水闸基础处理方法探讨

羔王兰羔兰三至兰立三蔓至　＝＿　曩　董　一至　誊　Ｉ董　量ｌ　参量　曩　ｉ毒童参蔓　＿　＿　《　蓦　囊　善　ｊｊ　减灾技术　水闸基础处理方法探讨　陈仲策　（广东省水利厅，广州５１０６３５）　摘要：介绍了广东省中粗砂、砂砾层地基和软土地基上水闸的主要基础处理方法，认为振动水冲挤密法对处理　中粗砂、砂砾层地基比较适用；而刚性混凝土桩基础处理软土地基存在水闸底板脱空问题，建议积极推广水泥　搅拌桩复合地基等变形协调性较好的柔性复合地基处理技术。　关键词：透水地基；软土地基；处理方法　１引言　根据水利部的工作安排，从２０１０年起全国将启动大　中型病险水闸除险加固专项计划，其中广东省就有１６６　宗水闸被列入国家专项，加上没有列入专项的水闸，全　省约有４００多宗大中型病险水闸需要进行除险加固。水　闸基础处理方案对水闸的安全具有决定性作用，基础处　理的投资对水闸工程总投资也具有重要影响。就广东省　而言，水闸分布范围广，闸基地质条件各异，其中需要特　别慎重处理的是强透水中粗砂层、砂砾层地基和深厚软　土地基，本文结合十多年来广东省水闸基础处理的经验，　对这两类地基上的水闸基础处理方法进行探讨。　法解决水闸基底的渗透稳定问题，因此，需另外采取防　渗措施。通常可采取水平铺盖或垂直防渗墙，从防渗的　效果来看，垂直防渗墙要好于水平铺盖，近年来广东省　砂基上的大中型水闸多采用垂直防渗墙，防渗墙体采用　混凝土地下连续墙或高压喷射灌浆防渗帷幕，混凝土　连续墙的厚度为０．６～１．０　１ＴＩ，高压摆喷的孔距为　１．５～２．０　１ＴＩ，高压旋喷的桩径为０．６～１．０　ｍ、套孔　０．２～０．３　ｍ；防渗墙的底面穿透透水砂层嵌入相对不透　水层应不小于１．０　ＩＴＩ。布置防渗墙时需要特别注意的　是，要与闸室两侧刺墙相衔接，向两侧延伸适当长度以　防止闸侧绕渗破坏。近年来，广东省已有３座大型水闸、　１０多座中型水闸采用振动水冲挤密结合垂直防渗墙的　地基处理措施，运行中没有出现沉降过大或不均匀沉　降、渗透变形等问题。　广东省茂名市的合江拦河闸，校核过流量为　２强透水中粗砂层、砂砾层地基水闸基础处理　这里所指的中粗砂层、砂砾层地基包括两类，一类　是水闸直接坐落在中粗砂层、砂砾层，另一类是中粗砂　２　８２０　ｍ　／ｓ，为大（２）型水闸，工程布置从左向右分别为　船闸、水闸、水电站，船闸闸首宽８．０ｍ，水闸共１４孔，单　孔净宽１０．５　ｉｎ，水电站装机２４００　ｋＷ。闸轴线土层由冲　积粘土层（分布于江边）、中粗砂层、残积粘土层、弱风　化灰岩组成，其中中粗砂层在闸轴线连续分布，层厚　２．７～１３．３　１７１。采用的基础处理措施是对中粗砂进行振　动水冲挤密，闸基防渗采用高压摆喷防渗墙。工程于　２００５年１０月开工，２００９年４月主体工程完工。工程基础　处理及闸基防渗有关参数如表１所示。　层、砂砾层表面覆盖有厚度不大于３．０　ｍ的软弱土层。　此类地基的主要特点是允许地基承载力略低于设计　承载力要求，抗渗透变形能力较差。对于这种地基的　处理方法可有多种，但从经济上考虑，采用振动水冲　挤密法更合理，对于砂层上覆盖有薄层软弱土层的地　基，可挖除覆盖层，换填中粗砂后进行振动水冲。施工中，　振冲孔添加填料挤扩成桩的桩径一般为０．６～０．８　ｍ，振　冲孔孔距宜采用１．５～２．５ｍ，按梅花形或方格形布置，　孔深根据设计要求和施工　条件确定。振冲孔的添加填　料宜选用有良好级配的砂、　表１工程基础处理及闸基防渗有关参数表　碎石等，碎石的最大直径不　宜大于５　ｃｍ，含泥量不宜大　于５％。　由于振动水冲挤密法无　收稿日期：２０１０—０４—２２　作者简介：陈仲策（１９７３一），男，高级工程师。　２０１０．４中国防汛抗旱５９　：　泛采用混凝土钻孔灌注桩的处理方法。这种基础最大的　３软土地基水闸基础处理　３－１软土地基特性　广东省珠江三角洲和东西两翼沿海地区普遍存在　隐患是较难解决沉降变形协调问题。在软土地区，水闸　沉降量稍大点问题不是很严重，只要建闸时预留足够的　高度，在沉降稳定时闸顶高程满足设计要求就可以了。　最大的问题是变形不协调，包括闸室的不同部分、闸室　与基底、闸室与闸侧回填土的变形协调等，因此，采用　钻孔灌注桩时需要有其他的工程措施配合　所采取的配　淤泥、粉细砂淤泥、淤泥质粘土等软弱土层，其中珠江　三角洲软土地基是全国最软的软土之一，具有厚度大、　含水量高、孔隙率大、承载力低、压缩量大等特点，含水　量一般达到６０％～１００％，孔隙率一般大于１．５，软土厚　合措施包括：（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）闸底板预留灌浆孑Ｌ定期灌浆，　度一般为ｌ０～４０ｍ，厚的地方可达到６０ｍ，沉降量可达　填土厚度的３０％，承载力一般为４０～６０　ｋＰａ，而水闸的　基底应力一般为７０～１２０　ｋＰａ左右。同时珠江三角洲和　东西两翼沿海地区大部分位于地震基本烈度７度区，软　土层在地震作用下会出现液化、震陷等问题，因此在水　闸的建设中，需要采用基础处理措施才能满足其承载　力、沉降和抗震等方面的要求。　３．２软土地基水闸基础处理方法　２Ｏ世纪６０、７０年代，珠江三角洲地区为解决洪涝灾　害，结合堤防建设修建了大量水闸，受当时的经济和技　术条件限制，所建水闸大部分只进行了简单的地基处　理，如浮运闸、换砂地基、木桩地基等，有的甚至没有进　行地基处理。经过多年运行，水闸普遍存在沉降大、沉　降差大、结构开裂损毁等问题，大部分水闸带病运行，　有些已无法运行。从２０世纪９０年代中期开始，珠江三角　洲地区各市县逐步对病险水闸拆除重建，基础处理的方　法包括刚性混凝土桩（含混凝土钻孔灌注桩、预应力管　桩、预制混凝土方桩等）、水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石　桩（ｃｅｍｅｎｔｆｌｙ－ａｓｈｇｒａｖｅｌ，ＣＦＧ）、复合地基等。　３．２．１刚性混凝土桩基础　刚性混凝土桩基础桩底一般穿透淤泥层置于砂层、　砂卵石层和粘土层等，按端承摩擦桩设计。软土地基经　处理后，承载力可满足要求，沉降量较小，水闸上部结　构安全可满足要求。但存在的主要问题是，由于闸侧回　填土下沉等原因，将会引起闸室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。处理的方法是在闸底板预留灌浆孔，定期进行灌　浆。但这种方式有可能留下长期的隐患，若处理不好，　在洪水期有可能使闸两侧堤防发生管涌甚至溃堤　例如　佛山市樵桑联围的丹灶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，但由于闸侧及　基底发生管涌，使得闸两侧的堤防造成溃堤荡然无存，　给佛山市造成重大财产损失。再如“２００５．６”洪水期间，　江门市的两座小型水闸出现管涌险情，由于发现及时抢　险措施有效，险情被控制，才没有造成大的损失。这两　座水闸同样采用了预应力管桩基础，由于闸室底板脱空　而形成集中渗漏通道。因此，在软土层厚度小于２５　ｍ　时，不宜采用刚性混凝土桩基础。　对于软土层厚度大于２５　ｍ的水闸基础，目前仍广　６０中国防汛抗旱２０＇１０．４　以解决闸底脱空集中渗漏、软土由于地震向外蠕动震陷　等问题；（３）闸室两侧连接堤地基采用水泥搅拌桩复合　地基加固或设置塑料排水板进行堆载预压，（４）连接堤　回填分层铺设土工格栅等，以解决闸侧高回填土引起堤　基沉降造成闸底板脱空问题等。在广东省目前已建成运　行的采用钻孔灌注桩的水闸中，由于配套采用了上述综　合的基础处理措施，在运行中均没有出现安全问题。　３．２．２水泥搅拌桩复合地基　水泥搅拌桩复合地基是一种相对柔性的地基，其作　用机理是通过对软弱土体进行搅拌加固成桩，同时对桩　间土体起约束作用，搅拌桩及桩间土共同作用承担上部　作用力，复合地基承载力可满足设计要求，沉降量和沉　降变形协调性比较理想。　从２０世纪９０年代中期开始，广东省珠江三角洲和　东部沿海地区水利工程中开始应用水泥搅拌桩复合地　基技术，其中珠海市应用最为成功，珠海市软土含水量　一般为６０％～９０％，厚度大于１０ｍ，目前珠海市所有的　水（涵）闸软土地基处理均采用水泥搅拌桩复合地基，　对搅拌桩处理深厚超软地基积累了丰富的经验。珠海市　最早采用水泥搅拌桩复合地基的是位于中珠联围上的　广昌水闸，水闸总净宽２４ｍ，共３孔，水闸地基土层由第　四系和燕山三期侵人花岗岩构成，从上至下为第四系冲　积淤泥层、淤泥质土沉积层、花岗岩风化残积土层及燕　山三期侵入花岗岩。其中淤泥及淤泥质土沉积层厚　２８．２～４０．１　ｍ，天然含水量６１．７％～８７．７％，天然孑Ｌ隙比　１．９６～２．４９，流塑状，属高压缩性土。　广昌水闸设计采用水泥搅拌桩复合地基，桩长１４ｍ，　桩距１．０ｍ，桩径０．５ｍ，同时采用塑料排水板加速软土　排水固结，塑料排水板插深１８　ｍ，问距１．０　ｍ。在水泥搅　拌桩及塑料排水板完工后，１９９８年３月２６日至５月１４日　完成填土堆载预压（填土高度４．０　ｍ），并于１９９９年３月　１７日开始水闸主体工程施工，主体工程于１９９９年ｌ２月　３１日完工。截至目前，闸室最大沉降值３３．３　ｃｍ，这是由　于软土厚达４０ｍ，浅层１８ｍ地基虽经搅拌桩及塑料排　水板处理，但深部的变形仍较大。闸室相邻桩基的最大　沉降差为１．８　ｃｍ，闸室的梁、柱、板等未发现裂缝、错位　等现象，并且未发现闸底和闸侧出现有害的渗漏。　在广东省多年来应用搅拌桩复合地（下转第７１页）　经验交流／减灾技术　金困难，水管站也千方百计保证不拖欠民工工资过年。　资金管理是施工管理的重要基础，做好这一点，就保证　了不出大问题。　系，堂堂正正管人家，不露“小辫子”给人揪。该水管站　在和施工队交往中，坚持做到了不要他们“拜码头”、不　索贿受贿、不受请吃喝玩乐、不故意刁难。站长和技术　质量标准是工程的生命线。该水管站从以下两方面　严格工程质量标准，一是增大监管力度。要求工程管理　员曾３次雇请施工队的人为自己修缮房屋，所用的材料　费和人工工资一一清付，不沾便宜。如对方拒不收钱，　就送去其家里。水管站的廉洁正派，使施工队的人真心　敬佩。　方大胆参与施工监督管理和工程验收，让施工队接受实　实在在的群众监督；二是水管站的技术人员在施工中勤　检查，多指导，严要求，一丝不苟，凡不符合要求的都必　须返工。　仙溪镇水管站组织水利工程施工队的成功经验，最　根本的一条，就是要努力实践党的“三个代表”重要思　（３）人性化管理，以身作则。若要严格管理别人，必　想，全心全意为人民服务，为人民办实事，让人民得实　先严正自身，使相互之间建立和保持一种纯正的工作关　惠。　（上接第６０页）基技术的过程中，逐步对搅拌桩的设计　桩复合地基以往用于非淤泥地基处理比较成功，但对于　进行了完善。目前搅拌桩一般采用连体格栅状布置，闸室　含水量大于６０％的超软地基是否适用，还有待于进一步　底板四周围封，桩体直径０．５～０．６ｍ，桩距０．４～０．５　ｍ　的研究和实践。　（套孔０．１　ｍ），排距２．５～４．０ｍ，这种布置型式可对桩　问体进行围封，防止软土蠕变向闸室底板外流出，可提　４结语　高桩间土体的强度，同时可防止震陷。当软土层厚度小　从广东省十多年来水闸基础处理的实践经验来看，　于２５　ｍ时，搅拌桩可穿透软土层进入持力层，水闸的最　强透水中粗砂层、砂砾层地基处理较为简单，且多采用　终沉降量将小于１０　ｃｍ；当软土层厚度大于２５　ｍ时，可　振动水冲挤密法。而深厚超软地基处理较为困难，复合　按悬挂桩设计，但水闸最终沉降量会大一些，需要采取　地基处理软土地基技术费用低，适应变形能力好，不易　辅助措施，同时设计时闸顶高程需要预留足够的高度。　留下安全隐患，应积极发展。对于厚度大于２５ｍ的深厚　搅拌桩的布置要向闸两侧延伸１０～３０ｍ作为过渡段，　超软地基的处理，还应继续加强研究，发展新的处理技　以减少闸侧填土与闸室问的沉降差。当软土层有机质含　术。　量较大时，搅拌桩成桩质量可能不好，需进行必要的试　综上所述，水闸基础处理方案对水闸的安全具有决　验，以确定其适用性。由于搅拌桩是一种变形协调能力　定性作用，因此建议今后系统地总结广东省乃至全国各　较好的柔性复合地基，目前广东省采用此技术建成并投　地软土地基处理的成功经验和失败教训，编写相应的技　入使用的数十座涵闸，均运行正常，未发现闸底和闸侧　术规程规范，形成技术指导性文件，以便更好的解决软　出现有害的渗漏。　土地基水闸基础处理问题，确保水利工程的安全运行。　３．２．３　ＣＦＧ桩复合地基　ＣＦＧ桩身强度低于刚性混凝土桩、高于水泥搅拌　参考文献　桩，属于刚性桩复合地基，其变形协调性要优于刚性混　【１】江苏省水利勘测设计研究院．水闸设计规范（ＳＬ２６５—２００１）　凝土桩基础、但不如水泥搅拌桩复合地基，桩底一般置　［ｓ］．２００１．　于可靠持力层，处理后地基承载力大、水闸沉降量小，　［２］杨光华，涂金良，乔有梁，等．珠江三角洲软土地基上涵闸基　其造价低于混凝土钻孔灌注桩、高于水泥搅拌桩，一般　础处理的现状及对策Ⅱ】．广东水利水电，２００８，（８）：６７—６８．　用于处理地基承载力要求较高的地基。近年来广东省北　［３】陈仲策，陈文思．水泥搅拌桩在深厚淤泥地基处理中的应　江大堤西南水闸等一些水闸，软基采用了ＣＦＧ桩复合　用分析Ｕ１．湖南水利水电，２００５，（４）：３８—３９．　地基，但由于使用时间短，其效果如何尚待评价。ＣＦＧ　２０１０．４中国防汛抗旱７１