东江水源保护一期工程节制闸挡土墙基础处理方案优化

梁国安

(东莞市运河治理中心，广东 东莞 523000)

多数水利工程建设涉及水下施工且需兼顾河道行洪度汛，因此工程主体一般只能选择在非汛期施工，施工工期往往是“错过一时，则错过一年”。水利工程基础处理是工程施工的一个重要环节，是水利工程建设基础的基础，选择的基础处理方案能否符合工程实际将直接关系到工程的施工主工期、工程投资及安全。石马河河口东江水源保护一期工程由于地理位置特殊，使得工程不仅施工场地狭窄，工作面无法全面铺开，更有着比一般水利工程更为严格的工期限制。工程原施工图设计中采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG)对节制闸挡墙基础进行处理，由于CFG桩施工检测、工艺的特殊性，导致工程工期难以保证，对工程实施造成极大的工期以及安全风险，需结合实际情况进行优化[1]。

1 工程概况

石马河河口东江水源保护一期工程地处石马河河口水利工程综合枢纽，概算总投资2.24亿元，为Ⅱ等大(2)型工程，涉及三个主要水工建筑，需分三个枯水期实施。第一枯水期建设任务为修建横跨石马河的8孔×10m拦河节制闸，通过石马河河口橡胶坝及旧调污箱涵实现第一期施工导流。工程实施过程中需破除东莞大堤(广东省十大重点堤防之一)及惠州潼湖大堤，将导致两大重要堤防直接暴露而失去原防洪功能，施工过程中如遇超标洪水，处理不当将可能导致东莞市及惠州市受淹，存在较大的防洪风险。因此工程时间紧、任务重，施工难度极大。

2 节制闸挡土墙基础处理方案分析

2.1 原基础处理方案

工程原施工图设计中，考虑到节制闸左右岸挡土墙基础为中粗砂层，局部夹泥质粉砂层，浅层承载力特征值160-180kP，深层承载力特征值230-250kP，无法满足地基承载力要求，采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG)进行复合地基处理。CFG桩是由粉煤灰、石屑、碎石、砂掺加水和水泥，使用成桩机器加工而成的具有一定硬度的可变强度桩。工程原设计CFG桩单桩桩径500mm，单桩竖向承载力≥550kN，桩间距1.2m×1.2m至1.5m×1.5m，设计节制闸两侧挡墙共需施工CFG 桩共592根(图1、图2)，总桩长7173m。

图1 节制闸左岸挡墙CFG桩纵剖面图

图2 节制闸左岸挡墙CFG桩平面布置图

2.2 存在问题

工程采用CFG桩进行节制闸挡墙基础处理，存在极大的工程延误风险、防洪风险以及较大的施工难度。

1)工程工期紧张：

工程第一枯水期须于当年10月15日至来年4月15日完成节制闸10m以下高程施工内容(闸底板高程0.5m)并恢复已破除的东莞大堤和潼湖大堤堤身，整个施工工期仅6个月。并且由于橡胶坝挡水标准低，根据往年经验，施工期间存在多次过水的可能。两岸大堤破除后，在挡墙基础施工时，如遇石马河超标洪水导致橡胶坝过流，将对两岸大堤造成极大的破坏，从而严重威胁到东莞及惠州两市人民生命财产安全，因此节制闸挡墙施工工期极为紧张。

2)CFG桩施工时间长：

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ797-2012)规定，施工单位在CFG桩施工前，须对原地基的地质情况进行复勘。进行CFG桩试验时，要对整个试验过程的数据及参数做详细的记录，并提交试验成果报告。经复核，如采用CFG桩进行地基处理，施工工期为：试桩5d、验桩28d、出试验报告7d，共40d；40d后施工单位开始正式施工，受施工场地限制，在全力投入的情况下成桩约需20d，28d后方可验桩；验桩时间约30d，出试验成果报告7d。施工总工期需约120d。CFG桩过长的施工工期将致使工程存在极大的工期延误风险及防洪风险及，根本无法满足工程要求[2]。

3)CFG桩施工难度大：

根据设计要求，CFG桩施工需将基础面开挖至最低约-4.0m标高并采用机械挖孔后再行成桩。在实际施工过程中，当东莞大堤一侧(左岸)开挖至1.0-2.0m标高时，砂层基础中多处出现管涌及流沙现象，基础地下水位较高，在此地质情况下，成孔难度大，施工质量难以保证。

3 基础处理方案优化

考虑CFG桩在本工程中的工期延误风险、防洪风险以及实施难度，经验算，结合现场实际情况，可采用直径500mm(型号PHC-500AB100-C80)预应力管桩(PHC)代替原水泥粉煤灰碎石桩(CFG)对节制闸基础进行处理。PHC管桩单桩承载力高、制作工艺相对成熟、不仅施工方便并且可缩短施工周期。

3.1 复核地基承载力验算

按《复核地基技术规范》GB/T50783-2012计算复合地基承载力，计算公式如下：

复核地基承载力特征值：

fspk=βpmRa/Ap+βs(1-m)fsk

(1)

桩体竖向抗压承载力特征值：

(2)

桩身承载力：

Ra=ηfcuAp

(3)

结合地勘报告中地质参数计算复合地基承载力，与初步设计、原施工图设计挡墙稳定应力进行对比，成果见表1。

表1 计算成果对比表

从结果上看，预应力管桩(PHC)复合地基承载力特征值满足设计要求。采用预应力管桩(PHC)复合地基，在其它结构形式不变时，挡墙抗滑抗倾及抗浮安全系数均满足规范设计要求[3]。

3.2 施工难度对比

预应力管桩(PHC)采用静压桩机将成品预应力管桩直接压入地基基础中，免去了在饱水砂基地层中挖孔，工艺相对简单，施工难度较CFG桩大大低。

3.3 施工时间对比

该型号预应力管桩(PHC)单桩竖向承载力设计值为3579kN，较原CFG桩有了较大提升，PHC桩复合地基承载力比原CFG桩复合地基承载力高，PHC桩间距放宽至2m×1.9m至2.5m×2.5m，桩量由原592根大幅减少至278根，见图3。采用PHC桩，左右岸挡墙两个工作面同时施工，每天安排1班作业的情况下，30d即可完成桩身施工，复核地基承载力试验仅需15d，工程总工期仅45d，施工工期大大缩减，并且，如增加作业台班，工期还可以进一步压缩。采用PHC桩方案，工程施工工期能得到有力保障，防洪风险大大降低。

图3 节制闸左岸挡墙PHC桩平面布置图

3.4 投资预算对比

由于PHC桩单桩桩长与CFG桩基本一致，在施工桩量大幅减少的情况下，总桩长由原7173m大幅减少至4016m。虽然PHC桩综合单价高于CFG桩，但由于总工程量的减少，变更后PHC桩直接投资从原CFG桩的约90万元增加至约100万元，增加投资仅10万，所增加的投资极为有限，但由此所节省的人工、时间及风险成本则极为可观。

4 优化结果

经论证分析，将原设计CFG桩复合地基改为PHC管桩复合地基，复核地基承载力能满足设计要求。优化后，在成本增加极为有限的情况下，工程施工难度大大降低，工期缩短约75d，施工主工期得到有力保障，防洪风险大大降低。

5 结 语

工程地处石马河河口水利工程综合枢纽中，施工过程中需兼顾石马河行洪度汛，第一枯水期施工需破除东莞大堤及潼湖大堤两大重要堤防，工程工期紧张，防洪风险高。优化后的节制闸挡墙基础处理方案在增加投资极为有限的情况下，大大节省了施工工期，更降低了施工难度及防洪风险。在节制闸施工过程中的次年1月，石马河在非汛期遭遇了一次较大的超标洪水，尽管上游采取了群闸联控等一切手段及措施，但石马河水位仍超过了橡胶坝的最大拦截水位，橡胶坝在溢流后被迫塌坝。此时距离节制闸基础处理完成并回填仅十余天，如果当初未能果断采取优化措施，两岸大堤将有可能遭受严重破坏并出现险情，损失将难以估计。得益于基础处理方案的优化，如今节制闸圆满完工，见图4。

图4 石马河河口节制闸现状图