造价适中的优点。缺点其一是施工设备比较重型，施工时容易对已施工的桩造成移位等影响;其二是预制混凝土管桩属于挤土桩，在高饱和度的流塑型软土中，闸基大面积、高密度的打进群桩，先打进桩会受后打进桩的挤出，影响桩基承载力［3］。经计算，当采用φ400预制管桩，桩端至强风化砂岩时，桩数由单桩水平向承载力确定，均布于底板下，桩距1.4m×1.4m，单桩平均长度45m。

2.3.2 复合地基形成法的技术提升

通过对被加固土体填充相应的材料，改变土体的结构，使土体被增强或被置换形成一定的增强体。由增强体和周围地基土共同承载荷载，形成了复合地基的一些地基处理方法。如:振冲法、砂石桩法、CFG桩法、水泥深层搅拌法、土和灰土挤密桩法、高压喷射注浆法等［4］。在工程施工中，根据特殊地质条件对地基承载力的要求，选用不同的处理方法从而达到相应要求。通过填充砂和石料深入土体，被置换或挤密，从而达到提高承载力的目的;把水泥粉或水泥浆、粉煤灰或化学浆液充填进土体，通过这些填加料与土体产生化学反应，使土体凝聚、胶结、固化来提高承载力。

2.4 止水设施施工在水闸沉降方面的应用模式

2.4.1 沉陷缝填料的施工

为了适应地基的不均匀沉降和伸缩变形，在水闸设计中均设置温度缝与沉陷缝，并常用沉陷缝代温度缝作用。缝有铅直和水平的两种，缝宽一般为1.0～2.5cm［5］。缝中填料及止水设施，在施工中应按设计要求确保质量。沉陷缝的填充材料，常用的有沥青油毛毡、沥青杉木板及泡沫板等多种。其安装方法有以下两种:ⓐ将填充材料用铁钉固定在模板内侧后，再浇混凝土，这样拆模后填充材料即可贴在混凝土上，然后立沉陷缝的另一侧模板和浇混凝土［6］;ⓑ先在缝的一侧立模浇混凝土，并在模板内侧预先钉好安装填充材料的长铁钉数排，并使铁钉的1/3留在混凝土外面，然后安装填料、敲弯铁尖，使填料固定在混凝土面上，再立另一侧模板和浇混凝土，具体过程见图1～图2。

图1 先装填料后浇混凝土的填料施工

图2 先浇混凝土后装填料的填料施工

2.4.2 止水缝部位的混凝土浇筑

止水缝部位混凝土浇筑的注意事项包括:水平止水片应在浇筑层的中间，在止水片高程处，不得设置施工缝;浇筑混凝土时，不得冲撞止水片，当混凝土将淹没止水片时，应再次清除其表面污垢;振捣器不得触及止水片;嵌固止水片的模板应适当推迟拆模时间［7］。

3 总结

珠三角工程地质特点为:建筑物地基为较深的淤泥或淤泥质土，含水量大，承载力低，沉降量大，地基处理工作量大，因此将水闸布置成平底开敞式轻型结构。从混凝土钻孔灌注桩施工、预制混凝土管桩施工、水泥搅拌桩施工的问题中总结出珠三角软土基础上中型水闸沉降变形的经验，尤其是对孔壁坍塌、桩底沉渣、断桩等问题进行仔细分析研究，提升技术层面的把握，并在实践的工程建筑中采取相应的防范和处理措施，更好地改善和提高珠三角软土基础上中型水闸施工的质量。◆

1 黄玲彬，吴兰英.钻孔灌注桩孔底沉渣质量问题的探讨［J］.山西建筑，2010(2).

2 张帆.珠三角地区水闸软土基础沉降处理案例分析［J］.西北水电，2007(2).

3 方子杰.水泥搅拌桩在温州市永嘉县防洪堤地基加固中的应用［J］.矿产勘查，2005(1).

4 傅小龙，李力军.钻孔灌注桩在上海青草沙水库取水泵站工程中的应用［J］.施工技术，2011(12).

5 黄文强.振动沉管碎石桩在堤基加固处理中的应用［J］.中国农村水利水电，2005(9).

6 杨会峰.混凝土钻孔灌注桩施工中常见质量事故的预防及处理［J］.山西水利科技，2010(4).

7 程晓鸣，刘正军，常玉龙.无为大堤水家楼站闸泵站前池地基排水减压沟设计［J］.水利水电工程设计，2007(4).