软土地基水闸与海堤连接段地基处理探析

□刘 慧

对于跨已建海堤软土地基建设的水闸、泵站等水利工程，由于闸和堤荷载相差悬殊、地基处理方式的不同以及软土地基地质条件复杂等特性，闸和海堤连接段之间往往会产生较大的沉降差异，影响建筑物的结构安全及其效益的发挥。因此，在工程设计、施工过程中对水闸闸堤连接段的地基采取合理有效的处理措施来调节平衡闸堤连接段之间的不均匀沉降，是避免产生类似危害的有效方法。

1.闸堤连接段不均匀沉降产生的原因及危害

沿海地区海堤工程一般都是软土地基基础，且以深厚的软黏性土为主，这类土的特点是强度低、压缩性高、含水量大且透水性差，往往会造成地基承载力较低，稳定性不能满足设计要求。在上部建筑物的作用下，地基土通常会产生较大的沉降和沉降差，对上部结构的安全和正常使用造成不利的影响。目前海堤地基基础处理方式主要有塑料插板排水固结法、镇压层法、爆炸挤淤置换法、土工织物加筋等。而对于建立在深厚软土地基上的水闸工程，设计过程中为满足地基承载力要求，减少沉降量及沉降差，水闸基础普遍采用沉降相对较小的长桩基础进行处理。这就导致了水闸近似于刚性基础，基底承载力较大，沉降量较小；另一方面，海堤是柔性基础，地基承载力较小，沉降期较长且工后沉降较大，再加上作用在海堤跟水闸上的荷载同样存在较大差异，均会使得水闸与海堤将会产生较大的沉降差。当不均匀沉降过大时，主要危害表现为在水闸底板内引起较大的应力，甚至会产生裂缝，影响闸门启闭，甚至将会造成闸堤连接段出现错位，产生空箱开裂、倾斜，导致止水破坏，防渗失效等，不仅影响建筑物的正常运行，同时也会水闸与海堤自身安全及其效益的发挥产生不利影响。实际工程中为了调节平衡水闸和海堤之间的不均匀沉降差异，通常采用设置连接段作为过渡段的方法，以保证水闸和海堤结构安全及其效益的发挥。

图1 桩网复合地基示意图

2.连接段不均匀沉降常用的工程处理措施

水闸与海堤两者之间不均匀沉降导致这样的结果，由于水闸和海堤各自的结构特性等原因决定了其各自的自己处理方式，因而不能从改变某一方的地基处理方式来解决问题。既然两者之间存在着较大的沉降差，所以可以考虑将这个沉降差进行平缓的过渡，可以把闸堤连接处的海堤设计为一个过渡段，再通过对这一过渡段进行特殊的地基处理，使其能够让闸堤之间的沉降差均匀过渡。对连接段地基进行加固处理，是工程中应用最为广泛也最为有效的方式。闸和海堤连接段之间的差异沉降控制问题，可以用超载预压排水、桩基础、堆载预压排水固结法、复合地基加固技术等软基处理方法进行有效的加固处理。

3.梅山水道项目工程案例简介

梅山水道项目位于我国东南沿海宁波市北仑区，工程计划建设南北两条海堤，同时为满足工程区排涝等需求，南北堤各需设置1座水闸。工程全线建在深厚的软土地基上，浅部为I1淤泥，表层性质很差，下伏II层淤泥质土，土质较差，软土总厚度达。III层缺失，IV1层为含黏性土砾砂局部分布，性质不稳定；IV2层黏土为下伏软弱层，仅局部地段分布；VI1层为含黏性土角砾，密实状，性质好，VI2层含砾砂粉质黏土为硬塑状，性质好。VI1层及VI2层，密实状，性质好，为较理想的桩基持力层。

工程海堤段地基处理采用的塑料排水板方案，排水板成正方形布置，打设深度20m，板间距1.3m。水闸从增强地基承载力及控制沉降的角度出发，采用水泥搅拌桩处理闸基基础，搅拌桩采用梅花形布置，桩径70cm，布桩间距1m。水闸与海堤连接段基础处理宽度主要根据连接段处海堤的堤顶宽度确定，处理长度即研究的沉降值过渡长度。为达到闸堤连接段处理的效果，本着保护水闸闸体安全的前提，保证闸堤连接段近闸侧沉降控制10cm以下，过渡至围堰处大致为40cm以内。工程设计提出两种地基加固方案：一种是长短桩来协调堤闸连接段沉降过渡，采用8排41.5m、7排31.5m的钻孔灌注桩，桩径为800mm，桩间距2.4m，桩顶采用两层土工格栅+碎石垫层组成褥垫层，形成桩网复合地基，以有效的减小地基的沉降。见图1。

图2 预压排水加固软基示意图

另一种是对连接段采用超载预压的方式进行加固处理，利用排水板作为地基的竖向排水体，通过改善原有软土地基中的排水条件，并进行堆载预压或超载预压，加速地基排水固结，使地基的大部分沉降在施工期完成，以减少工后沉降。见图2。

通过分析，连接段采用的长短桩渐变方案，连接段近水闸侧及近海堤侧工后沉降量满足设计要求。对连接段采用技术较为成熟的桩网复合地基处理法，通过改变桩的长度，大大减小了闸和海堤连接段之间的沉降差异，能够实现水闸到海堤较为平缓均匀的过渡，使连接段具有一定协调不均匀沉降的作用；连接段采用超载预压排水方案，连接段、在前期堆载及预压过程中，沉降速率较大，沉降量也较大，通过满24个月的堆载预压，预压基准期末平均固结度达到97.3%，之后的沉降速率非常小，可以认为达到平衡。连接段近水闸侧及近海堤侧工后沉降量同样能够满足设计要求，实现水闸到海堤较为平缓均匀的过渡，也有较强的适用性。

4.两种地基处理方案对比分析

工程技术方面：桩网复合地基处理技术通过碎石垫层与土工格栅之间的相互作用，增加桩土荷载的分担比，充分调动桩、网、土三者的潜力，具有工期短、稳定性高等多方面的优势，并能够有效的减小了桩间土的沉降作用，桩网复合地基处理技术较适用于天然软土地基上快速修筑路堤或堤坝类建筑物。而塑料排水板超载预压法排水法具有施工简单、技术可靠成熟的优点，在国内外深厚软土地基处理工程中应用十分广泛，而且拥有具有丰富经验的施工队伍。在连接段地基处理中，超载预压方案处理也可控制连接段工后沉降在规范允许范围之内，比如上海洋山港东海大桥连接段海堤工程也为港区集疏运通道，建成运行之后工后沉降控制在了10cm以内，预压排水同样能够满足工程要求。

施工进度及工程造价方面：桩网复合地基施工进度优势明显，排水板预压排水方案由于工序多，加载需要有间歇期且需要加长的加载期，进度相对较慢。工程造价方面，塑料排水超载预压法插板法工程造价小，桩网复合地基加固方法造价较排水板高出近2倍。

5.结论

工程建设中为了调节平衡水闸和海堤之间的不均匀沉降差异，一方面需要加强地质勘测，准确掌握地基的地质条件，以便选择合理的地基加固处理方式以提高连接段地基的稳定性，减小连接段地基沉降量；另一方面，设计过程中，采用更为有利的海堤断面型式、选用轻质的堤身填筑材料等方式以减小作用在海堤基础上的荷载，从而减小海堤连接段的沉降量。目前控制水闸与海堤之间不均匀沉降差的主要方式主要还是通过对连接段的深厚软土地基采取有效的工程处理措施，以提高连接段地基的稳定性和承载力。同时，需综合考虑工期需要、技术要求、建筑物安全及投资等众多因素，通过比较工法各种利弊影响确定最优的工程处理措施，以保证建筑物自身结构的安全和效益的充分发挥。