真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法在溫州市某軟基水閘中的應(yīng)用

袁文喜，羅日方昕，曾　甄

(浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，浙江　杭州　310002)

?

真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法在溫州市某軟基水閘中的應(yīng)用

袁文喜，羅日方昕，曾甄

(浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，浙江杭州310002)

摘要：濱海軟基水閘地基土性質(zhì)較差，多數(shù)進(jìn)行樁基處理以解決地基承載力和沉降問題，以往常采用改變樁基直徑、樁長和樁間距來調(diào)節(jié)復(fù)合樁基的剛度來解決上述問題。將結(jié)合工程實(shí)踐，探索通過真空堆載聯(lián)合預(yù)壓方式改變地基土自身的物理力學(xué)性質(zhì)以提高復(fù)合地基強(qiáng)度，減少樁基投資，節(jié)省造價(jià)。

關(guān)鍵詞：軟基水閘；樁基承載力；差異沉降；真空堆載聯(lián)合預(yù)壓

1問題的提出

由于濱海水閘均為軟弱地基，含水率高，壓縮變形大，物理力學(xué)指標(biāo)較差，因此要進(jìn)行樁基處理，主要由樁來承擔(dān)豎向力與水平力，樁基占據(jù)整個(gè)水閘工程較大的投資。除此之外，水閘經(jīng)樁基處理后沉降很小，而海堤沉降較大，因此就存在海堤和水閘等交叉建筑物的差異沉降問題。連接段海堤沉降容易引起水閘滲水、漏水，在使用上甚至安全上出現(xiàn)了一些問題。以往常采用改變樁基[1]和調(diào)節(jié)復(fù)合地基的剛度來解決上述問題，但投資較大，且在軟弱地基較深厚的情況下差異沉降仍較明顯。本文將探索從改善軟弱地基土自身的性質(zhì)出發(fā)，結(jié)合具體工程介紹真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法在軟基水閘中的應(yīng)用。

2工程概況

溫州某濱海軟基水閘防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，3級(jí)建筑物。閘外海側(cè)50 a一遇設(shè)計(jì)高潮位5.23 m，大潮平均高潮位3.34 m，閘內(nèi)常水位2.50 m。

水閘閘室采用箱涵式，緊挨堤頂外側(cè)布置。閘室垂直水流方向?qū)?4.8 m，順?biāo)鞣较蜷L10.0 m，閘室孔口凈寬42.0 m(7孔×6.0 m)，排澇流量498 m3/s，閘底檻高程-2.00 m；閘室兩側(cè)設(shè)檢修門門庫、防汛值班室等，其下設(shè)C30鋼筋混凝土空箱基礎(chǔ)，空箱寬10.0 m，長14.0 m。為便于交通，在閘涵上游側(cè)設(shè)20.0 m寬的箱涵交通橋。水閘上下游翼墻均為鋼筋混凝土空箱式翼墻。水閘平面布置見圖1。

3水閘真空堆載聯(lián)合預(yù)壓

閘室箱涵、閘室兩側(cè)空箱、交通橋箱涵及上下游空箱式翼墻基礎(chǔ)均采用C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。為改善地基土性質(zhì)，優(yōu)化樁基，并減小水閘打樁后與兩側(cè)海堤之間的沉降位移差，對(duì)閘室范圍及前后左右進(jìn)行真空堆載聯(lián)合預(yù)壓處理。

真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法[2]，是將真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法整合并同時(shí)進(jìn)行。真空預(yù)壓期間，受真空預(yù)壓荷載的影響，加固土體產(chǎn)生側(cè)向收縮變形；而在堆載預(yù)壓期間，土體受堆載影響，加固土體產(chǎn)生側(cè)向擠出變形。上述兩種變形在施工過程中可相互抵消，從而可使地基處理的預(yù)壓速度加快，且地基在預(yù)壓過程中不會(huì)產(chǎn)生變形失穩(wěn)。

3.1水閘真空堆載聯(lián)合預(yù)壓的布置

為對(duì)比研究真空堆載聯(lián)合預(yù)壓的效果，將水閘基礎(chǔ)分為A、B、C三個(gè)區(qū)。分別為A區(qū)：真空—低壓堆載區(qū)(堆載總厚2.00 m)，處理范圍為上下游樁號(hào)閘0-067.8 m～閘0+050.0 m，順?biāo)鞣较蜷L度117.8 m；左右岸閘中心線兩側(cè)各19.4 m，總面積4 647.04 m2。B區(qū)：不處理區(qū)，扣除圍區(qū)側(cè)左側(cè)翼墻處長寬各為15.0 m的范圍，總面積225 m2，不做任何處理，用以對(duì)比真空堆載聯(lián)合預(yù)壓處理效果。C區(qū)：真空—高壓堆載區(qū)(堆載總厚4.50 m)，順?biāo)鞣较蛲珹區(qū)，長117.8 m，垂直水流方向?yàn)锳區(qū)邊界外各向左右45.0 m，總面積10 058 m2。A區(qū)排水插板深15.00 m，B區(qū)不打設(shè)排水插板，C區(qū)排水插板深27.00 m。由于在-4.00～-6.00 m范圍內(nèi)有夾砂層，滲透系數(shù)較大，為防止真空預(yù)壓漏氣，在真空堆載聯(lián)合預(yù)壓范圍外3.0 m打設(shè)一周雙排水泥攪拌樁進(jìn)行密封閉氣，樁徑60 cm，樁中心距50 cm，樁長7.00 m。真空堆載聯(lián)合預(yù)壓處理平面布置見圖2。

3.2水閘真空堆載聯(lián)合預(yù)壓的效果

3.2.1沉降提前發(fā)生

真空堆載聯(lián)合預(yù)壓有效持續(xù)時(shí)間約3個(gè)月，A區(qū)(真空—低壓堆載區(qū))地表累計(jì)平均沉降量為1 326 mm，固結(jié)度達(dá)到80%；B區(qū)(不處理區(qū))地表累計(jì)平均沉降量為204 mm；C區(qū)(真空—高壓堆載區(qū))地表累計(jì)平均沉降量為1 627 mm，固結(jié)度在77%以上。真空堆載聯(lián)合預(yù)壓地基固結(jié)效果好，可消除軟土地基大部分的主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降，使沉降提前發(fā)生，工后沉降小。

3.2.2改善地基土質(zhì)

A區(qū)處理前后各土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。從表中可以看出，經(jīng)過真空堆載聯(lián)合預(yù)壓，地基土層的含水率ω、孔隙比e、壓縮系數(shù)av等指標(biāo)均變小，地基土得到了一定的排水固結(jié)；剪切強(qiáng)度指標(biāo)(C、φ)等指標(biāo)均有所增大，其中2-1層快剪C、φ值均提高了4倍，2-4層快剪C值提高了15%、φ值提高了40%，固快C值提高了70%、φ值提高了90%，3-1層快剪C值提高了38%、φ值提高了3%，固快C值提高了75%、φ值提高了86%；灌注樁的極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值Q值2-1層提高了80%，2-2層提高了10%，2-3層提高了43%，土質(zhì)明顯改善，壓縮性降低、強(qiáng)度增加，2-1層、2-3層由淤泥已改變?yōu)橛倌噘|(zhì)黏土。

表2為不同區(qū)塊的淺層平板載荷試驗(yàn)成果，真空堆載聯(lián)合預(yù)壓處理后的A、C區(qū)的地基土承載力均在70 kPa以上，未處理區(qū)B區(qū)的地基土承載力僅為23.3 kPa，可見地基土層經(jīng)真空堆載聯(lián)合預(yù)壓處理后，承載力得到明顯提升，提高了2倍左右。

3.2.3增大灌注樁承載力

由于地基土灌注樁的極限側(cè)阻力的提高，灌注樁的承載力也相應(yīng)提高，現(xiàn)設(shè)計(jì)的長32.00 m直徑1.00 m的灌注樁，在原土樣中要達(dá)到長37.00 m直徑1.00 m才能發(fā)揮同樣的效果。

3.2.3節(jié)省投資

通常軟基水閘如若不進(jìn)行地基預(yù)處理，將會(huì)打設(shè)直徑較大樁長較長的樁基，同時(shí)，需在堤閘銜接段打設(shè)水泥攪拌樁，形成復(fù)合地基來盡量減少閘堤銜接段的差異沉降，因此樁基與水泥攪拌樁的投資較大。真空堆載聯(lián)合預(yù)壓可取消銜接段水泥攪拌樁的應(yīng)用并優(yōu)化灌注樁，從而可節(jié)省投資。表3為本工程采用常規(guī)水泥攪拌樁方法和真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法的投資比較表，采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法可節(jié)省投資86.3萬元。

注：表中上標(biāo)1的數(shù)據(jù)為合計(jì)數(shù)。

3.3水閘真空堆載聯(lián)合預(yù)壓的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

本次水閘地基經(jīng)真空堆載聯(lián)合預(yù)壓后，淺層2-1、2-2、2-3層地基土指標(biāo)改善較為明顯，深層3-1層地基土指標(biāo)改善沒那么顯著，原因有可能是四周的雙排水泥攪拌樁未完全截?cái)嗌皩?，完好密封閉氣，真空預(yù)壓過程中出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，效果受到一定影響。因此，在真空預(yù)壓中如存在貫通的砂層，應(yīng)注意截?cái)嗌皩用芊忾]氣，同時(shí)做好密封溝，時(shí)常監(jiān)測真空度，防止漏氣。

4結(jié)語

軟基水閘多采用樁基礎(chǔ)進(jìn)行地基處理，真空—堆載預(yù)壓可使地基土質(zhì)改善，更有利于樁基豎向和水平抗力的發(fā)揮，同時(shí)，由于真空—堆載預(yù)壓使沉降提前發(fā)生，工后沉降小，可大大改善軟基閘堤銜接段的差異沉降問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李榮玉．真空堆載聯(lián)合預(yù)壓加固堤防軟土地基沉降預(yù)測研究[D].南京：河海大學(xué),2004.

[2]徐婷婷,李連明.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在人工島地基處理中的應(yīng)用[J].中國港灣建設(shè)，2014(6)：15-19.

(責(zé)任編輯姚小槐)

Application of Vacuum Surcharge Preloading Method to a Soft Foundation Sluice in Wenzhou

YUAN Wen-xi,LUO Fang-xin，ZENG Zhen

(Zhejiang Design Institute of Water Conservancy & Hydro-Electric Power, Hangzhou 310002,Zhejiang,China)

Key words:soft foundation sluice; pile foundation bearing capacity; differential settlement; vacuum surcharge combined with preloading

Abstract:The soil properties of sluice on soft soil foundation are bad, so it needs pile processing to solve problems of soil foundation bearing capacity and differential settlement. In usual, pile diameter, pile length and pile spacing are changed to adjust the stiffness of composite pile in order to solve the above problems. Combining with engineering practice, this paper explored a way of vacuum stack preloading to change the physical and mechanical properties of foundation soil, to increase the strength of composite foundation, in attempt to reduce pile foundation investment and save costs.

收稿日期：2015-12-25

基金項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201401010)。

作者簡介：袁文喜(1964-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事水工結(jié)構(gòu)研究工作。

中圖分類號(hào)：TV223.2+4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-701X(2016)02-0041-04

DOI：10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.02.012