太平船闸深厚淤泥基础处理

许志发

(广东省佛山市南海南源水利水电勘测设计院有限公司，广东佛山528200)

1 工程概况

南海市太平船闸位于西江樵桑联围太平段，是南海西樵沟通西北江水道的关键工程，船闸通航等级Ⅴ级，最大通航船只300 吨级，闸首净宽12 m，船室长85 m，为整体式结构。太平船闸具有外江水位变幅大(－0.2 ～9.01 m)、防洪水头高(8.41 m)，船闸墩墙高(14 m)等特点。如何处理船闸下部的淤泥，解决软土在高填土荷载作用下的水平侧压力是整个工程的关键。

2 地质概况

船闸主体座落在城镇的一条旧河涌上，由于地质情况较为复杂，前后进行了三次勘探。船闸建基面在 －3.6 ～－5.0 m高程之间，建基面以下为:①淤泥，厚7 ～15 m，饱和，流塑，含水量 W=52% ～86%，C =8kPa，φ =5°;②粉质粘土，厚 1.3 ～13 m，含水量 W=23% ～40%，C=20kPa，φ =18°;③残积土，厚0.3 ～4.2 m;④强风化岩，厚 5.0 ～9.0 m。

3 基础处理方案比选

由于太平船闸主体两侧均是大面积新填土，在原地面填土达9 ～12 m，填土荷载达162 ～216 kPa，在如此大的填土荷载作用下，下部淤泥层必然会产生较大的挤压，对船闸主体建筑物的桩基础产生较大的水平侧压力和负摩擦力［1］，如何解决桩基础抵抗水平侧压力是主要矛盾。采用常规的预制桩基础，虽然可以解决垂直荷载问题，但是在本工程淤泥厚度7 ～12.5 m 的条件下，采用横向荷载作用下桩、土共同作用的简化计算方法［2］计算:船闸位置的管桩桩身的最大弯矩为 409 ～988 k N·m，远大于管桩的抗断裂弯矩135 k N·m，所以，常规的预制管桩方案是不可行的。为此，参考《地基处理手册》［3］，设计单位经过论证，提出如下五个方案进行比较:①在常规的预制桩基础上，在两边布置格栅式搅拌桩，每边宽12 m，用整体格栅搅拌桩抵抗水平侧压力，主体预制桩布置不变，用预制桩承受结构上部垂直荷载。②主体采用格栅式搅拌桩方案，既抵抗水平侧压力，又承受垂直荷载，填土所产生的软土水平侧压力被阻隔在加固区范围之外。③在方案②的基础上主体增加Φ400 管径预制桩，用来承受垂直荷载，减少方案②搅拌桩桩身压缩所产生的沉降。④主体采用排列式搅拌桩墙，既可利用搅拌桩墙的对撑作用抵抗填土产生的水平侧压力，又可以直接承受结构上部垂直荷载。⑤在方案④的基础上，拉开搅拌桩墙的距离，墙中采用Φ500 管径预制桩承受上部结构垂直荷载，搅拌桩墙承受填土生成的水平侧压力，保护墙中的预制桩。

以上各方案的初步比较见表1，主体船室部分的桩基布置各方案见图1 ～图5。

图1 桩基布置图(方案①)

图2 桩基布置图(方案②)

图3 桩基布置图(方案③)

图4 桩基布置图(方案④)

图5 桩基布置图(方案⑤)

表1 船闸主体桩基础方案比较表

上述方案均满足结构安全要求，但从工程造价、施工工期等方面比较，方案④、方案⑤显然优于其他方案，综合考虑现有的施工现状，实际采用方案⑤，原因如下:

1)本工程地质情况十分复杂，船闸主体的淤泥厚度不均，由7 ～13 m 不等，，因此船闸主体各段存在一定的沉降差。从避免因不均匀沉降拉断止水胶而产生渗透短路，确保防洪安全的角度出发，采用方案⑤比采用方案④更可靠。

2)拟建场地的淤泥含有机质及腐植质，对搅拌桩的早期强度有很大的影响，由于工期所限，基础施工完毕后必须马上进行上部结构施工，如果采用方案④纯搅拌桩方案，由于桩体早期强度不足，其沉降可能大于计算的53 ～69 mm，而采用方案⑤时，垂直荷载主要是由预制桩承受，搅拌桩是在主体结构完成后开始填土才承受水平荷载，一般主体结构工期为3 个月左右，此时搅拌桩强度已经达到设计要求。可见采用方案⑤对整个工程的工期安排比较有利。

4 施工要点及质量保证措施

为确保搅拌桩的桩身强度达到设计要求，选取最佳的施工方案，指挥部在内涌闸首选定3 m×6 m 场地，共布置了三组八条桩，按不同的水泥掺入比，用喷浆法和喷粉法施工，再对每组抽芯进行无侧限抗压试验来检测桩身强度，同时用轻便触探对比检测强度，为现场施工和抽检提供依据。抽芯检测结果表明，采用喷粉法施工桩身平均强度1.44 MPa，效果好于喷浆法(平均强度0.79 MPa)。

基坑开挖成型后，先进行预制管桩的施工，桩端支承在强风化岩层，收锤贯入度在每10 锤20 mm 以内。抽取其中2 条桩进行大应变试验，单桩极限承载力为3825 kN 和3895 kN，满足设计要求。

预制管桩完成后，安排5 台桩机，采用喷粉法工艺，进行搅拌桩施工，现场监测主要由桩机本身的电脑自动记录仪控制喷粉量和下沉上升速度。由于搅拌桩数量较多(3 388 条)，按规定轻触检测数量为2%，即68 条。为此，在征得质监部门同意后，指挥部购买了轻触检测工具，参照试验桩的检测数据以指挥部人员、监理人员现场检测为主，有资质的检测部门抽检为辅，从而节省了检测费用，而且可以根据龄期随时检测，不影响后续施工的进行。搅拌桩的搭接及连续性采用透地雷达检测。实际检测结果均达到设计要求。

5 工程观测

从基础施工完成，闸室底板浇注开始，对建筑物的沉降位移进行了定期的观测，由2000 年5 月～2001 年12 月前后进行了20 次较全面的观测，船闸主体分3 次回填，首次回填5 m 厚填土后，主体建筑物均有不同程度的抬升，最大达到43 mm，最小6 mm，一般在20 ～30 mm 之间，淤泥层越厚，抬升幅度越大，第二第三次回填完成后又逐步下沉，并趋于稳定。最后观测表明:最大的沉降为33 mm，最小为6 mm，一般在10 ～20 mm 之间，各建筑物的分缝沉降差在8 mm 以内，不影响结构及防洪的安全，满足设计要求。

6 结语

对于深厚的淤泥基础，采用端承桩时，若水工建筑物两侧填土较高，则存在两个问题:①填土侧压力可能会破坏一般的刚性桩;②由于基础以上的荷载由桩承担，直接传递到下部岩层，底板与基础土层接触面上有可能出现“脱空”现象，在渗流的作用下，造成接触冲刷，从而危及建筑物的防洪安全。采用本文的方法，利用预制管桩承受垂直荷载，密排搅拌桩承受软土侧压力，既可保护管桩的安全，又可起到截渗、防止基础土层脱空的作用。太平船闸工程后，又经过江边水闸、凰岗水闸的实践，证明该方法是可行的，可以在类似地质条件的水利工程中应用。

［1］林宗元.岩土工程治理手册［M］. 北京:中国建筑工业出版社，2007.

［2］陆培炎. 横向荷载作用下桩、土共同作用的简化法［J］.广东水电科技，1990(1).

［3］曾国熙.地基处理手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.