水泥攪拌樁在水閘軟基處理中的應用

東莞市水利勘測設計院有限公司 廣東東莞 523000

摘要：水泥攪拌樁是水閘工程軟基處理最為常用的方法之一，具有施工速度快、施工方便、工后沉降小等諸多優點。本文主要針對水泥攪拌樁在水閘處理中的應用展開了探討，結合了具體的工程實例，對閘室結構設計和地基處理方案作了詳細的闡述，并系統分析了觀測成果，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

關鍵詞：水泥攪拌樁；水閘；軟基處理

所謂水泥攪拌樁，是屬于復合地基處理方法中較常用的一種，是通過專用攪拌設備，將固化劑與地基土就地強制攪拌后，并在一定的時間通過水泥水化物與地基土間一系列的化學物理作用，從而形成有一定強度的水泥土固結體。而水泥攪拌樁在軟土地基的處理中有著極大的幫助，特別是在水閘軟基處理中。基于此，本文就水泥攪拌樁在水閘處理中的應用進行了探討，相信對水閘軟基的處理有一定的幫助。

1工程簡介

某水閘主要功能是防洪、擋潮、排澇，解決本地區威脅最大的洪、潮和內澇等災害，并擔負灌溉及連接兩岸交通等作用。該水閘是在原來的水閘上重建，新閘軸線距外江約28m。閘址基巖埋深在33m左右，基巖為白堊系（K）砂礫巖。基巖上第四系屬海相沖積成因，為淤泥、淤泥質黏土、黏土、粉質黏土、粉細砂、中砂等。閘長為16.5m。水閘底板高程-2.50m。工作門選用直升平面鋼閘門。交通橋寬為8m，橋面高程為4.90m。閘外江側消力池長為8.0m，池深0.5m；內、外側海漫段長度分別為10.0m、18.0m；內、外側防沖槽寬均為6.0m。閘址場地的表層淤泥層很厚，抗滑、沖、震的穩定性差，地基的承載力差，作為本工程堤岸的持力層需先進行地基加固處理。

2閘室結構設計

2.1結構布置

閘室采用鋼筋混凝土整體塢型結構，長16.5m，寬20.0m，中墩、邊墩厚均1.0m。底板高程-2.50m，底板厚1.0m，閘墩頂高程4.90m。兩邊孔設置胸墻以降低閘門的高度，胸墻底高程1.5m。閘頂交通橋布置在閘室的內河側，橋面寬8.0m。

2.2相關計算

2.2.1穩定計算

閘室基礎底面高程為-3.50m，根據地質勘察，閘底板座落于淤泥層上，層厚8.20～13.25m，承載力建議值僅為40kPa。基礎底面與地基土之間的摩擦系數取0.1。閘室的穩定分析按根據SL256-2001《水閘設計規范》進行。閘室各工況穩定計算結果見表1。

表1閘室穩定、應力計算結果

計算結果表明，閘室地基承載力、抗滑穩定均不滿足要求，檢修1、檢修2工況地基應力不均勻系數也不滿足要求，因此需進行地基加固處理。

2.2.2沉降計算

閘室沉降只驗算閘室地基的最終沉降量。按SL256-2001《水閘設計規范》進行，地基沉降量修正系數，可采用1.6。地基壓縮層計算深度按計算層面處土的附加應力與自重應力之比為0.1控制。經計算，加固前閘室地基最終沉降量為67.9cm，超過規范要求的15cm，需進行地基處理。

2.2.3防滲計算

閘底板座落于淤泥層上，該土層含較多粉砂薄層，滲透系數為4.99×10-6cm/s。根據《水閘設計規范》，需計算最大水頭差下的水平段和出口段的滲流坡降。最大水頭差為3.08m，閘室長16.5m，底板厚1.0m，下設1.2m深、1.0m厚齒坎。采用改進阻力系數法進行抗滲穩定性驗算，經計算，閘基水平段滲流坡降為0.11，出口段滲流坡降為0.33。地基為淤泥按軟黏土考慮，水平段、出口段規范允許值分別為0.35和0.65，故防滲設計滿足要求。

3地基處理方案

3.1處理方案比選

根據閘室相關設計計算，閘室基底基礎下的淤泥土的地基承載力不能滿足規范要求，因此，必須對其地基進行基礎處理。基礎處理方案有：預應力混凝土管樁+水泥攪拌樁方案（方案一）、全套管灌注樁（方案二）及水泥攪拌樁方案（方案三）。各方案優缺點見表2。

表2閘室地基處理方案優缺點比較

經比較，水泥攪拌樁施工過程比較簡單，施工質量易于控制，因此，推薦水泥攪拌樁方案為本工程選定方案。

3.2攪拌樁布置

根據地質條件和當地已經實施的同類工程經驗，初步選用等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥為固化劑，水泥摻量暫定為15%～20%。初定與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊，在標準養護條件下90d齡期的立方體抗壓強度平均值為1.2MPa。

攪拌樁在施工前應進行水泥土試驗，以確定合適的相關參數。水泥攪拌樁采用準600mm@1200mm×1000mm，面積置換率為23.6%，長12m，樁尖高程-15.80m，位于淤泥質黏土中。為增強閘基的抗滲穩定，閘室底板四周布置了準600mm、長12m的密排水泥攪拌樁，形成防滲圍封體系。

經計算，水泥攪拌樁單樁豎向承載力特征值138.3kPa，復合地基承載力特征值127.5kPa，復合地基沉降值為13.2cm。

根據工程經驗，處理后的閘室基礎底面與地基土之間的摩擦系數可達0.30以上，取0.30，則基礎處理后閘室穩定分析成果見表3。

根據計算成果，經過水泥攪拌樁處理，閘室相關計算結果能滿足規范要求。

4觀測成果及分析

4.1測點布置

閘室底板上四角各布置沉降測點一只，編號為LD7′、LD8′、LD21′、LD22′，待閘室邊墩澆筑到頂部后將底板各沉降測點引測至對應的邊墩頂部，對應編號分別為LD7、LD8、LD21、LD22。

表3閘室穩定計算結果

閘室底板上的沉降測點自底板澆筑完成后開始施測，待上部結構施工完畢后引測至對應閘墩頂部。監測工作持續時間約為1年。

4.2觀測成果

閘室段測點沉降量過程線見圖1（2007-07-02，將底板的沉降引測至對應邊墩頂部；2007-10-10，水閘實現通水），不同階段測點發生的累計沉降量見表4。

4.3分析

（1）總體來說，水閘實現通水前后，閘底板各沉降測點沉降較為均勻，不均勻沉降量較小，通水前底板最大不均勻沉降量約23mm，通水后最大不均勻沉降量約25mm；通水后至監測末期，閘底板各測點均有下沉，最大沉降量約30mm；監測末期，閘底板各沉降測點的最大不均勻沉降量約27mm，底板累計最大沉降量約111mm，發生在LD21。閘室底板累計沉降量及不均勻沉降量滿足要求。

（2）監測末期，閘室底板（閘墩）各測點的沉降測值趨于穩定，過程線趨于收斂。

（3）從2007-04-27～2007-05-13之間的監測成果來看，閘室底板（閘墩）的差異沉降主要由施工順序造成，南側閘室邊墩（對應測點LD21、LD22）較北側閘室邊墩（對應測點LD7、LD8）先行澆筑完成，在此期間底板發生的最大差異沉降約28mm，底板測點發生的差異沉降主要由此產生。

（4）閘室底板（閘墩）在施工期間的沉降主要由水閘上部結構荷載的施加及墻后填土所致，在整個水閘施工期間，水閘底板（閘墩）一直因為這些因素在緩慢下沉直至監測末期趨于穩定。

5結語

綜上所述，水泥攪拌樁是加固處理軟基的方法之一，其具有施工機械輕便，工程造價相對低廉，施工間歇期短等優點，在水閘軟基的處理中有著廣泛應用。因此，我們必須要在施工過程中緊把質量關，并隨時檢查施工記錄，還要驗收水泥土攪拌樁的質量，以此保證施工質量，穩固水閘軟基處理的進行。

參考文獻：

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