开平市镇海水库 广东 开平 529300
摘要：水泥搅拌桩是一种有效的软基处理技术，在软基处理中得到广泛的应用。本文结合某水闸工程实例，对该工程基础设计进行了详细的介绍，并分析了水泥搅拌桩在沿海地区水闸软基处理中的应用，为类似工程施工提供参考。
关键词：水泥搅拌桩；水闸；软基处理
0 引言
随着我国国民经济的快速发展以及水利建设的不断进步，水闸作为水利工程中的一种重要水工建筑物，其工程施工也越来越多。在水闸工程施工中，常常会遇到软土地基的情况，对水闸工程的施工提出了新的挑战。如何有效处理水闸软土地基，确保水闸工程施工的顺利进行是当前水闸施工面临的一个重要问题。
1 工程概况
某水闸主要由前闸、船室和后闸三部分组成，闸孔净宽3.50m，底板顶高程▽-1.00m。由于建设年代久远，建筑物老化病害严重，闸体渗漏严重，闸门采用人工启闭，方式落后，可靠性低。因此，该水闸原址拆除重建。为增加水闸过流能力，重建后水闸净宽扩为5.00m，底板顶高程降为▽-1.50m。
2 工程地质
在施工前，对工程的地质进行调查。根据对工程地质的调查，水闸施工场地岩土层结构为:①耕植土:灰黄色，为粘性土，可塑，局部软塑或坚硬，层厚1.2～4.1m，平均2.9m。②-1淤泥质土:深灰色，流塑，含较多粉砂，局部为淤泥、粉质粘土或粉砂，顶板埋深1.2～6.6m，顶板标高-0.94～0.71m，层厚13.1～14.4m，平均14.0m。②-2粉砂:灰白色，局部灰黄色，稍密，局部松散，饱和，石英质，粒度不均匀，局部为细砂、中砂，顶板埋深15.5～20.3m，顶板标高-14.99～-13.39m，层厚1.8～5.2m，平均4.0m。②-3圆砾:灰白色、灰黄色，密实，石英质，砾呈次圆状为主，粒径以2～8mm为主，最大粒径约20mm，粒度不均匀，局部为砾砂，顶板埋深19.1～25.5m，顶板标高-19.89～-16.77m，层厚2.4～8.8m，平均5.2m。②-4中砂:灰黄色，中密，饱和，石英质，含较多粘性土，顶板埋深22.4～30.7m，顶板标高-24.14～-20.07m，层厚1.2～3.7m，平均2.5m。②-5粉土:灰黄色，中密，湿，土质不均匀，局部为粉质粘土或粉砂，顶板埋深25.5～31.9m，顶板标高-24.99～-23.07米，层厚2.4～3.4m，平均3.1m。②-6圆砾:灰白色、灰黄色，密实，石英质，砾呈次圆状为主，粒径以2～8mm为主，最大粒径约40mm，粒度不均匀，局部为砾砂，顶板埋深28.9～34.3m，顶板标高-27.39～-26.47m，揭示厚度5.2～6.9m。水闸基础处理设计选用的各土层主要参数见表1。
3 基础设计
该工程闸室建基面所在的②-1淤泥质土承载力特征值仅为70KPa，土层力学性质差，承载力低，且厚度较大，不能满足强度和沉降要求。另外根据《勘察报告》水闸场地位于抗震设防烈度7度区，场地下厚度较大的软土层(②-1淤泥质土)及一定厚度的液化土层(②-2粉砂)存在软土震陷和砂土液化等地震效应。因此，该场地未经处理不宜作为水闸的基础持力层。
3.1 基础处理方案比选
水闸建基面以下有10.9～12.5m深的淤泥质土和1.8～5.2m深的液化粉砂层，厚度较大，采用全部置换处理不经济，而采用垫层部分置换处理，虽然能够提高持力层的承载力，但下卧软弱土层的沉降依然较大，影响水闸结构安全和正常运行，另外置换处理也无法解决粉砂层的液化问题。由于淤泥质土含水量大且渗透性较差，预压处理时间过长难以满足工期要求。预应力管桩基础一般能够很好地控制建筑物主体沉降，但容易底板脱空形成渗流通道，对水闸防洪安全影响较大。
该场地需要处理的②-1淤泥质土及②-2粉砂，合计在14.3～17.4m之间，平均约为15.8m，采用深层水泥搅拌桩处理，可将上述土层全部处理，利用层顶标高稳定，且承载力强的②-3圆砾作为持力层，从而达到比较理想的处理效果，而且在复合地基中水泥搅拌桩是与周边土层协同受力，不存在底板脱空风险。因此，比较可行的方法采用深层水泥搅拌桩复合地基。
3.2 基础处理设计
水闸深层水泥搅拌桩复合地基采用桩径Φ500mm的搅拌桩，桩端持力层为②-3圆砾层，桩顶高程嵌入底板垫层50mm，水泥采用42.5R级普通硅酸盐水泥，要求桩体90d龄期设计强度不小于1.5MPa，根据《勘察报告》②-1淤泥质土的水泥土试块抗压强度(见表2)，水泥用量暂定为65kg/m。
4 施工过程中的调整及修改
水泥搅拌桩正式施工前，施工单位对②-1淤泥质土再次取样进行水泥土搅拌浆配合比设计试验，试验水泥为华润牌42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比0.50，水泥掺量分别为60、65、70kg/m，7d抗压强度分别为0.20、0.40、0.60MPa，按90d龄期水泥土抗压强度公式fcu90=(2.37～3.73)fcu7计算，仅在水泥掺量70kg/m时能够满足“桩体90d龄期设计强度不小于1.5MPa”的要求。因此，正式施工的水泥搅拌桩的水泥用量由65kg/m修改为70kg/m，水灰比0.5。另外根据现场试桩情况，确定收钻电流70A(3档)，以保证桩端到达②-3圆砾层。
水闸后闸室位于旧闸前闸室位置，开挖过程中发现旧闸的木桩基础，与施工中的搅拌桩基础存在部分重合，无法在未经处理条件下进行施工。若保留原有木桩基础，根据设计下闸首底板底高程，需将原木桩基础截去0.8m左右，木桩剩余的长度仅保留3m，难以满足闸室承载力要求，也容易与相邻建筑形成较大的沉降差，因此对于搅拌桩加固处理范围内的木桩基础予以开挖清除并换填中砂的办法处理，换填完成后再进行搅拌桩加固处理。
水闸桩基础施工全部完成后，开挖出的水泥搅拌桩桩头成形较好，后续的轻便触探检测结果为289.5～334.5KPa，抽芯检测结果为1.5～6.7MPa，满足设计要求，桩基础施工完成效果较好。
5 沉降观测及分析
为监测沉降情况，水闸主要建筑物各布设了4个观测点，每个观测点均于底板浇筑完成后开始临时观测，待侧墙或边墩浇筑完成后引点至永久观测点，观测日期自2014年11月28日起，至2016年5月8日止。
经统计，最大沉降发生在外江U型槽，沉降值为34mm，最大沉降差位于外江U型槽与前闸室间，沉降差为21mm，两者均在规范的允许范围内。根据观测数据可以看出各主要建筑物沉降已趋于稳定，地基处理已达到设计效果。水闸各主要部位沉降观测值见表4。
6 结语
综上所述，沿海地区水闸工程施工中，软基处理是重要的施工环节，而水泥搅拌桩通过使水泥与土发生一系列化学物理反应，提高地基的强度，是软基处理的一种有效技术。本水闸工程通过利用水泥搅拌桩技术，解决了软土承载力小等问题，具有良好的施工效益，对类似工程使用具有一定的参考价值。
参考文献
[1]水泥搅拌桩在软基处理中的应用[J].朱广幸,韩燕.白城师范学院学报.2015(05).
[2]水泥搅拌桩在水利工程软基处理中的应用[J].赵青.内蒙古水利.2015(03).
论文作者:梁龙灿
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/2
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