串场河闸站工程勘察设计重点和难点浅析
2023-03-23李时岭汪洁晶
李时岭 汪洁晶 浦 庆 毛 恺
一、引言
盐城市地处淮河水系的下游、里下河地区的腹部,地势平坦低洼,淮河入江水道东堤、里运河东堤、苏北灌溉总渠南堤防洪设计标准为百年一遇,基本隔断了淮河流域的洪水与里下河区域的联系,避免了标准内淮河洪水对盐城市区的侵害,因此,防御里下河地区的区域洪水已是盐城市城市防洪的重点。串场河闸站工程是淮河流域重点洼地治理工程,本文结合其工程地质条件、水文地质条件与周边地形地貌,总结了该工程建设过程中在勘察设计方面的经验。
二、工程概况
(一)闸站概况
本工程位于黄海公路桥以北串场河上,为盐城市第Ⅲ防洪区一项综合性水利骨干工程,集防洪、排涝、通航于一体,泵站横向中心线与新洋港河口相距280m,设计排涝流量60m3/s,总装机功率为2400kW,泵站规模属于大(2)型工程,泵站等别为Ⅱ等。
(二)工程地质条件
本工程勘探揭露,勘区地貌区属里下河浅洼平原区,地貌单元为浅洼平原。根据土层的岩性及物理、力学性质指标特征等工程性质差异,各层地层概述如下:
第1 层填土,成分主要为壤土及建筑垃圾等,松散状态,不均匀,分布在串场河两岸,河道部位缺失,该层位于基坑开挖深度范围内,对工程影响不大;第2 层粉质黏土,可塑~软塑状态,欠均匀,在串场河两岸零星分布,河道部位缺失,工程性质一般;第3层淤泥质粉质黏土,属软土,流塑状态,较均匀,具触变性、流变性以及抗冲刷能力差等特点,是本场地最软弱的工程地质单元,为本工程基坑主要开挖层;第3A 层重粉质砂壤土,松散,不均匀,以透镜体形式分布于第3 层的中上部,处于基坑开挖深度范围内,对本工程基坑稳定有一定影响;第4~7 层工程性质相对较好,其中第6 层粉砂是较理想的桩端持力层;第8 层粉质黏土夹杂重粉质壤土相对软弱;第9 层粉质黏土,可塑状态,局部硬塑状态,较均匀,工程性质较好,可选作钻孔灌注桩的桩端持力层。
(三)水文地质条件
勘区地表水主要汇集于串场河中,水网密集,附近无湖泊等大面积水域分布,水位随季节变化较大,汛期水位较高,枯水期水位较低。根据资料记载,盐城观测站历史最高水位为▽+2.66m,历史最低水位为▽-0.55m,勘区勘探深度范围内,地下水主要为赋存于松散沉积物中的孔隙水,上部属潜水,地下水补给来源为大气降水和地表水,主要排泄方式为蒸发和径流。其中第6、7 层具有承压水性质,补给方式以侧向为主,与地表水的连通性较差,勘察期间承压水位平均在▽+0.80m 左右。
三、工程勘察设计的重点和难点
(一)勘察
串场河闸站系跨河水工建筑物,位于盐城市区人民公园西侧,东岸紧邻电视发射塔,西岸为居民密集区,工程勘察可用场地少,环境要求高,且水上作业区系本地主要通航河道,过往船只多,尤其是勘察期间正值汛期,水深流急,勘察难度大。
(二)闸基础设计及电视塔保护
本工程工程规模大,结构较复杂,东岸为电视塔,塔高约142m,在施工影响范围内(闸站主体底板东北角与塔基西南角点距离79m,其东西距43.7m,南北距65.8m)。鉴于电视塔在政治、经济及日常生活中的重要作用,且拆除重建费用较高,需对电视塔及其发射机房采取重点保护措施,不同于一般的建筑、市政及水利工程基坑围护,主要表现在:①保护对象的特殊性,系生命线工程,国内尚无先例;②因施工需要,围护时间长(一年以上);③场区为软土地区,土质差,基坑开挖时易产生边坡坍塌;④场地地下水埋藏较浅,地下水位变幅大时易产生不均匀附加沉降;⑤本基坑最大开挖深度达8.5m,属深基坑工程;⑥不宜采用有振动的桩型,也不宜采取深层降水措施。
四、有效解决勘察设计难题的具体措施
针对工程中遇到的具体问题,结合工程特点,本工程采用以下具体措施:
1.根据场地特点,采用静力触探试验与钻探技术相结合来勘探划分土层。静力触探试验采用2Y-15C 型触探机;钻探工作分别在陆地与水上进行,使用GXY-1 型钻机,采用机械回转钻进、全孔取芯、泥浆或套管护壁的施工工艺。水上钻探采用100T 级宽体型钢质平地驳船作为钻探船,钻探平台采用前挑式钢结构平台。鉴于水上作业区系本地主要通航河道,过往船只较多,尤其是勘察阶段正值汛期,水深流急,为确保施工安全,另配备一艘船舶作为辅助船运送人员和物资,并申请海事、水政执法艇实施限行巡监。为准确划分土层,钻进过程中对钻探器具进行准确丈量、记录,水深测量同步进行,确保正确测定取样深度,并严格控制每回次进尺,终孔时校正孔深及钻具总长,及时纠正或平差。
2.根据勘察结果,结合当地工程建设经验,针对拟建闸站各分部的结构类型、荷载大小及特征、施工条件、环境状况,闸基础设计及电视塔保护措施如下:
(1)站身、厂房:采用预应力管桩,预应力管桩不带桩尖,能有效减少挤土效应及地面振动引起的不利影响;采用静压法施工,桩端持力层选用第6 层粉砂,避免采用钻孔灌注桩因施工基面较低,需深层降水(承压水)而造成地面变形,对相邻重要建(构)筑物产生影响。
(2)翼墙部位:采用减沉复合疏桩,即采用压入法施工短木桩,以加固改良软弱土,避免东侧场地狭小、西侧坡状地形大型设备难以施工的问题,且在场地施工许可部位,采用水泥土深层搅拌桩,兼作防渗墙。
(3)电视塔保护:已知电视塔采用预制桩基础,桩端标高约在▽-16m,根据其特点,对电视塔及其发射机房采取水泥搅拌桩防渗帷幕,水泥搅拌桩设长短两排,在有效截水的基础上,既经济合理又减小了挤土效应对周边环境的不利影响,并在帷幕内设补水井与水位观测井,防止基坑降水导致周边地下水骤降引起的地面沉降,对电视塔起到了良好的保护作用;在临串场河侧防渗帷幕外采用钻孔灌注桩作支护桩,防止侧向变形,保证边坡稳定,支护桩施工在拟建闸站断流抽水前先行实施,以避免基桩施工引起的滑坡等不良地质作用;施工期间密切关注地下水变化,通过补水井补水调节,保证塔基周围地下水位一致,加强地面变形观测。
(4)基桩施工时合理安排沉桩顺序,先密距桩,后疏距桩;由毗邻电视塔一侧向远离其方向的原则进行,避免或减小因挤土效应而引发桩涌起、桩体位移、桩身倾斜等现象发生,基桩施工前,对施工基面进行硬化处理,保证设备的正常施工,开挖时尽量避免或减少对基底土的扰动;钻孔灌注桩施工时应做好泥浆护壁和清孔工作,以满足施工工艺和规范要求,合理排放弃土,保护周边环境。本场地位于软土区,为保证桩基施工有利的作业条件,拟建闸站采用先沉桩后开挖基坑的施工顺序,防止坑边土体侧移引起已沉桩的侧移甚至断裂等事故的发生。
五、结语
串场河闸站工程交付使用后至今已运行多年,在施工与运行期间状况良好,在历年汛期都发挥了有效的排涝作用,较好地满足生产和生活的使用要求,有显著的经济效益、社会效益和环境效益。勘察与设计共同提出的电视发射塔结构保护技术,即通过保水、补水和支护桩围护等措施,保持微观水、土环境平衡,为邻水高耸结构深基坑围护提供了新的思路,对于类似工程勘察设计有较好的借鉴作用■