太平船閘深厚淤泥基礎(chǔ)處理

許志發(fā)

(廣東省佛山市南海南源水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，廣東佛山528200)

1 工程概況

南海市太平船閘位于西江樵桑聯(lián)圍太平段，是南海西樵溝通西北江水道的關(guān)鍵工程，船閘通航等級(jí)Ⅴ級(jí)，最大通航船只300 噸級(jí)，閘首凈寬12 m，船室長(zhǎng)85 m，為整體式結(jié)構(gòu)。太平船閘具有外江水位變幅大(－0.2 ～9.01 m)、防洪水頭高(8.41 m)，船閘墩墻高(14 m)等特點(diǎn)。如何處理船閘下部的淤泥，解決軟土在高填土荷載作用下的水平側(cè)壓力是整個(gè)工程的關(guān)鍵。

2 地質(zhì)概況

船閘主體座落在城鎮(zhèn)的一條舊河涌上，由于地質(zhì)情況較為復(fù)雜，前后進(jìn)行了三次勘探。船閘建基面在 －3.6 ～－5.0 m高程之間，建基面以下為:①淤泥，厚7 ～15 m，飽和，流塑，含水量 W=52% ～86%，C =8kPa，φ =5°;②粉質(zhì)粘土，厚 1.3 ～13 m，含水量 W=23% ～40%，C=20kPa，φ =18°;③殘積土，厚0.3 ～4.2 m;④強(qiáng)風(fēng)化巖，厚 5.0 ～9.0 m。

3 基礎(chǔ)處理方案比選

由于太平船閘主體兩側(cè)均是大面積新填土，在原地面填土達(dá)9 ～12 m，填土荷載達(dá)162 ～216 kPa，在如此大的填土荷載作用下，下部淤泥層必然會(huì)產(chǎn)生較大的擠壓，對(duì)船閘主體建筑物的樁基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的水平側(cè)壓力和負(fù)摩擦力［1］，如何解決樁基礎(chǔ)抵抗水平側(cè)壓力是主要矛盾。采用常規(guī)的預(yù)制樁基礎(chǔ)，雖然可以解決垂直荷載問題，但是在本工程淤泥厚度7 ～12.5 m 的條件下，采用橫向荷載作用下樁、土共同作用的簡(jiǎn)化計(jì)算方法［2］計(jì)算:船閘位置的管樁樁身的最大彎矩為 409 ～988 k N·m，遠(yuǎn)大于管樁的抗斷裂彎矩135 k N·m，所以，常規(guī)的預(yù)制管樁方案是不可行的。為此，參考《地基處理手冊(cè)》［3］，設(shè)計(jì)單位經(jīng)過論證，提出如下五個(gè)方案進(jìn)行比較:①在常規(guī)的預(yù)制樁基礎(chǔ)上，在兩邊布置格柵式攪拌樁，每邊寬12 m，用整體格柵攪拌樁抵抗水平側(cè)壓力，主體預(yù)制樁布置不變，用預(yù)制樁承受結(jié)構(gòu)上部垂直荷載。②主體采用格柵式攪拌樁方案，既抵抗水平側(cè)壓力，又承受垂直荷載，填土所產(chǎn)生的軟土水平側(cè)壓力被阻隔在加固區(qū)范圍之外。③在方案②的基礎(chǔ)上主體增加Φ400 管徑預(yù)制樁，用來承受垂直荷載，減少方案②攪拌樁樁身壓縮所產(chǎn)生的沉降。④主體采用排列式攪拌樁墻，既可利用攪拌樁墻的對(duì)撐作用抵抗填土產(chǎn)生的水平側(cè)壓力，又可以直接承受結(jié)構(gòu)上部垂直荷載。⑤在方案④的基礎(chǔ)上，拉開攪拌樁墻的距離，墻中采用Φ500 管徑預(yù)制樁承受上部結(jié)構(gòu)垂直荷載，攪拌樁墻承受填土生成的水平側(cè)壓力，保護(hù)墻中的預(yù)制樁。

以上各方案的初步比較見表1，主體船室部分的樁基布置各方案見圖1 ～圖5。

圖1 樁基布置圖(方案①)

圖2 樁基布置圖(方案②)

圖3 樁基布置圖(方案③)

圖4 樁基布置圖(方案④)

圖5 樁基布置圖(方案⑤)

表1 船閘主體樁基礎(chǔ)方案比較表

上述方案均滿足結(jié)構(gòu)安全要求，但從工程造價(jià)、施工工期等方面比較，方案④、方案⑤顯然優(yōu)于其他方案，綜合考慮現(xiàn)有的施工現(xiàn)狀，實(shí)際采用方案⑤，原因如下:

1)本工程地質(zhì)情況十分復(fù)雜，船閘主體的淤泥厚度不均，由7 ～13 m 不等，，因此船閘主體各段存在一定的沉降差。從避免因不均勻沉降拉斷止水膠而產(chǎn)生滲透短路，確保防洪安全的角度出發(fā)，采用方案⑤比采用方案④更可靠。

2)擬建場(chǎng)地的淤泥含有機(jī)質(zhì)及腐植質(zhì)，對(duì)攪拌樁的早期強(qiáng)度有很大的影響，由于工期所限，基礎(chǔ)施工完畢后必須馬上進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工，如果采用方案④純攪拌樁方案，由于樁體早期強(qiáng)度不足，其沉降可能大于計(jì)算的53 ～69 mm，而采用方案⑤時(shí)，垂直荷載主要是由預(yù)制樁承受，攪拌樁是在主體結(jié)構(gòu)完成后開始填土才承受水平荷載，一般主體結(jié)構(gòu)工期為3 個(gè)月左右，此時(shí)攪拌樁強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？梢姴捎梅桨涪輰?duì)整個(gè)工程的工期安排比較有利。

4 施工要點(diǎn)及質(zhì)量保證措施

為確保攪拌樁的樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，選取最佳的施工方案，指揮部在內(nèi)涌閘首選定3 m×6 m 場(chǎng)地，共布置了三組八條樁，按不同的水泥摻入比，用噴漿法和噴粉法施工，再對(duì)每組抽芯進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)來檢測(cè)樁身強(qiáng)度，同時(shí)用輕便觸探對(duì)比檢測(cè)強(qiáng)度，為現(xiàn)場(chǎng)施工和抽檢提供依據(jù)。抽芯檢測(cè)結(jié)果表明，采用噴粉法施工樁身平均強(qiáng)度1.44 MPa，效果好于噴漿法(平均強(qiáng)度0.79 MPa)。

基坑開挖成型后，先進(jìn)行預(yù)制管樁的施工，樁端支承在強(qiáng)風(fēng)化巖層，收錘貫入度在每10 錘20 mm 以內(nèi)。抽取其中2 條樁進(jìn)行大應(yīng)變?cè)囼?yàn)，單樁極限承載力為3825 kN 和3895 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

預(yù)制管樁完成后，安排5 臺(tái)樁機(jī)，采用噴粉法工藝，進(jìn)行攪拌樁施工，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)主要由樁機(jī)本身的電腦自動(dòng)記錄儀控制噴粉量和下沉上升速度。由于攪拌樁數(shù)量較多(3 388 條)，按規(guī)定輕觸檢測(cè)數(shù)量為2%，即68 條。為此，在征得質(zhì)監(jiān)部門同意后，指揮部購(gòu)買了輕觸檢測(cè)工具，參照試驗(yàn)樁的檢測(cè)數(shù)據(jù)以指揮部人員、監(jiān)理人員現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)為主，有資質(zhì)的檢測(cè)部門抽檢為輔，從而節(jié)省了檢測(cè)費(fèi)用，而且可以根據(jù)齡期隨時(shí)檢測(cè)，不影響后續(xù)施工的進(jìn)行。攪拌樁的搭接及連續(xù)性采用透地雷達(dá)檢測(cè)。實(shí)際檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 工程觀測(cè)

從基礎(chǔ)施工完成，閘室底板澆注開始，對(duì)建筑物的沉降位移進(jìn)行了定期的觀測(cè)，由2000 年5 月～2001 年12 月前后進(jìn)行了20 次較全面的觀測(cè)，船閘主體分3 次回填，首次回填5 m 厚填土后，主體建筑物均有不同程度的抬升，最大達(dá)到43 mm，最小6 mm，一般在20 ～30 mm 之間，淤泥層越厚，抬升幅度越大，第二第三次回填完成后又逐步下沉，并趨于穩(wěn)定。最后觀測(cè)表明:最大的沉降為33 mm，最小為6 mm，一般在10 ～20 mm 之間，各建筑物的分縫沉降差在8 mm 以內(nèi)，不影響結(jié)構(gòu)及防洪的安全，滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于深厚的淤泥基礎(chǔ)，采用端承樁時(shí)，若水工建筑物兩側(cè)填土較高，則存在兩個(gè)問題:①填土側(cè)壓力可能會(huì)破壞一般的剛性樁;②由于基礎(chǔ)以上的荷載由樁承擔(dān)，直接傳遞到下部巖層，底板與基礎(chǔ)土層接觸面上有可能出現(xiàn)“脫空”現(xiàn)象，在滲流的作用下，造成接觸沖刷，從而危及建筑物的防洪安全。采用本文的方法，利用預(yù)制管樁承受垂直荷載，密排攪拌樁承受軟土側(cè)壓力，既可保護(hù)管樁的安全，又可起到截滲、防止基礎(chǔ)土層脫空的作用。太平船閘工程后，又經(jīng)過江邊水閘、凰崗水閘的實(shí)踐，證明該方法是可行的，可以在類似地質(zhì)條件的水利工程中應(yīng)用。

［1］林宗元.巖土工程治理手冊(cè)［M］. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］陸培炎. 橫向荷載作用下樁、土共同作用的簡(jiǎn)化法［J］.廣東水電科技，1990(1).

［3］曾國(guó)熙.地基處理手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.