水閘軟土地基不均勻沉降實例分析及處理技術

勒浮兵 段 凱

長江勘測規劃設計研究有限責任公司 湖北 武漢 430010

水閘是水工建筑物的重要組成部分之一，其基礎大多數為軟土地基。由于工程地質條件復雜多樣，當施工過程中水閘軟土地基發生不均勻沉降時，一般需要查明該場地的巖土分布和物理力學性質、地基施工質量等，分析各個環節處理方式是否滿足要求，在查明原因后采取有效措施及時處理[1]。

1 工程概況

1.1 設計概況

某水閘主要包括進水口、閘室、連接段、消力池、海漫、防沖槽等，均采用C30鋼筋砼結構。閘室為鋼筋混凝土結構，順水流向長13.00m，寬11.4m，底板頂高程為2.50m；采用1扇鋼閘門控制。

圖1 水閘平面布置圖

1.2 施工過程

1）2021年2月28日完成地基處理。

2）2021年3月26日土方開挖，3月28日閘室澆筑底板。

3）2021年4月16日，底板高程復測結果如下：底板設計高程2.50m，底板四個角實測值分別為：2.38m、2.36m、2.44m、2.43m。相對于底板原設計2.50m高程，底板四個角沉降值為6cm～14cm，最大沉降量為14cm。

2 地質勘察

在勘察深度內所揭露的土層，自上而下分為 4 個層次，各土層自上而下描述如下:

①層素填土 (Q4ml)：松散，灰色，主要為粉質黏土。

②-2 層淤泥質粉質粘土(Q4l)：灰色，弱透水，軟-流塑，高壓縮性，欠固結。韌性及干強度低，場區普遍分布。

②-3 層粉質粘土(Q4al)：灰褐色，弱透水，軟塑，高壓縮性，局部分布，正常固結。韌性及干強度低。該層土擾動后對強度影響很大，不適宜作為軟地基處理的持力層[2]。

②-5 層粉細砂(Q4al)：青灰色。層厚大，含黏粒及粉粒，飽水，中等透水性，分選性好，級配不良，廣泛分布，連續，均勻。地基土可靠的樁端持力層。

圖2 水閘地層剖面圖

3 鉆孔取芯

2021年5月6日～2021年5月13日，對水閘樁基進行取芯。取芯結果表明:

（1）樁基頂部0～0.5m范圍內存在淤泥質粉質粘土。

（2）樁基底部以粉細砂夾雜粉質黏土、淤泥質粉質黏土為主。

（3）樁基強度滿足設計要求，樁身完整，均勻性良好。

圖3 取芯照片

4 原因分析

根據取芯情況，引起本次沉降的主要原因為樁頂0～0.5m范圍內存在淤泥質粉質粘土。閘室底板在澆筑后，淤泥質粉質粘土在加載的情況下段時間內出現較大沉降量，隨著時間推移，沉降量逐漸收斂。

5 處理方案

5.1 補樁

根據水閘現狀實際情況，結合沉降觀測結果，在水閘閘室邊線外側各2m范圍內增設高壓旋噴樁。內排高壓旋噴樁樁徑為0.6m，間距0.4m，樁長14.0m[3]。外排高壓旋噴樁樁徑為0.6m，間距1.0m，樁長14.0m。增設高噴樁平面布置圖所示如下：

圖4 補樁平面布置圖

5.2 注漿加固

注漿材料采用水泥水玻璃雙漿液，水灰比1.0的水泥漿配合25%的水玻璃（水和水玻璃體積比3:1），水泥采用42.5級水泥。壓密注漿深度14m,壓密注漿孔間距2m。注漿孔平面布置如下圖所示：

圖5 注漿孔平面布置圖

5.3 堆載預壓

鑒于高噴樁樁頂與水閘基礎之間存在淤泥質粉質粘土層，在閘底板采用堆載預壓法以消除先期沉降。加載重量取閘室使用期荷載的1.2倍，包括閘室自重，設備荷載等，約520t。加載分3期進行，每期173t，加載過程中加強監測。

6 沉降觀測

水閘共布設6處豎向位移監測點，垂直位移監測開始監測時間為2021年4月16日，監測頻率為每天一次。監測期間累計沉降數據最大值為下沉47.75mm（J1點），發生日期為2021年5月15日；單日最大沉降量7mm（J1點）,發生在監測初期2021年4月16日；單日最大抬升量10.85mm（J1點）,發生在基礎灌漿初期2021年5月16日。截止到2021年7月30日，垂直位移變化較平穩，未發現異常，與監測初期2021年4月16日相比，2021年8月2日，監測點最大沉降最大沉降2mm(J1點)，最大抬升量11mm(J6點)。

圖5 水閘沉降時間曲線圖

表1 水閘沉降監測表

加固處理后2021年5月15日～2021年5月25日, 底板基礎注漿時間 單日最大沉降量（抬升量） 累計最大沉降量（抬升量）2021年5月15日～2021年5月25日 因基礎注漿,單日最大抬升量10.85mm（J1點） 因基礎注漿,累計最大抬升量89mm（J1點）2021年5月25日～2021年6月7日 單日最大沉降量3mm（J1點） 累計最大沉降量20mm（J1點）2021年6月7日一期加載時間 單日最大沉降量 累計最大沉降量2021年6月7日 6mm（J1點） -2021年6月8日～2021年6月12日 1mm（J1點） 7mm（J1點）2021年6月12日二期加載時間 單日最大沉降量 累計最大沉降量2021年6月12日 0.5mm （J1點） -2021年6月13日～2021年7月3日 0.5mm（J5點） 9mm（J5點）2021年7月3日三期加載時間 單日最大沉降量 累計最大沉降量2021年7月3日三期加載 1mm （J1點） -2021年7月4日～2021年7月16日 2.33mm（J2點） 5mm（J5點）-2021年7月17～7月20日卸載時間 單日最大抬升量 累計最大抬升量2021年7月17日 抬升1.54mm（J4點） -2021年7月18日 抬升1.43mm（J4點） -2021年7月19日 抬升4.09mm（J6點） -2021年7月20日 抬升0.78mm（J6點） -2021年7月21日～2021年8月2日 抬升0.78mm（J6點） 抬升1.2mm

7 結語

軟土地基不均勻沉降是水工建筑物常見的不良地質危害，對水閘軟土地基沉降的防治，需通過科學的試驗方法觀測沉降幅度，分析建設區域地基特征。根據不同特征選用注漿加固、堆載預壓等措施提升基礎承載力，做好技術交底及質量監管，做到事中控制、事后跟蹤。對于軟土地基，設計滿足要求情況下，施工過程中嚴抓質量控制，是防治水閘軟土地基不均勻沉降的根本方法。