東江水源保護一期工程節制閘擋土墻基礎處理方案優化

梁國安

(東莞市運河治理中心，廣東 東莞 523000)

多數水利工程建設涉及水下施工且需兼顧河道行洪度汛，因此工程主體一般只能選擇在非汛期施工，施工工期往往是“錯過一時，則錯過一年”。水利工程基礎處理是工程施工的一個重要環節，是水利工程建設基礎的基礎，選擇的基礎處理方案能否符合工程實際將直接關系到工程的施工主工期、工程投資及安全。石馬河河口東江水源保護一期工程由于地理位置特殊，使得工程不僅施工場地狹窄，工作面無法全面鋪開，更有著比一般水利工程更為嚴格的工期限制。工程原施工圖設計中采用水泥粉煤灰碎石樁(CFG)對節制閘擋墻基礎進行處理，由于CFG樁施工檢測、工藝的特殊性，導致工程工期難以保證，對工程實施造成極大的工期以及安全風險，需結合實際情況進行優化[1]。

1 工程概況

石馬河河口東江水源保護一期工程地處石馬河河口水利工程綜合樞紐，概算總投資2.24億元，為Ⅱ等大(2)型工程，涉及三個主要水工建筑，需分三個枯水期實施。第一枯水期建設任務為修建橫跨石馬河的8孔×10m攔河節制閘，通過石馬河河口橡膠壩及舊調污箱涵實現第一期施工導流。工程實施過程中需破除東莞大堤(廣東省十大重點堤防之一)及惠州潼湖大堤，將導致兩大重要堤防直接暴露而失去原防洪功能，施工過程中如遇超標洪水，處理不當將可能導致東莞市及惠州市受淹，存在較大的防洪風險。因此工程時間緊、任務重，施工難度極大。

2 節制閘擋土墻基礎處理方案分析

2.1 原基礎處理方案

工程原施工圖設計中，考慮到節制閘左右岸擋土墻基礎為中粗砂層，局部夾泥質粉砂層，淺層承載力特征值160-180kP，深層承載力特征值230-250kP，無法滿足地基承載力要求，采用水泥粉煤灰碎石樁(CFG)進行復合地基處理。CFG樁是由粉煤灰、石屑、碎石、砂摻加水和水泥，使用成樁機器加工而成的具有一定硬度的可變強度樁。工程原設計CFG樁單樁樁徑500mm，單樁豎向承載力≥550kN，樁間距1.2m×1.2m至1.5m×1.5m，設計節制閘兩側擋墻共需施工CFG 樁共592根(圖1、圖2)，總樁長7173m。

圖1 節制閘左岸擋墻CFG樁縱剖面圖

圖2 節制閘左岸擋墻CFG樁平面布置圖

2.2 存在問題

工程采用CFG樁進行節制閘擋墻基礎處理，存在極大的工程延誤風險、防洪風險以及較大的施工難度。

1)工程工期緊張：

工程第一枯水期須于當年10月15日至來年4月15日完成節制閘10m以下高程施工內容(閘底板高程0.5m)并恢復已破除的東莞大堤和潼湖大堤堤身，整個施工工期僅6個月。并且由于橡膠壩擋水標準低，根據往年經驗，施工期間存在多次過水的可能。兩岸大堤破除后，在擋墻基礎施工時，如遇石馬河超標洪水導致橡膠壩過流，將對兩岸大堤造成極大的破壞，從而嚴重威脅到東莞及惠州兩市人民生命財產安全，因此節制閘擋墻施工工期極為緊張。

2)CFG樁施工時間長：

根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ797-2012)規定，施工單位在CFG樁施工前，須對原地基的地質情況進行復勘。進行CFG樁試驗時，要對整個試驗過程的數據及參數做詳細的記錄，并提交試驗成果報告。經復核，如采用CFG樁進行地基處理，施工工期為：試樁5d、驗樁28d、出試驗報告7d，共40d；40d后施工單位開始正式施工，受施工場地限制，在全力投入的情況下成樁約需20d，28d后方可驗樁；驗樁時間約30d，出試驗成果報告7d。施工總工期需約120d。CFG樁過長的施工工期將致使工程存在極大的工期延誤風險及防洪風險及，根本無法滿足工程要求[2]。

3)CFG樁施工難度大：

根據設計要求，CFG樁施工需將基礎面開挖至最低約-4.0m標高并采用機械挖孔后再行成樁。在實際施工過程中，當東莞大堤一側(左岸)開挖至1.0-2.0m標高時，砂層基礎中多處出現管涌及流沙現象，基礎地下水位較高，在此地質情況下，成孔難度大，施工質量難以保證。

3 基礎處理方案優化

考慮CFG樁在本工程中的工期延誤風險、防洪風險以及實施難度，經驗算，結合現場實際情況，可采用直徑500mm(型號PHC-500AB100-C80)預應力管樁(PHC)代替原水泥粉煤灰碎石樁(CFG)對節制閘基礎進行處理。PHC管樁單樁承載力高、制作工藝相對成熟、不僅施工方便并且可縮短施工周期。

3.1 復核地基承載力驗算

按《復核地基技術規范》GB/T50783-2012計算復合地基承載力，計算公式如下：

復核地基承載力特征值：

fspk=βpmRa/Ap+βs(1-m)fsk

(1)

樁體豎向抗壓承載力特征值：

(2)

樁身承載力：

Ra=ηfcuAp

(3)

結合地勘報告中地質參數計算復合地基承載力，與初步設計、原施工圖設計擋墻穩定應力進行對比，成果見表1。

表1 計算成果對比表

從結果上看，預應力管樁(PHC)復合地基承載力特征值滿足設計要求。采用預應力管樁(PHC)復合地基，在其它結構形式不變時，擋墻抗滑抗傾及抗浮安全系數均滿足規范設計要求[3]。

3.2 施工難度對比

預應力管樁(PHC)采用靜壓樁機將成品預應力管樁直接壓入地基基礎中，免去了在飽水砂基地層中挖孔，工藝相對簡單，施工難度較CFG樁大大低。

3.3 施工時間對比

該型號預應力管樁(PHC)單樁豎向承載力設計值為3579kN，較原CFG樁有了較大提升，PHC樁復合地基承載力比原CFG樁復合地基承載力高，PHC樁間距放寬至2m×1.9m至2.5m×2.5m，樁量由原592根大幅減少至278根，見圖3。采用PHC樁，左右岸擋墻兩個工作面同時施工，每天安排1班作業的情況下，30d即可完成樁身施工，復核地基承載力試驗僅需15d，工程總工期僅45d，施工工期大大縮減，并且，如增加作業臺班，工期還可以進一步壓縮。采用PHC樁方案，工程施工工期能得到有力保障，防洪風險大大降低。

圖3 節制閘左岸擋墻PHC樁平面布置圖

3.4 投資預算對比

由于PHC樁單樁樁長與CFG樁基本一致，在施工樁量大幅減少的情況下，總樁長由原7173m大幅減少至4016m。雖然PHC樁綜合單價高于CFG樁，但由于總工程量的減少，變更后PHC樁直接投資從原CFG樁的約90萬元增加至約100萬元，增加投資僅10萬，所增加的投資極為有限，但由此所節省的人工、時間及風險成本則極為可觀。

4 優化結果

經論證分析，將原設計CFG樁復合地基改為PHC管樁復合地基，復核地基承載力能滿足設計要求。優化后，在成本增加極為有限的情況下，工程施工難度大大降低，工期縮短約75d，施工主工期得到有力保障，防洪風險大大降低。

5 結 語

工程地處石馬河河口水利工程綜合樞紐中，施工過程中需兼顧石馬河行洪度汛，第一枯水期施工需破除東莞大堤及潼湖大堤兩大重要堤防，工程工期緊張，防洪風險高。優化后的節制閘擋墻基礎處理方案在增加投資極為有限的情況下，大大節省了施工工期，更降低了施工難度及防洪風險。在節制閘施工過程中的次年1月，石馬河在非汛期遭遇了一次較大的超標洪水，盡管上游采取了群閘聯控等一切手段及措施，但石馬河水位仍超過了橡膠壩的最大攔截水位，橡膠壩在溢流后被迫塌壩。此時距離節制閘基礎處理完成并回填僅十余天，如果當初未能果斷采取優化措施，兩岸大堤將有可能遭受嚴重破壞并出現險情，損失將難以估計。得益于基礎處理方案的優化，如今節制閘圓滿完工，見圖4。

圖4 石馬河河口節制閘現狀圖