復雜地質千噸級船閘基礎處理方案優化研究及應用

周文鋒

（廣東省水利水電第三工程局有限公司,廣東 東莞 523710）

1 工程概況

某樞紐船閘工程位于廣東省英德市,新建二線船閘尺度為220 m×23 m×4.5 m,工程地質情況復雜,巖溶發育強烈,設計地質勘察鉆孔遇洞率高達80%,項目區屬一級沖積堆積階地,工程區附近的地貌形態為峰林谷地,宏觀上屬于英德巖溶盆地。

以船閘下閘首為例,下閘首結構平面尺寸為52 m×39 m（寬×長）,左、右底板建基面高程為11.52 m,中底板建基面高程為11.52 m/13.67 m。施工圖設計階段共布置6 個勘察孔,施工階段布置9 個超前鉆孔,間距12 m,矩形布置,深度進入建基面后5 m。根據鉆探結果,下閘首地質情況總體上鉆孔基本上都遇到溶洞,部分溶洞底位于建基面附近,部分建基面以下5 m 仍未見巖,地質最差的部位位于左側底板下游側,溶洞有16 m 高,溶洞底-3.35 m。船閘其它部位,總體上,上閘首到5#閘室,溶洞較少,6#閘室到下閘首,巖面較低,溶洞多,地質較差。

2 基礎處理設計方案概況

根據設計圖紙,對于船閘工程基礎處理,主要有三種,其中以沖孔灌注樁基礎為主。

（1）局部地段承載力不滿足要求：換填C20 砼或塊石基礎,提高承載力減少沉降。

（2）局部溶洞溶槽：開挖置換C20 砼塞處理,或預埋灌漿管進行固結灌漿處理,對于深部溶洞,可采用灌漿處理。

（3）大型溶洞且充填物不能滿足承載力要求：直徑1 m沖孔灌注樁,樁距一般在4 m 左右,二線船閘約453 根（不含引航道靠船墩樁基礎）。樁長4 m～29 m 不等,平均樁長在15 m 左右。

3 施工重難點

（1）工程區域地質條件復雜；

（2）灌注樁施工效率低,灌注樁沖巖施工,進尺緩慢,工效很低；

（3）工程為省重點工程,工期緊,任務重,現場施工場地狹窄,無法通過增加樁機數量來縮短施工工期；

（4）在巖溶地層的深基坑底部進行滿鋪沖孔作業,基坑涌水風險非常高,容易對已有構筑物及現有樞紐水下防滲體系造成破壞[1]。一旦發生險情,后果是非常嚴重,將導致整個基坑充水淹沒,項目停工,甚至出現人員傷亡；

（5）基坑長期暴露增加安全風險。船閘基坑開挖深度大,如果由于基礎處理時間過長,造成建基面覆蓋不及時,將大大增加基坑作業安全風險。

4 關鍵技術及解決思路

（1）由于原地勘資料,鉆孔布置間距較大,不能完全揭示船閘地基的地質情況,因此需在船閘工程區域范圍內進行補勘,然后運用理正勘察軟件分析,和原地勘資料進行對比,進一步了解工程地質情況[2]。

（2）通過補勘超前鉆,探明原設計灌注樁處地質情況,探討減少或者取消灌注樁的可能性。

（3）在基坑開挖至保護層時,技術人員和測量人員要及時針對出露巖石進行測量,針對不同部位不同地質情況的基礎處理方案主要有以下幾種：①如單個底板的出露完整巖石面積小于建基面面積的30%（上閘首為40%）時,按設計樁基方案進行施工；②當單個底板的出露完整巖石面積大于建基面面積的30%（上閘首為40%）時,可取消該部位的樁基和固結灌漿：a.若溶槽深度小于2 m,則挖出挖除溶槽填充物,直接回填C20 混凝土；b.若溶槽深度大于2 m,充填物為砂卵石時,采用將溶槽填充物挖深2 m,在溶槽兩側巖面之間頂底面鋪設雙向Ф22@20 cm 鋼筋網（跨過巖面每邊錨固66 cm）,再澆筑C20 素砼；c.若充填物為淤泥時,采用將溶槽填充物挖深2 m,下部采用塊石擠淤,上部采用20 cm 卵石墊層+C20 砼,砼頂面在溶槽兩側巖面之間鋪設雙向Ф22@20 cm 鋼筋網（跨過巖面每邊錨固66 cm）。

5 基礎處理優化說明

5.1 上閘首地基承載力計算

根據設計說明上閘首地基應力計算表（見表1）,二線船閘上閘首在各種工況下地基反力最大為660.23 kPa,上閘首位置灰巖的最大地基允許值為2000 kPa,因此上閘首處如果取消樁基,則上閘首灰巖出露面占整個建基面面積的比例不得小于660.23/2000=0.33,按0.4（>0.33）取值,即上閘首灰巖出露面占整個建基面面積的比例不小于40%,且溶溝溶槽位置不集中,即可取消樁基。

表1 上閘首地基應力計算表

5.2 下閘首地基承載力計算

根據設計說明下閘首地基應力計算表（見表2）,二線船閘下閘首在各種工況下地基反力最大為356.08 kPa,下閘首位置灰巖的最大地基允許值為2000 kPa,因此上閘首處如果取消樁基,則上閘首灰巖出露面占整個建基面面積的比例不得小于356.08/2000=0.18,按0.3（>0.18）取值,即下閘首灰巖出露面占整個建基面面積的比例不小于30%,且溶溝溶槽位置不集中,即可取消樁基。

表2 下閘首地基應力計算表

5.3 閘室地基承載力計算

根據設計說明船閘閘室地基應力計算,二線船閘閘室在各種工況下地基反力最大為246 kPa,二線船閘閘室位置灰巖的最大地基允許值為2200 kPa,因此二線船閘閘室處如果取消樁基,則二線船閘閘室灰巖出露面占整個建基面面積的比例不得小于246/2200=0.11,按0.3（>0.11）取值,即二線船閘閘室灰巖出露面占整個建基面面積的比例不小于30%,且溶溝溶槽位置不集中,即可取消樁基。

6 工程實施情況

6.1 上閘首基礎處理

上閘首開挖后基面100%為中風化灰巖,結合地質剖面圖,建基面以下基本為完整巖石,根據地勘報告中,中風化灰巖地基承載力可達2200 kPa,滿足設計要求,因此上閘首基礎處理為：取消設計灌注樁,改為天然巖石基礎。

6.2 1#、2#閘室基礎處理（取消固結灌漿+回填砼）

1#、2#閘室中底板及右邊墩原基礎處理型式為固結灌漿,開挖后巖石出露面積大于30%,少部分有溶溝溶槽,溶溝溶槽深度小于2 m,因此可以取消原基礎固結灌漿將溶槽中充填物挖除,直接回填C20 混凝土。

6.3 回填+鋪設鋼筋網法基礎處理

4#閘室右、5#閘室中、5#閘室右、7#閘室右、10#閘室左、10#閘室右、11#閘室左基礎處理等幾段結構開挖后巖石出露面積大于30%,少部分有溶溝溶槽,溶溝溶槽深度大于2 m,因此可取消原基礎灌注樁,采用將溶槽填充物挖深2 m,在溶槽兩側巖面之間頂底面鋪設雙向Ф22@20 cm 鋼筋網（跨過巖面每邊錨固66 cm）,再澆筑C20 素砼的方式。

6.4 回填砼法基礎處理

4#閘室中、6#閘室中、6#閘室右、7#閘室中、8#閘室中、8#閘室右、9#閘室中、9#閘室右、10#閘室中、11#閘室中、11#閘室右、12#閘室中、2#閘室右等幾段結構段開挖后巖石出露面積大于30%,少部分有溶溝溶槽,溶溝溶槽深度小于2 m,因此可取消原基礎灌注樁,將溶槽中充填物挖除,直接回填C20 混凝土。

6.5 樁基施工基礎處理

下閘首及12#閘室左右邊墩,通過原地勘及補勘超前鉆成果資料分析得知,下閘首地質情況總體上,左側往右側是從差到好,上游側往下游側是從好到差,鉆孔基本上都遇到溶洞,部分溶洞底位于建基面附近,部分建基面以下5 m 仍未見巖,地質最差的部位位于左側底板下游側,溶洞有16 m高,溶洞底-3.35 m。因此下閘首及12#閘室左邊墩基礎處理仍采用原設計樁基礎。

7 結語

通過基礎處理方案優化后,二線船閘共計減少灌注樁5202.12 m,固結灌漿580 m,增加基礎處理鋼筋61.8 t,增加回填砼1683.2 m3,增加拋石349.05 m3,縮短直線工期約4 個月,在保證基礎處理效果滿足設計和規范要求的情況下,提高了施工效率,在工期、成本、安全等方面具有顯著的社會效益。