水泥搅拌桩在某水闸软土地基工程中的应用

 【摘 要】水泥搅拌桩是一种常见的地基处理方法，对软弱基础的加固可以取得很好的加固效果，在水利工程中应用广泛。结合工程实例详细介绍了利用水泥搅拌桩加固水闸软土地基工程。 

　　【关键词】水泥搅拌桩；水闸；软土地基；防渗；沉降 

　　引言 

　　水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。由于其具有工程运用范围广，施工工期短且成本低，施工机械化程度高的特点，故在水利工程中得了广泛的推广应用。 

　　1 工程概况 

　　本水闸主要功能是防洪、挡潮、排涝，解决本地区威胁最大的洪、潮和内涝等灾害，并担负灌溉及连接两岸交通等作用。该水闸为Ⅰ等工程，闸室和外江翼墙等建筑物级别为1级，内河翼墙建筑物级别按3级考虑。设计排涝标准采用 20年一遇 24小时暴雨，1天排干不成灾。闸址区地震动峰值加速度0.10 g，相当于地震基本烈度Ⅶ度，需要进行抗震计算。 

　　本水闸为原地拆除旧闸重建，新闸轴线距外江约40m。闸室为3孔，净孔总宽度为16m，中孔宽度8m，两边孔宽度各为 4m。闸室总宽度为 20.0m，闸长为16.5m。水闸底板高程-2.50 m。工作门选用直升平面钢闸门门型。交通桥宽为8m， 桥面高程为4.90m。闸外江侧消力池长为8.0m，池深 0.5m；内、外侧海漫段长度分别为 10.0 m、18.0m；内、外侧防冲槽宽均为6.0m。闸址基岩埋深在35m 左右，基岩为白垩系（K）砂砾岩。基岩上第四系属海相冲积成因，为淤泥、淤泥质黏土、黏土、粉质黏土、粉细砂、中砂等。 闸址场 

　　地表层软弱淤泥层很厚，力学性质差，易产生触变现象，抗滑、抗冲、抗震稳定性差，地基承载力差，作为本工程堤岸的持力层需先进行地基加固处理。 

　　2 闸室结构设计 

　　2.1 结构布置 

　　闸室采用钢筋混凝土整体坞型结构，长16.5m，宽 20.0m，中墩、边墩厚均1.0m。底板高程-2.50m，底板厚1.0m，闸墩顶高程4.90m。两边孔设置胸墙以降低闸门的高度，胸墙底高程1.5m。闸顶交通桥布置在闸室的内河侧，桥面宽 8.0m。 

　　2.2 相关计算 

　　2.2.1 稳定计算 

　　闸室基础底面高程为-3.50m，根据地质勘察，闸底板座落于淤泥层上，层厚 8.20～13.25 m，承载力建议值仅为40kPa。基础底面与地基土之间的摩擦系数取 0.1。闸室的稳定分析按根据SL 256-2001《水闸设计规范》进行。 

　　2.2.2 沉降计算 

　　闸室沉降只验算闸室地基的最终沉降量。按SL 256-2001《水闸设计规范》进行，地基沉降量修正系数，可采用1.6。地基压缩层计算深度按计算层面处土的附加应力与自重应力之比为 0.1控制。经计算，加固前闸室地基最终沉降量为 67.9 cm，超过规范要求的15cm，需进行地基处理。 

　　2.2.3 防渗计算 

　　闸底板座落于淤泥层上，该土层含较多粉砂薄层，渗透系数为 4.99×10-6cm/s。 根据《水闸设计规范》，需计算最大水头差下的水平段和出口段的渗流坡降。 最大水头差为 3.08 m，闸室长16.5m，底板厚1.0m，下设 1.2m 深、1.0m 厚齿坎。采用改进阻力系数法进行抗渗稳定性验算，经计算，闸基水平段渗流坡降为 0.11，出口段渗流坡降为 0.33。地基为淤泥按软黏土考虑，水平段、出口段规范允许值分别为 0.35 和 0.65，故防渗设计满足要求。 

　　3 地基处理方案 

　　3.1 处理方案比选 

　　根据闸室相关设计计算，闸室基底基础下的淤泥土的地基承载力不能满足规范要求，因此，必须对其地基进行基础处理。基础处理方案有：预应力混凝土管桩+水泥搅拌桩方案（方案一）、全套管灌注桩（方案二）及水泥搅拌桩方案（方案三）。经比较，水泥搅拌桩施工过程比较简单，施工质量易于控制，因此，推荐水泥搅拌桩方案为本工程选定方案。 

　　3.2 搅拌桩布置 

　　根据地质条件和当地已经实施的同类工程经验，初步选用等级为 42.5 级的普通硅酸盐水泥为固化剂，水泥掺量暂定为 15%～20%。初定与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值为1.2MPa。搅拌桩在施工前应进行水泥土试验，以确定合适的相关参数。 

　　水泥搅拌桩采用 600 mm@1200 mm×1000mm，面积置换率为 23.6%，长12m，桩尖高程-15.80m，位于淤泥质黏土中。为增强闸基的抗渗稳定，闸室底板四周布置了 600 mm、长12m 的密排水泥搅拌桩，形成防渗围封体系。经计算，水泥搅拌桩单桩竖向承载力特征值138.3kPa，复合地基承载力特征值 127.5kPa，复合地基沉降值为13.2 cm。 

　　根据工程经验，处理后的闸室基础底面与地基土之间的摩擦系数可达 0.30 以上，取 0.30，则基础处理后闸室稳定分析成果见表1。 

　　根据计算成果，经过水泥搅拌桩处理，闸室相关计算结果能满足规范要求。 

　　4 观测成果及分析 

　　4.1 测点布置 

　　闸室底板上四角各布置沉降测点一只，编号为LD7′、LD8′、LD21′、LD22′，待闸室边墩浇筑到顶部后将底板各沉降测点引测至对应的边墩顶部， 对应编号分别为 LD7、LD8、LD21、LD22。 

　　闸室底板上的沉降测点自底板浇筑完成后开始施测，待上部结构施工完毕后引测至对应闸墩顶部。监测工作持续时间约为1年。 

　　4.2不同阶段测点发生的累计沉降量见表2。 

　　4.3 分析 

　　（1）总体来说，水闸实现通水前后，闸底板各沉降测点沉降较为均匀，不均匀沉降量较小，通水前底板最大不均匀沉降量约23mm，通水后最大不均匀沉降量约25mm；通水后至监测末期，闸底板各测点均有下沉，最大沉降量约 30mm；监测末期，闸底板各沉降测点的最大不均匀沉降量约27mm，底板累计最大沉降量约111mm，发生在LD21。闸室底板累计沉降量及不均匀沉降量满足要求。 

　　（2）监测末期，闸室底板（闸墩）各测点的沉降测值趋于稳定，过程线趋于收敛。 

　　（3）从 2012-04-27～2012-05-13 之间的监测成果来看，闸室底板（闸墩）的差异沉降主要由施工顺序造成，南侧闸室边墩（对应测点 LD21、LD22）较北侧闸室边墩（对应测点 LD7、LD8）先行浇筑完成，在此期间底板发生的最大差异沉降约 28 mm， 底板测点发生的差异沉降主要由此产生。 

　　（4）闸室底板（闸墩）在施工期间的沉降主要由水闸上部结构荷载的施加及墙后填土所致， 在整个水闸施工期间，水闸底板（闸墩）一直因为这些因素在缓慢下沉直至监测末期趋于稳定。 

　　5 结束语 

　　经实践证明，该工程运用水泥土搅拌桩法在水闸基础处理中安全、可靠、经济，施工进度得到了保障，取得了良好的经济和社会效益。同时，经过分析观测成果，建议采取合理的施工措施，闸墩混凝土对称浇筑、填土对称填筑、降低填土速率等，对减少沉降差是有一定作用的，可供类似水利工程参考。 

　　参考文献： 

　　[1]龚晓南.地基处理手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2000. 

　　[2]JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S]. 

　　[3]SL 265-2001，水闸设计规范[S]. 

　　[4]GB 50286-98，堤防工程设计规范[S].