边荷载对水闸安全的影响及对策研究

黄岳文,陈小丹

(1.广州市水务工程技术中心， 广州 510640；2.广东省水利水电科学研究院，广州 510635)

1 概述

水闸边荷载是指计算闸段的底板两侧的闸室或边闸墩(岸墙)以及墩(墙)后回填土作用于地基上的荷载[1]。在实际工程中闸体结构施工完成后，对其两岸连接堤采用符合堤防填筑要求的土料直接进行回填，是水闸设计中经济快速的处理方案。显而易见，回填土所形成的边荷载一般大于水闸结构本身所形成的荷载，荷载不均匀，势必会导致沉降不均匀，并使闸底板承受过大的附加应力，严重时会使底板发生断裂。

边荷载对于水闸的影响主要为应力和沉降两方面。在知网上以“水闸边荷载”进行主题检索，仅有31条检索结果，其中大部分是研究边荷载对闸室底板应力的影响，只有6条跟沉降有关。可见边荷载对闸室底板应力的影响研究相对较多，而边荷载对水闸沉降的影响目前研究较少。根据试验研究结果，边荷载对底板应力的影响，主要与地基土质、地基可压缩土层厚度、边荷载大小及其作用位置以及边荷载施加程序等因素有关，情况十分复杂，因此在工程设计中只能作一些原则性的考虑[1]。《水闸设计规范》[2]7.5.5规定：采用弹性地基梁法，当边荷载使底板应力增加时，则全部计及其影响(对于粘性土地基上的老闸加固，边荷载的影响可适当减小)；当边荷载使底板应力减少时，粘性土地基不考虑其影响，砂性土地基仅考虑50%。计算采用的边荷载作用范围可根据基坑开挖及墙后土料回填的实际情况研究确定，通常可采用弹性地基梁长度的1倍或可压缩层厚度的1.2倍。对于边荷载引起的不均匀沉降问题，《水闸设计规范》没有相应的规定，但《建筑地基基础设计规范》[3]5.3.9规定：当存在相邻荷载时，应计算相邻荷载引起的地基变形，其值可按应力叠加原理，采用角点法计算。

在实际工程中由于水闸边荷载对于高压缩性地基沉降的影响常被设计者忽视，以致工程建成后出现岸墙的沉降大于闸室、边孔闸室的沉降大于中孔、闸室的沉降大于上下游护坦等差异沉降现象。不均匀沉降产生的结构缺陷主要表现在以下几个方面：① 闸室缝墩张开，与上游防渗板和下游护坦的接缝错动，导致止水片断裂失效; ② 闸室倾斜，导致闸门封水不密而漏水，阻力增加，闸门启闭不灵活。对于弧形闸门尤为不利，支座铰轴磨损，支臂的次应力增加，甚至扭曲;③ 闸室的梁、板构件(包括胸墙、桥梁、底板等)由于支座的相对变位(相邻闸墩的沉降差)而出现裂缝;④ 上游防渗板和下游护坦因闸室和翼墙的沉降影响而开裂(由于护坦的强度设计未考虑边荷载的影响及配筋不足而引起,这种裂缝的延伸一般平行于闸室或翼墙的边缘线);⑤ 边墙在墙后填土作用下，常常由于墙后的地基沉降大于墙前，不仅不前倾，反而后仰,这种由于边荷载所造成的工程缺陷在很多已建的水闸均有不同程度的体现。因此,有必要对边荷载特别是闸室两侧连接堤对水闸安全的影响进行研究，分析原因，提出有针对性的对策。

2 水闸不均匀沉降原因分析

基础沉降有均匀沉降和不均匀沉降(差异沉降)两类，一般均匀沉降对建筑物的危害不大，而不均匀沉降对建筑物有较大危害，导致建筑物产生裂缝、倾斜，严重时会危及其安全。影响水闸不均匀沉降的主要因素是地基土质和边荷载。

2.1 地基土质的影响

影响水闸不均匀沉降的地质因素主要包括地基可压缩土层的均匀性、厚度和压缩模量(压缩系数)。在闸址选择时设计者会尽量避开那些明显不均匀的地基。但天然地基的形态是复杂多变的，即使地层性质相同，但在微观上如含水量、密实度、孔隙比等往往是不均匀的，由此产生的不均匀沉降是在所难免的。此外，地基可压缩土层厚度越大，水闸总体沉降量越大，差异沉降也将随之增大。当地基压缩模量很大时(如坚硬粘土、密实砂土等)，在荷载作用下的沉降量很小，边荷载对水闸不均匀沉降的影响也很小，一般不会导致水闸造成缺陷或隐患。对于一般的土质地基，由于两岸连接堤对地基土的作用荷载大于水闸结构对地基土的荷载，连接堤的沉降量明显大于闸室。当地基土为软粘土，连接堤填土高度较大时，地基土可能发生往水闸底板中间的塑性流动。据乔万霞等[4]介绍，皖河闸在边荷载作用下闸室建成初期不沉降反而上升，后期才逐渐沉降，10 a后仍没有沉降到原位，在此期间水闸上部结构不断出现裂缝。

2.2 边荷载的影响

相邻荷载产生附加应力扩散时，产生应力叠加，将引起地基的附加沉降。对于不均匀沉降的发生，通常人们对地基土质因素较为关注，而对边荷载的影响则有所忽视。例如，闸室两侧连接堤对地基土的作用荷载大于闸室，闸室的荷载大于上、下游护坦，相互间必然产生不均匀沉降，但却常常被忽视而造成过大的不均匀沉降而引起水闸缺陷。在连接堤荷载作用下，闸室两端将产生附加沉降，在边墩与堤接触面最大，向底板中间点逐渐变小，边墩有向外变形的趋势。由此导致底板应力调整，中部弯矩增大，从而产生裂缝，高连全[5]介绍的水闸底板裂缝原因大多如此。罗居剑[6]分析了某水闸变形的原因，发现岸边超载是是导致闸门无法正常启闭的主要原因。交通桥与闸墩整体浇筑可增加水闸整体性，改善水闸底板应力，此时交通桥受水平拉力，设计考虑不周容易出现裂缝。

王满兴等[7]采用有限元计算边荷载对某水闸地基沉降、边墩位移和填土土压力的影响，发现在不施加边荷载的情况下，地基基本上均匀沉降；施加边荷载后，受边荷载作用的影响，沉降分布变为边墩处最大，底板中间部位最小；边荷载所引起的闸底板地基沉降两端大、中间小，边孔不均匀沉降差较大；虽然受到土压力作用，边墩仍然发生了向填土侧的倾斜。显然，边荷载越大，作用位置越近，地基越软弱，则影响越大。

3 降低边荷载不利影响的工程措施及存在的问题

工程设计常用的降低边荷载不利影响的工程措施主要是对地基进行处理提高地基强度以减小沉降量和使闸室段对地基的荷载与两侧边荷载相差尽量小(对边荷载进行减载)。

3.1 地基处理考虑不周导致水闸存在安全隐患

在软土地基上建闸，通常会对地基土进行处理。早期的水闸建设受到当时经济技术水平的限制，地基处理主要是采用浮运闸、换砂垫层和木桩基础等技术；而且往往仅重视水闸本身的地基处理，对水闸与堤防之间连接段的地基处理重视不够，在闸两侧填土荷载作用下会产生较大的沉降，对水闸产生不利影响，从而引起各种安全隐患。烧香河北闸位于连云港市板桥镇烧香河入海口，旧闸1973年建成，为7孔，每孔净宽为6 m，底板为3块分缝钢筋混凝土平底板，厚为 1.7 m。基础为2.5 m厚的换填砂，其下为14 m厚的淤泥。水闸两侧填土高度超过8 m，建成后不均匀沉降一直持续，影响水闸的正常运行。1979年采取闸室两侧做引桥减载，沉降速度有所减缓；1992年进行第2次减载，不均匀沉降仍继续发展[8]。到2003年旧闸拆除重建时两边孔闸门槽倾斜15°，闸门已无法关闭到位[9]。

梁民阳等[10]针对浙东海塘1 261座水闸安全普查成果，分析了241座闸(其中3类167座、4类74座)的病害成因，认为深厚软基是造成水闸病害的主要原因。其中因地基处理设计不到位，导致闸室及上部建筑倾斜或结构变形过大不能正常使用的(4类闸)有17座，占病险水闸的7%；闸室或上部结构开裂产生破坏但还能使用的(3类闸)有41座，占病险水闸的17%。还有34座水闸地基产生渗透破坏，占病险水闸的14%，其中部分闸堤交接处或闸室与上下游连接段基础不均匀沉降过大导致刺墙断裂或止水拉裂，出现闸基渗透或侧向绕渗破坏，表现为内河侧渗流出逸处有浑水出现，闸两侧堤身出现跌窝等。

随着我国社会经济条件逐渐得到改善，软土地基水闸多采用桩基础处理，桩基础在提高地基承载力、减少沉降量方面作用显著，但在实践中也发现桩基水闸存在一些问题。

3.2 桩基水闸可能出现的问题

3.2.1桩基础水闸容易出现底板脱空现象

软土桩基施工会引起超孔隙水压力。当超孔隙水压力消散，土层将产生再固结，有效应力增加，产生新的地面沉降，容易出现桩基底板脱空产生渗流破坏等工程事故。李向阳[11]介绍了珠三角地区某挡潮闸管涌事故：水闸和翼墙均采用Ф500 mm管桩基础，桩底入风化岩1 m；根据水闸管涌出现位置可估计水闸底板及翼墙与地基土层间出现淘空区,并形成渗漏通道；探地雷达检测也揭示闸底板和翼墙与基础接触面均出现脱空现象。

桩基水闸两岸连接堤多采用搅拌桩或塑料排水板处理基础，这就导致连接段一侧的水闸是刚性基础，地基承载力较大，沉降量较小；堤防一侧是柔性基础，地基承载力较小，工后沉降量较大且沉降期较长，二者产生较大的沉降差。此时，桩基水闸除了地基土固结沉降可能导致底板脱空外，在水闸两侧回填土边荷载作用下，下部软土层将发生较大沉降，带动临近底板基土一起下沉，将会引起闸室边墩基底软土层沉降与闸底板脱空，在闸底形成集中渗漏通道，给水闸留下安全隐患[12]。例如佛山市樵桑联围的丹灶镇荷村水闸采用的是预制管桩，在广东省“1998.6”洪水期间，水闸屹立未倒，但由于水闸两侧及基底发生管涌，导致水闸两侧堤防溃堤[13]，决口总长93 m，造成 153 km2面积受淹，直接经济损失23.1亿元。再如广东省“2005.6”洪水期间，江门市两座同样采用管桩基础的小型水闸，由于闸室底板脱空形成集中渗漏通道出现管涌险情，因发现及时和抢险措施有效，才没有造成大的损失[13]。

3.2.2摩擦桩基础对负摩阻力估计不足导致不均匀沉降

理论上采用摩擦桩基础使桩间软土始终处于受压状态，可防止桩基底板与固结后的软土脱开形成渗漏通道。但对于桩底持力层不是基岩的摩擦桩，当桩穿越软弱土层进入相对较硬土层时，在边荷载作用下将导致桩周土固结沉降；在桩周土层产生的沉降超过桩的沉降引起桩侧负摩阻力时，桩身承载力将降低，而桩身承载力的降低将导致出现较大的桩基沉降。

山东黄河打渔张引黄新闸于1981年修建于老闸下游44 m处，设计为开敞式水闸，共6孔，每孔净宽为 6 m，为了减少填土边荷载的不利影响，在闸室两侧设空箱岸墙(宽8.15 m)和减载孔(宽6.8 m)，总宽为 71.9 m，水闸底板、空箱岸墙和减载孔刺墙下布设桩径0.85 m的灌注桩，平均桩长为13.8 m，最长为20 m。地基土层从上往下依次为：厚10～13 m的软塑状砂壤土；厚1～3.4 m的中等压缩性粘土；厚1～2.6 m的壤土；厚3.4～4.4 m的粉砂；厚2.2～4.4 m的粉质壤土；未揭穿的砂壤土。到2008年6月水闸累计沉降量为：右岸刺墙427 mm，岸墙232 mm；左岸刺墙422 mm，岸墙330 mm；沉降值由中间向两侧逐渐增大；沿水流方向的沉降量上游比下游大；最小沉降值225 mm位于闸室中间闸墩下游测点。因不均匀沉降过大引起上下游止水破坏，该闸2009年安全鉴定为四类闸，需拆除重建。杜瑞香等[14]对该闸桩基沉降原因进行分析，认为是边荷载作用产生桩侧负摩阻力，引起桩基较大沉降。打渔张引黄新闸两岸新建大堤及坝头填土高10.0～16.5 m，设计虽然采取了空箱岸墙和减载孔等减载措施，但由于减载范围较小(相对于新填土高度和面积而言)，桩基设计没有考虑桩侧负摩阻力影响，桩长偏短。

3.2.3填土侧压力使桩基受弯破坏

桩的垂直向承载力比较大，而受弯承载力则较差。特别是在软土地区，由于软土的侧压力系数很大，因开挖或回填土对桩产生的侧压力很大，容易出现桩受侧向力弯曲破坏的情况。桩基础涵闸在两侧填土时，填土下软土会对涵闸桩基产生较大的侧压力，也可能使桩基受弯折断。1985年10月，4孔总宽为16 m的广东北江大堤刘寨水闸在旧闸上游约70 m处重建，采用Ф480 mm锤击沉管灌注桩基础，建基面以下分别为约4 m淤泥质壤土、5 m淤泥质中细砂、6 m淤泥质壤土、砂卵石层和全风化砂岩，桩支承于砂卵石层。1986年3月中旬新堤填土高约15 m时，发现箱涵结构缝错动和基础不均匀沉降，各节箱涵出现横向和纵向裂缝[15]。分析认为，在两侧近15 m的填土荷载作用下，挤压地基软土产生的侧向压力将基桩挤断，造成水闸沉降事故[16]。

3.3 空箱岸墙地基不均匀沉降

空箱岸墙作为闸堤连接段地基的过渡结构，可减小作用在水闸边墩上的土压力；根据地基特性，在空箱中充水或填土来调整地基应力，使其基底的平均荷载强度尽可能接近闸室基底的平均荷载强度，可减少不均匀沉降。关淑萍等[17]基于三维有限元分析软件ANSYS，建立了考虑闸室、岸墙、地基相互作用的三维有限元整体模型，分别对岸墙为空箱结构和水泥土结构两种不同方案的框架式闸室结构进行了计算分析研究后，认为空箱岸墙方案在闸室和回填荷载之间有空箱作为过渡段，使边荷载对闸室的影响明显改善。王跃武等[18]介绍了空箱岸墙(高10 m)在七和水电站水闸连接段的应用情况；许正松等[19]介绍了空箱岸墙(高17.4 m)在城西湖退水闸的应用情况。据介绍，空箱岸墙在两闸的应用情况良好。

当水闸连接空箱建在土质条件较好的地基上时，确实能达到其减小作用在水闸边墩上的土压力以及抑制水闸与堤防之间不均匀沉降的目的。而对于建在深厚软土地基上的水闸连接空箱则往往会发生倾斜等现象，造成水闸边侧空箱与闸室之间的结构缝较大程度的张开，对水闸外形及水闸止水均造成了不同程度的破坏。这主要是空箱在连接堤填土荷载作用下产生不均匀沉降引起的。据谢志毅等[20]介绍，联胜新碶水闸净宽为20 m ( 5孔× 4 m)，闸室为整体开敞式结构，采用与边墩分离的空箱式岸墙。水闸建在软土地基上，对闸底板、空箱、翼墙、铺盖等均采用Φ800 mm钻孔灌注桩进行基础处理。水闸自2009年8月1日开始施工，两侧海堤也同时施工，至2010年7月1日启闭房开始施工时，空箱岸墙与边墩之间的裂缝顶端已达5 cm，并有增大趋势。水平止水和垂直止水均已拉断，且下游翼墙与边墩接口处渗水。据雷云贵等[21]介绍，广州增城某水闸重建工程，闸室采用换填砂基础处理，闸室两岸设减压箱，新水闸于2001年建成并投入运行，但由于水闸减压箱地基发生不均匀沉降，导致其上部楼梯间结构倾斜拉裂破坏，在减压箱与水闸边墩之间出现漏水通道，影响水闸的正常运行管理。

4 设置搅拌桩隔离墙减小边荷载对水闸工程不利影响

对软土地基上涵闸基础的处理一直是涵闸工程的难题。水闸软基处理不仅是闸基问题，还要考虑闸室与两侧连接堤的整体性及沉降变形的协调和过渡问题。理论上由于两侧连接堤的荷载大于水闸，在采用地基处理方法提高地基土变形模量以减小地基沉降差时连接堤的地基处理要求应高于水闸，或采用深基础将边荷载传递到地基深处。但通常由于节约投资等原因，设计主要对水闸闸室、翼墙等建筑物地基进行处理，甚至采用刚性桩基础以严格控制建筑物沉降量；而闸堤连接段由于处在水闸基础范围以外，设计对其要求有所放松。这就导致水闸沉降量较小，连接堤的沉降量较大，两者存在明显沉降差。从隔离边荷载产生的附加应力的传递和切断地基变形连续性考虑，可在相邻建筑物或建筑物与堆载之间设置隔离结构，阻断附加应力向被影响建筑物的传递，迫使附加应力通过隔离结构传递到下部持力层中，隔断地基土中变形的传递，从而达到降低边荷载对建筑物累积沉降和差异沉降影响的目的。

4.1 隔离墙在高速公路扩建工程中的应用研究

软土地基上的高速公路扩建，新建路堤将以边荷载形式引起已建路堤的附加沉降，与新路堤越近的附加沉降量越大。因此必须对软基进行处理，以避免出现过大的差异沉降导致路面开裂。在新老路堤之间地基设置隔离墙是一种有效的处理方案[22]。为了避免新建路基沉降对运行中的沪宁高速路基产生不良影响，在锡澄高速与沪宁高速拼接段设计中采用高压喷射注浆摆喷形成水泥土隔离墙技术。苏超等[22]对此进行数值分析，分析结果表明：拼接段路堤将使得原有路堤沉降量增大，甚至超过允许工后沉降量；采用水泥土隔离墙可有效减小锡澄高速对沪宁高速的附加沉降量，现场监测表明设计是成功的。

杨涛等[23]的研究表明，隔离墙的设置减小地基土的水平位移和竖向附加应力，具有隔离位移和应力的双重功效；对于直接拓宽路面的高速公路扩建工程的软土地基，在新旧填土之间设置搅拌桩隔离墙，可显著减小新老路基的沉降。章定文等[24]采用二维弹塑性有限单元法分析了采用深层搅拌桩隔离墙处理某绕城公路扩建部分软基的适宜性，分析结果表明深层搅拌桩隔离墙对新老路基的竖向沉降改善作用明显。章定文等[24]还分析了隔离墙刚度和厚度对隔离效果的影响，发现：当墙体弹性模量E较小时，E越大效果越好，但当E达到临界值(100～200 MPa)以后，E继续增大对隔离墙的效果影响不大；隔离墙厚度增大有利于改善隔离效果，但改善幅度不大，而且随着墙体弹性模量E的增大，墙体厚度变化对隔离效果的影响减小。因此建议：综合考虑作用效果和深层搅拌桩施工质量的可行性，认为搅拌桩隔离墙弹性模量以 200 MPa控制为宜；综合考虑作用效果和工程造价等因素，认为在保证墙体刚度前提下，单排搅拌桩隔离墙是合适的。

4.2 深层搅拌桩格栅状布置处理闸基

由前面介绍可知，搅拌桩隔离墙可有效减小边荷载引起的附加沉降。垂直水流方向的搅拌桩隔离墙还具有竖直防渗作用。此外，工程实践表明，深层搅拌桩格栅状布置在抵抗侧向力方面优于柱状布置，而且限制了格栅内淤泥土的侧向挤出，对减少沉降和防止地震液化作用明显。因此，采用深层搅拌桩格栅状布置处理闸基是一种较好的选择。下面介绍深层搅拌桩在广州水闸地基处理中的应用案例。

寡涌旧闸建于2001年，净宽为6 m，闸底设计高程为-2.5 m，采用浮运闸施工方法，基础换填2 m厚中粗砂。2003年12月11日凌晨因蕉前路施工堆载使得水闸发生明显倾斜，影响闸门使用，需重建。寡涌新闸净宽为6 m，闸室长为12 m，设计底高程为-2.0 m，出水通过紧邻的蕉前路箱涵流向蕉门水道。水闸两侧各布置一长10 m、宽6.7 m的减压箱，右侧减压箱兼做控制室用，因内河设计高水位为0.8 m，减压箱底板高程与翼墙顶高程为1.2 m。

地层从上到下依次为：① 淤泥层：流塑状，饱和，平均含水量63.3%，层间夹薄层的中粗砂和贝壳碎屑，层底高程在-17.41～-17.68 m之间；② 中粗砂层：稍密，层间夹少量淤泥和贝壳碎屑，标贯N=4～6击，厚度约为10 m，中间夹一厚0.3～0.4 m的粘土夹层；③ 淤泥层：厚约3 m；④ 粘土层：软塑状，厚约0.5 m；⑤ 中细砂层：稍密～中密，厚约0.4 m；⑥ 全风化花岗岩，厚度4～5 m；⑦ 强风化花岗岩。设计采用搅拌桩处理基础，桩径55 cm，桩底高程为-18.50 m，水泥采用PO42.5R，每延米桩长水泥用量60 kg(水灰比为0.45～0.5)，要求桩身28 d龄期无侧限抗压强度不小于1.0 MPa,水闸和减压箱搅拌桩采用格栅状布置(见图1)。深层搅拌桩格栅状布置有效隔断相临区段因地质差异、淤泥层厚度差异及荷载差异而产生的相互影响，减少了差异沉降；紧邻水闸的蕉前路箱涵由于基础桩被破坏，沉降量明显大于闸室(近4个月的施工期观测发现箱涵临近闸室两测点沉降量分别为429 mm和402 mm，相临两闸室测点沉降量分别为58 mm和62 mm)，但对闸室影响不大，闸室的沉降还是比较均匀[25]。两侧减压箱沉降也比较均匀，水闸从2005年5月完建以来运行良好。

图1 寡涌水闸地基处理设计示意[25](单位：m)

寡涌水闸是广州南沙区第一个采用深层搅拌桩地基处理的水闸工程，此后南沙区的水闸地基处理大多选用搅拌桩。2006年，南沙区万顷沙围重建一批挡潮闸，水闸均设计为3孔，中孔宽为8 m，两边孔宽为 6 m，闸底高程为-2.80 m，中墩厚为1.5 m，边墩厚为1 m，闸室两侧连接堤设计堤顶高程为5.0 m，堤顶路宽为8 m，兼做防汛道路。水闸地基土层为第四系冲淤积层，淤泥及淤泥质粘土层厚度普遍在20 m以上。设计采用桩径550 mm的水泥土搅拌桩进行地基处理。闸室基底四周和中墩下部设置双排水泥搅拌桩，格栅内部的搅拌桩为等边三角形布置，桩距为 1 m。闸室两侧连接堤搅拌桩处理则采用等边三角形散体柱状布置。为了减小连接堤沉降量，设计大多在水闸边墩两侧连接堤设置混凝土减压空箱，但其中十四涌西水闸和十七涌西水闸两侧连接堤采用在混凝土路面下部埋设EPS填料减载[26]。2016年10月11日工程回访，从管理人员处了解到，这一批挡潮闸完工以来，运行良好，没有发现裂缝和渗漏水现象，经受住了0814号强台风“黑格比”高潮位的考验(附近万顷沙西潮位站录得200a一遇潮位2.78 m)。但管理人员也反映，连接堤沉降量较大。从现场可看到连接堤与水闸存在明显沉降差，十七涌西水闸边墩接触面处沉降差达130 mm。这与闸室地基搅拌桩处理采用双排格栅布置连接堤搅拌桩处理则采用等边三角形散体柱状布置，而连接堤荷载大于闸室荷载有关。显然，设计可以通过增加地基处理费用进一步减小连接堤沉降量。

4.3 隔离墙在桩基水闸中的应用

珠三角地区的桩基水闸为了防止底板脱空形成渗漏通道，常用的配套措施有[12]：① 在闸室基底四周设钢板桩或连排水泥搅拌桩等进行围封；② 闸底板预留灌浆孔定期灌浆；③ 闸室两侧连接堤地基进行复合地基加固以提高堤基承载力，减小沉降。在广东省已建成运行的桩基水闸中，配套采用了上述配合措施的水闸到目前为止均没有出现安全问题。

广州南沙区蕉门河蕉东闸桥是水闸与交通桥相结合布置。水闸底高程为-4.0 m，为钢筋混凝土整体式结构，底板厚为2 m，共3孔，中孔与边孔间设缝墩，中孔墩厚为2.1 m，边孔墩厚为2 m，中孔通航孔净宽为 30 m；两边孔净宽各为15 m。上部交通桥，为城市次干道Ⅰ级，桥面为连续箱梁及空心板结构。外江防200年一遇洪潮，水位为2.54 m，外江堤顶高程为4.0 m。根据钻孔揭露，场地第四系覆盖层较厚，上部主要为淤泥、淤泥质中砂层，中部主要为粉质粘土和砂土层、砂质粘性土层等，下部主要为强风化、中风化、微风花岗片麻岩。闸室和桥墩桥台采用灌注桩基础，设计桩径为Φ1200 mm，以强风化层为持力层，平均桩长为37 m。两岸翼墙及两端引道采用水泥搅拌桩基础。为防止底板脱空形成渗漏通道，在闸室基底四周设置双排水泥搅拌桩(桩径Φ550 mm，桩间搭接宽度为10 cm)进行围封；由于担心在边荷载及搅拌桩自重作用下隔离墙与水闸底板脱离，在隔离墙顶部设200 mm混凝土桩帽与水闸底板之间设置止水。为降低边荷载的不利影响，在闸室两侧各设置一跨径为20.23 m的引桥，内河设计高水位为1.0 m，水闸翼墙顶高程设计为1.3 m，因此引桥下均回填至1.3 m高程，此时边墩部分挡土，在桥纵轴线处设置一底板宽3 m墙厚0.5 m垂直于边墩的刺墙以直接挡水。为了减小边荷载对桩基的侧向力，水闸边墩两侧也采用Φ550 mm搅拌桩进行处理，搅拌桩桩正方形布置，间距为1.2 m，底高程均为 -15 m。同时在水闸底板预留灌浆孔。水闸建成10多年来运行良好，从未进行过闸底灌浆，边墩与刺墙和翼墙没有看到明显差异沉降，结构缝间止水带完好。

5 结论与建议

1) 边荷载是影响水闸安全的一个重要因素，但通常设计者只注意到边荷载对闸室底板应力的影响，而忽视其对结构在高压缩性地基沉降的影响，从而给水闸带来安全隐患。

2) 调查发现在深厚软基采用浮运闸、换砂垫层和木桩基础等传统技术无法有效减小边荷载不利影响，是造成水闸病害的主要原因；而在深厚软基水闸采用桩基础则可能出现以下问题：端承桩基础容易出现底板脱空现象，摩擦桩基础可能出现不均匀沉降，填土侧压力可能使桩基受弯破坏。而对于建在深厚软土地基上的水闸连接空箱往往也会发生倾斜等现象。

3) 研究表明搅拌桩隔离墙可有效减小边荷载引起的附加沉降，而隔离墙在高速公路扩建工程中和几个水闸工程的应用也均取得不错的效果，因此建议设计在考虑降低边荷载不利影响的工程措施时要重视搅拌桩隔离墙的作用。