水闸软土地基不均匀沉降实例分析及处理技术

勒浮兵 段 凯

长江勘测规划设计研究有限责任公司 湖北 武汉 430010

水闸是水工建筑物的重要组成部分之一，其基础大多数为软土地基。由于工程地质条件复杂多样，当施工过程中水闸软土地基发生不均匀沉降时，一般需要查明该场地的岩土分布和物理力学性质、地基施工质量等，分析各个环节处理方式是否满足要求，在查明原因后采取有效措施及时处理[1]。

1 工程概况

1.1 设计概况

某水闸主要包括进水口、闸室、连接段、消力池、海漫、防冲槽等，均采用C30钢筋砼结构。闸室为钢筋混凝土结构，顺水流向长13.00m，宽11.4m，底板顶高程为2.50m；采用1扇钢闸门控制。

图1 水闸平面布置图

1.2 施工过程

1）2021年2月28日完成地基处理。

2）2021年3月26日土方开挖，3月28日闸室浇筑底板。

3）2021年4月16日，底板高程复测结果如下：底板设计高程2.50m，底板四个角实测值分别为：2.38m、2.36m、2.44m、2.43m。相对于底板原设计2.50m高程，底板四个角沉降值为6cm～14cm，最大沉降量为14cm。

2 地质勘察

在勘察深度内所揭露的土层，自上而下分为 4 个层次，各土层自上而下描述如下:

①层素填土 (Q4ml)：松散，灰色，主要为粉质黏土。

②-2 层淤泥质粉质粘土(Q4l)：灰色，弱透水，软-流塑，高压缩性，欠固结。韧性及干强度低，场区普遍分布。

②-3 层粉质粘土(Q4al)：灰褐色，弱透水，软塑，高压缩性，局部分布，正常固结。韧性及干强度低。该层土扰动后对强度影响很大，不适宜作为软地基处理的持力层[2]。

②-5 层粉细砂(Q4al)：青灰色。层厚大，含黏粒及粉粒，饱水，中等透水性，分选性好，级配不良，广泛分布，连续，均匀。地基土可靠的桩端持力层。

图2 水闸地层剖面图

3 钻孔取芯

2021年5月6日～2021年5月13日，对水闸桩基进行取芯。取芯结果表明:

（1）桩基顶部0～0.5m范围内存在淤泥质粉质粘土。

（2）桩基底部以粉细砂夹杂粉质黏土、淤泥质粉质黏土为主。

（3）桩基强度满足设计要求，桩身完整，均匀性良好。

图3 取芯照片

4 原因分析

根据取芯情况，引起本次沉降的主要原因为桩顶0～0.5m范围内存在淤泥质粉质粘土。闸室底板在浇筑后，淤泥质粉质粘土在加载的情况下段时间内出现较大沉降量，随着时间推移，沉降量逐渐收敛。

5 处理方案

5.1 补桩

根据水闸现状实际情况，结合沉降观测结果，在水闸闸室边线外侧各2m范围内增设高压旋喷桩。内排高压旋喷桩桩径为0.6m，间距0.4m，桩长14.0m[3]。外排高压旋喷桩桩径为0.6m，间距1.0m，桩长14.0m。增设高喷桩平面布置图所示如下：

图4 补桩平面布置图

5.2 注浆加固

注浆材料采用水泥水玻璃双浆液，水灰比1.0的水泥浆配合25%的水玻璃（水和水玻璃体积比3:1），水泥采用42.5级水泥。压密注浆深度14m,压密注浆孔间距2m。注浆孔平面布置如下图所示：

图5 注浆孔平面布置图

5.3 堆载预压

鉴于高喷桩桩顶与水闸基础之间存在淤泥质粉质粘土层，在闸底板采用堆载预压法以消除先期沉降。加载重量取闸室使用期荷载的1.2倍，包括闸室自重，设备荷载等，约520t。加载分3期进行，每期173t，加载过程中加强监测。

6 沉降观测

水闸共布设6处竖向位移监测点，垂直位移监测开始监测时间为2021年4月16日，监测频率为每天一次。监测期间累计沉降数据最大值为下沉47.75mm（J1点），发生日期为2021年5月15日；单日最大沉降量7mm（J1点）,发生在监测初期2021年4月16日；单日最大抬升量10.85mm（J1点）,发生在基础灌浆初期2021年5月16日。截止到2021年7月30日，垂直位移变化较平稳，未发现异常，与监测初期2021年4月16日相比，2021年8月2日，监测点最大沉降最大沉降2mm(J1点)，最大抬升量11mm(J6点)。

图5 水闸沉降时间曲线图

表1 水闸沉降监测表

加固处理后2021年5月15日～2021年5月25日, 底板基础注浆时间 单日最大沉降量（抬升量） 累计最大沉降量（抬升量）2021年5月15日～2021年5月25日 因基础注浆,单日最大抬升量10.85mm（J1点） 因基础注浆,累计最大抬升量89mm（J1点）2021年5月25日～2021年6月7日 单日最大沉降量3mm（J1点） 累计最大沉降量20mm（J1点）2021年6月7日一期加载时间 单日最大沉降量 累计最大沉降量2021年6月7日 6mm（J1点） -2021年6月8日～2021年6月12日 1mm（J1点） 7mm（J1点）2021年6月12日二期加载时间 单日最大沉降量 累计最大沉降量2021年6月12日 0.5mm （J1点） -2021年6月13日～2021年7月3日 0.5mm（J5点） 9mm（J5点）2021年7月3日三期加载时间 单日最大沉降量 累计最大沉降量2021年7月3日三期加载 1mm （J1点） -2021年7月4日～2021年7月16日 2.33mm（J2点） 5mm（J5点）-2021年7月17～7月20日卸载时间 单日最大抬升量 累计最大抬升量2021年7月17日 抬升1.54mm（J4点） -2021年7月18日 抬升1.43mm（J4点） -2021年7月19日 抬升4.09mm（J6点） -2021年7月20日 抬升0.78mm（J6点） -2021年7月21日～2021年8月2日 抬升0.78mm（J6点） 抬升1.2mm

7 结语

软土地基不均匀沉降是水工建筑物常见的不良地质危害，对水闸软土地基沉降的防治，需通过科学的试验方法观测沉降幅度，分析建设区域地基特征。根据不同特征选用注浆加固、堆载预压等措施提升基础承载力，做好技术交底及质量监管，做到事中控制、事后跟踪。对于软土地基，设计满足要求情况下，施工过程中严抓质量控制，是防治水闸软土地基不均匀沉降的根本方法。