復雜地質條件下閘基處理方案

沈家法，湯璐

復雜地質條件下閘基處理方案

沈家法，湯璐

（長江勘測規劃設計研究有限責任公司上海分公司，上海 200439）

水閘被廣泛應用在水利工程中，地質條件是水閘建設成敗的一項重要因素，地質條件的千差萬別決定了水閘地基處理的復雜多樣。闡述了水閘復雜地基處理的工程應用實例，為不同地質條件下閘基地質問題的處理提供參考。

水閘；地基處理；復雜地質；閘基處理方案

1 前言

水閘在水利工程中有著廣泛的應用，地質條件是水閘建設成敗的一項重要因素，地質條件的千差萬別決定了水閘地基處理的復雜多樣性。水閘地基問題主要分為承載力不足問題和滲漏問題。承載力不足即軟土地基問題常用的處理方法有墊層法、沉井基礎、深層攪拌法、高壓噴射注漿法、剛性樁基礎等；滲漏問題常用的處理方法有增加防滲長度和增設防滲墻等。根據水閘地基的特點，并結合不同受力條件，遵循安全、經濟、合理的原則，通過對地質條件深入分析，經多方案比較最終選定其中一種或多種方式組合的處理方案。本文通過對某水閘復雜地基處理的工程應用實例闡述，為不同地質條件下閘基地質問題處理方案的選定提供參考。

2 工程應用實例

2.1 工程概況

某水閘主要功能是節制支河河水，抬高上游水位，維持湖區生態水位，形成濕地水面；在汛期可以通過調度水閘，攔蓄上游來水，分擔干河洪水，改善區域防洪排澇狀況。根據水閘布置，閘室與船閘下閘首并聯布置。閘室順水流向長15 m，總寬78.9 m，閘孔為7孔，單孔凈寬8 m。根據閘室尺寸結構和受力條件，分為三聯，右岸空箱+船閘下閘首+ 1孔水閘為一聯，中間3孔水閘為一聯，左岸空箱+左側2孔水閘為一聯。

2.2 工程地質

素填土①-2：主要由粉質黏土組成，可塑狀，中等偏高壓縮性土，承載力低，不能作為主要建筑物的基礎持力層，可以作為場內道路路基的基礎持力層。

淤泥②-1：流塑狀態，高壓縮性，地基承載力低，不能作為水閘、翼墻及臨時建筑物的基礎持力層。

淤泥質土②-2：軟塑狀態，主要分布在河床，厚度為4～6 m，層位穩定，高壓縮性，地基承載力低，工程地質條件差，不能直接作為水閘、翼墻及臨時建筑物的基礎持力層。

砂礫石層③-5：稍密狀，含卵石，屬低壓縮性土，承載力較高，工程性能較好，可作水閘、翼墻及臨時建筑物的基礎持力層或穩定下臥層。

含礫粉質黏土④-1：硬可塑狀態，含10%～30%卵礫石，屬中等偏低壓縮性土層，承載力高，可作為翼墻、管理房屋的基礎持力層。

強風化礫巖：強度較高，層位較穩定，承載力高，可視為不可壓縮層，可作為水閘、翼墻等主要建筑物的基礎持力層或良好下臥層，但溶洞發育，需注意溶洞對基礎的影響。

中風化礫巖：埋藏較深，視為不可壓縮層，承載力高，可作為水閘、翼墻、消力池等主要建筑物的基礎持力層或穩定下臥層，但屬于可溶巖，局部發育溶洞。作為樁基持力層時，需注意溶洞對其的不利影響，樁端應穿過溶洞進入穩定地層。

3 存在的主要工程地質問題

3.1 軟土地基不均勻變形問題

河床上部為沖湖積淤泥、淤泥質土②-2，厚度為4～6 m，均勻性較差，屬高壓縮性土層，地基承載力低，作為閘基持力層，存在變形與不均勻變形問題。

3.2 滲透及滲透變形問題

河底主要分布著沖湖積淤泥、淤泥質土②-2，局部夾砂層或粉土夾層或透鏡體，水平和垂直滲透性差異較大，水平滲透系數為×10-3～×10-4cm/s，屬于中等透水性，垂直向滲透系數為×10-5～×10-6cm/s，屬弱微透水層。鉆孔揭露，該層在河床中厚度為4～6 m，雖鋪滿整個河床，但水平向屬于中等透水性，且該層具有高壓縮性，易與閘底板脫落。

3.3 巖溶問題

工程區可溶巖主要為白堊系-下第三系淺灰色礫巖，埋藏深度為10～25 m，屬于深覆蓋型巖溶地基。鉆孔揭露溶洞洞徑為1.5～7 m。鉆孔見洞隙率為35%，線巖溶率為7.5%，巖溶中等發育。

從發育層位看，主要發育于強風化地層中，從發育高程看，主要為兩層，上層主要分布在高程2～7 m，下層主要分布在高程﹣6～﹣2 m，鉆孔揭露最深為﹣10.8 m。閘基底板開挖高程15～16.5 m，距離上層溶洞8～9 m（DZK24鉆 孔），初步判斷規模較大的溶洞產生塌落對閘基存在不利 影響。

3.4 基坑涌水問題

河床覆蓋層結構為上部淤泥質土②-2，厚度為4～6 m，局部夾粉細砂或粉土夾層，土層多呈軟塑狀態，水平、垂直滲透性差異較大。而工程區位于橫溝河河道內，地表水豐富，基坑開挖后易沿粉土、粉細砂夾層產生涌水涌砂現象，甚至導致邊坡失穩。

4 地基處理方案選擇

根據建筑物和地基的特點，并結合不同受力條件，遵循安全、經濟、合理原則，對建筑物結構類型和地質條件進行綜合分析，對地基處理的設計方案進行比較。

軟土地基常用的處理方法有墊層法、沉井基礎、深層攪拌法、高壓噴射注漿法、剛性樁基礎等。

墊層法：挖除淺部軟弱土層，填以抗剪強度高、壓縮性低的天然或人工材料形成墊層，以提高地基承載力、減小沉降量，適用于厚度不大的軟土地基，墊層厚度不超過4 m。本水閘閘室底板底高程為15.00 m，其下淤泥層仍有3 m左右厚，雖可以挖除換填，但淤泥層以下為砂礫石層，不滿足閘基滲流穩定要求，仍需進一步采取防滲處理措施；另一方面，閘基以下淤泥為軟塑，流動性較大，不易挖除，且土方量較大，本設計方案不推薦采用此類處理方式。

沉井基礎：沉井基礎是在閘室設計底板底面高程上先進行分節澆筑，然后挖去井內的土方，借井體自重克服井壁摩阻力下沉，因此沉井澆筑高度應根據地基土質條件和要求控制的下沉速度等因素確定。沉井基礎除與樁基礎作用相同外，對防止地基滲透變形有利，但施工麻煩，且投資較大，該處理方式適用于深厚軟弱基礎，且開挖施工困難的工程，施工工藝復雜，不均勻沉降控制困難，本工程基底軟弱層厚度不大，且閘門型式同步要求高，對閘基沉降要求較為嚴格，因此，該方案在本工程中不具備優勢，不推薦采用。

深層攪拌法：是用于加固飽和軟土地基的一種方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理、化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質復合地基。采用該法加固地基可提高地基允許承載力，減少地基沉降量，并能提高抗振動液化能力。該法具有投資小、施工進度快、振動小、無噪聲和基本無污染等優點，但攪拌樁基本不能承受水平力，并且對施工設計及質量要求較高。該方法較適用于淤泥質土、黏土及粉質黏土等土質。

高壓噴射注漿法：利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至預定土層位置后，用高壓設備使漿液或水以壓力為20 MPa左右的高壓流從噴嘴中噴出，破壞周圍土體，同時鉆桿以一定速度漸漸向上提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土體中形成固結體。近年來，高壓噴射注漿法加固技術發展較快，理論加固深度可達30～60 m，該法施工工藝成熟，施工機械較小，在淤泥質土上搭建打樁機械不困難，施工快捷簡單。

剛性樁基礎：剛性樁基礎適用于較深厚的松軟地基，尤其適用于上部為松軟土層、下部為硬土層的地基，可以增加地基承載力，減少沉降量，提高抗滑穩定性。剛性樁基礎是一種成熟的地基處理方法，實踐經驗較多，加固效果較好。剛性樁基礎中預制鋼筋砼方樁、鉆孔灌注樁和PHC管樁為常用樁型。考慮到預制鋼筋砼方樁和PHC管樁的打設機械較大，且樁端插入砂礫石層較難打入，承載水平剪力的能力也不如鉆孔灌注樁，因此，選用鉆孔灌注樁作為承載力樁較為合理。

綜上所述，本設計方案選擇深層攪拌樁和鉆孔灌注樁。閘室上游側設置鉆孔咬合樁進行防滲，樁徑Φ1 000 mm，樁間距為800 mm，樁間咬合200 mm，樁長約10 m。鉆孔咬合樁后側增設φ700@500雙軸攪拌樁聯排樁，聯合布置，以增強防滲效果。同時為減少投資、滿足地基承載力要求，閘室底部格柵式布置φ700@500雙軸攪拌樁，順水流向間距4.4 m，垂直水流向間距4.7 m，每個格柵孔中心增加一根雙軸攪拌樁。閘底板下部局部樁基布置如圖1所示。鉆孔咬合樁施工順序如圖2所示。

圖1 閘底板下部局部樁基布置圖

圖2 鉆孔咬合樁施工順序示意圖

5 結論與建議

目前本水閘已建設完成，運行狀況良好。工程實踐證明，將深層攪拌樁和鉆孔灌注樁兩種處理方法相互結合，可以發揮各自優勢，有效節約工程投資。用鉆孔咬合樁進行防滲，同時解決砂礫石和巖溶的滲流問題，深層攪拌樁提高了地基承載力，達到了事半功倍的成效。

［1］黃強，劉金礪，高文生，等.JGJ 94—2008建筑樁基技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［2］滕延京，黃熙齡，王曙光，等.GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

2095－6835（2020）10－0147－02

TU753

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.066

沈家法（1984—），男，安徽蚌埠人，工程師。

〔編輯：嚴麗琴〕