浅谈水闸施工中的软基处理技术应用

冯杰

【摘要】水闸建设是水工建筑物中数量最多的建筑物，我国软弱淤泥粘土层在部分省份广泛分布，水闸基础大部分是软土地基，需进行处理，否则就会导致关键受力部位出现不均匀沉降和位移，对水闸运行产生不良影响。本文介绍了软土处理的几种常见技术，并以实际工程为例，介绍了水泥搅拌桩处理技术。

【关键词】水闸；软基；水泥搅拌桩

一、水闸施工中的软基处理技术

软土压缩性大、含水量高、透水性差、强度低，这样就导致地基的承载力和稳定性不能满足工程的要求，在这样的地基上建闸，必须采取加固处理措施。水闸施工中的软基处理技术种类很多，下面对几种技术进行介绍。

（一）振密或挤密法

振密或挤密法是用振动或者挤压的方法减小地基土体空隙比，提高强度，分为重锤夯实法、振冲挤密法、强夯法。

重锤夯实法是利用重锤自由下落时的冲击能来夯实非饱和的表层填土及填土地基，使其表层形成一层较为均匀的硬壳层。施工时把重锤提升到一定高度，使锤脱钩自由落下，对地基反复多次进行夯实，取得加固效果。重锤夯实的效果与锤重、锤底直径、落距、遍数，夯实土的种类及其含水量有关，合理选取以上参数才能取得较好的夯实效果。

（二）加筋法

加筋法是利用位移与土颗粒产生一定的摩擦力，使加筋材料与土形成一个整体，减少整体变形和增强整体稳定。砂垫层中铺设土工织物，由于土工织物受拉作用，調整了基底应力分布，相应的减少地基侧向位移和沉降，大大提高地基的稳定性。

（三）灌注桩

灌注桩法是将灌注桩打至硬土层作承载台，灌注桩有沉管灌注桩和冲钻孔灌注桩，但这两种方法灌注桩还存在一些技术难题，一是冲钻孔灌注桩存在泥浆污染问题，桩身混凝土灌注质量，桩底沉渣清理和持力层判断不易监控等问题；二是沉管灌注桩在深厚软土中存在桩身完整性问题。

（四）水泥土搅拌法

分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。

水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。其加固机理是：水泥浆（粉）与地基土在外力作用下（桩头搅拌力及水泥浆（粉）压入压力）均匀搅拌，进行水化反应并形成具有一定强度的水泥土桩（即所谓半刚性桩）。部分水泥浆（粉）在灌浆压力作用下发生水化反应并渗入桩体周边的土体中形成桩体，增大了桩体与桩间土的摩擦系数，提高了桩体承载力，并与桩间土共同形成良好的复合地基。

二、水闸施工中的软基处理技术应用

（一）工程概况

某水闸是一座以挡潮、灌溉为主，兼有航运效益的等大型工程。该闸于1984年兴建，运行至今已近30年，2015年经安全鉴定该闸为四类险闸，需拆除重建。水闸重建工程建筑物主要由拦河闸、船闸、两岸连接段及下游右岸管理楼组成，其中拦河水闸共9孔，泄洪总净宽108m，单孔净宽12m，闸室总宽度127m，闸室长18m，闸底板高程-4.2m、闸顶高程4.4m。船闸紧靠水闸布置在河床左岸，船闸上闸首与水闸齐平，平面尺寸为（宽×长）12m×18m，其中门孔净宽8m；闸室长80m，宽8m；下闸首长16m，宽12m，其中门孔净宽8m。该工程建筑物坐落在深厚淤泥、淤泥质土层和淤泥质砂层上，工程特性表现为“三高两低”，即高含水量、高流动性或蠕变、高压缩性、低强度和低渗透性，易产生较大沉降和不均匀沉降现象，且整体稳定及抗滑稳定性差，未经处理不宜作为天然地基基础。工程所在区域地震基本烈度为7度，如何保证深厚软弱土层上的建筑物在各种荷载组合条件下的安全，是工程施工的重点。

（二）施工方案的选择

根据地质资料，本工程地基主要为淤泥及淤泥质土，含水量较高，采用水泥搅拌法时由于水泥的水化作用，在一定程度上减少了地基土中自由水的含量，桩间土产生一定的固结作用，使桩间土本身强度有所提高，从而导致复合地基承载力的提高。综上，根据各个地基处理方案的适用条件及地基情况，确定采用水泥土搅拌法。水泥搅拌桩采用矩形布置，桩直径0.6m，除防渗墙外，搅拌桩横向和纵向桩间距均为1.2m，闸室底板轮廓线范围内的搅拌桩数按63根计。根据地质资料，在干湿交替及无干湿交替作用时，地下水对混凝土结构有中等腐蚀性，腐蚀介质为SO42-，因此水泥土搅拌桩固化剂采用强度等级为32.5的抗硫酸盐水泥；桩长假定8m，搅拌桩位于淤泥质粘土层。水泥采用42.5号普通硅酸盐水泥，水泥掺入量20%；水泥浆的水灰比选用0.45～0.55。闸室基底应力平均值为116.4kN，闸室基底应力最大值为122kN。

（三）施工技术

1、场地平整与布置

机械设备进场前的场地平整，主要包括平整场地（高挖、低填、软垫）、清除障碍（地上、地下）、布置排水沟和集水井以及修建供水供电设施、施工道路等。当场地表层较硬需注水预搅施工时，应在四周开挖排水沟，并设集水井，其位置以不影响深层搅拌桩机施工为原则。排水沟和集水井应经常清除沉淀杂物，保持流水畅通。主排水沟设在闸室上游侧，其他区域设辅助排水沟将水集中排至主排水沟，由主排水沟汇流至集水井后统一外排，集水井设在闸室、上游围堰之间。当场地过软不利于深层搅拌桩机行走或移动时，应铺设粗砂或碎石垫层，也可铺设钢板。施工平台高程误差控制在±15cm之内。在主场地之外设置后台（用作灰浆台），用于临时存放水泥及制浆设备，灰浆的水平输送距离控制在50m以内。

2、拌合下沉喷浆

对定位好的桩基进行检查后，使用钢丝绳把搅拌机挂在起重机上，然后使用浆胶管对搅拌机和砂浆泵分别进行连接，等到搅拌机冷却水循环系统正常运转后，将搅拌机启动，并把起重机的钢丝绳放松，让搅拌机凭借自身的重量沿着导向架缓慢下沉，当下沉到设计的深度后即可停止，可以使用电流监测表对下沉的速度进行控制，通常情况下工作的电流要控制在70A以内，下沉的速度为1～1.4m/min。当下沉速度比较慢时，为了促进钻进，可以使用清水补入到输浆系统中，进行钻进时，先使用钢尺对钻具的总长度进行测量，为了方便检查，要使用红漆将孔深的位置标记出来。

3、重复搅拌

搅拌机完成第一次提升搅拌时，集料斗中的水泥全部排空。为使软土和水泥搅拌均匀，再次将搅拌机以0.5m/min速度边旋转边钻入土中，搅拌至设计加固深度后再次重复第一次提升搅拌步骤。

（四）加固效果

闸底板施工完成后，在其加固的范围内分别进行了单桩复合地基和四桩复合地基的竖向静载荷试验，单桩复合地基的承载力特征值≥118kPa，对应的沉降量≥4.20mm，四桩复合地基的承载力特征值≥120kPa，对应的沉降量≥1.50mm。说明闸底板的加固效果是明显的。对开挖出的桩身水泥土芯样的无侧限抗压强度为2.56～3.50MPa，满足设计强度不小于2.0MPa的要求。该闸建成后运行正常，未出现明显的沉降和不均匀沉降现象。工程实践证明采用水泥搅拌桩加固淤泥质软土地基只要施工工艺正确，施工中严格工程质量控制，就能取得比较经济而且显著的加固效果。

结束语

综上所述，水闸软土地基基础的处理，应首先对所处地质进行全面分析，确定合理的处理的方法。水泥搅拌桩施工技术是一种施工中常见的桩工程技术，在工程施工的过程中，要加强对其施工质量的控制，工程施工中的各个方面都要按照工程的要求实施。

参考文献

[1]程晓航.珠三角软土基础上中型水闸沉降变形[J].水利建设与管理，2012年9期.

[2]古远敬.水闸软土地基基础的处理方法[J].城市建设理论研究（电子版），2013年13期.