水闸软土地基加固设计分析

水闸软土地基加固设计分析

摘要：软土地基是水闸运行过程中时常遇到的地基问题，对水闸的运作和质量安全会造成一定的影响。本文结合工程实例，在介绍水闸地质条件和运行特点的基础上，围绕施工效果、工艺技术、工后影响和投资等方面比较了不同的软土地基加固设计方案的合理性和经济性，并选取最优方案，以供实践参考。

关键词：水闸；软土地基；加固设计方案；桩基础

中图分类号： tv66 文献标识码： a 文章编号：

水闸作为水利建设中的重要组成部分，是一种控制水位和调节流量的水工建筑物，担负着挡水和泄洪等重任，在防洪、灌溉、排灌及发电等水利事业中应用十分广泛。软土地基是水闸运行中常见的一种地基问题，其承载力低、透水性差、压缩性大，容易引起一些质量通病，影响到水闸的正常运行和质量安全。因此，对水闸软土地基进行加固就显得十分重要了。水闸地基加固的方案有很多种，本文主要列举了水泥土搅拌法、排水固结法、桩基法和沉井基础这4种地基加固处理方案，从多方面对地基加固处理方案进行比较，选取最优的方案，以提高水闸软土地基加固的效果，实现工程的经济效益。

1概况

某水闸工程，闸孔总净宽315m，单孔孔径12.0m，共27孔，该水闸工程地质基础属低山地貌类型，蓬远河盘绕其中，形成山间冲积小平原，地势低洼。该区域范围地质主要为第四系冲积土，下卧

基岩为三叠系上统砂岩，岩土层物理力学指标见表1。

综合分析地质情况，淤质土层较厚，其下分布淤质粉细砂和砂卵石层较连续，基岩埋藏较深，工程地质条件较差，因此，需进行基础处理。

2初拟地基设计方案

根据水闸设计和地基土质特性，该工程需进行地基处理，地基处理方案与闸底板型式密切相关。考虑水闸的泄流和运用要求，闸室结构型式选择开敞式。目前水闸常用地基处

理方法有对两孔一联整体式和分离式底板两种闸室结构型式，

地基处理设计方案主要有以下4种：方案1，水泥土搅拌法(整体式闸室)；方案2，排水固结法(整体式闸室)；方案3，桩基础(分离式闸室)；方案4，沉井基础(分离式闸室)。

2.1水泥土搅拌法(方案1)

水泥土搅拌法采用水泥土搅拌加固处理闸基土层以形成满足设

计需要的复合地基(如图1)，整体式闸室结构为两孔一联(中间孔为一孔一联)，闸室采用c25钢筋混凝土开敞式结构，底板厚1.8m，中墩厚1.5m，边、缝墩均厚1.3m，闸室顺水流方向长18m。

水泥土搅拌单桩直径为600mm，闸室段桩间距l＝1.25m，正方形布置，置换率m＝18％，桩体下进入第⑤层黏土1.50m，桩长9.0m，全程复搅，褥垫层采用300mm水泥掺入量10％的水泥土，搅拌桩加固范围为闸基础轮廓线以外布设3排护桩，复合地基承载力标准值为135kpa。为满足防渗和抗震设计要求，在水闸底板下套打水泥土

搅拌桩，形成格栅式水泥土地下连续墙，对第②、③层液化土层形成围封，水泥土地下连续墙有效厚度0.25m。

图1水泥土搅拌法(单位：高程，m；尺寸，cm)

2.2排水固结法(方案2)

排水固结法采用整体式闸室结构，其细部结构尺寸同水泥土搅拌法(如图2)。

图2排水固结法(单位：高程，m；尺寸，cm)

排水固结通常采用真空预压法和堆载预压法，该工程采用塑料排水板堆载预压方案：将处理区场地开挖至14.5m，并整平，铺设一层土工布和0.8m厚的中粗砂垫层，再插打塑料排水板，逐层堆载。塑料排水板宽度b＝100mm，厚度δ＝4mm，当量换算直径dw＝

66.2mm，呈等边三角形排列，间距l＝1.2m。排水板的深度应穿透第③－1层淤泥质壤土的底面2.0m，排水竖井深度ｈ＝12m。要求平均固结度不小于95％，固结时间约180d。为适应地基处理区的变形，防止在分界线处因地基固结程度相差较大而引起的地基开裂和承载力突变，在闸底板外缘外5m范围内，塑料排水板的间距从1.2m过渡到1.7m。为防止渗透破坏，淮河侧底板下垂直水流向设c25混凝土地下连续墙深9.0m、厚0.25m。

2.3桩基础(方案3)

桩基础方案采用分离式闸室，每孔底板上设置两条沉降缝，闸底板、闸墩构成“⊥”结构型式，钢筋混凝土平底板上设齿形搭接缝(如图3)。闸室采用c25钢筋混凝土开敞式结构，大底板下设钻孔

灌注桩，小底板下设预应力混凝土管桩基础，闸室顺水流方向长18m，大底板宽5.00m，小底板宽8.46m，大小底板厚分别为1.6m 和1.1m；墩厚1.5m，边墩与岸墙结合布置。根据水闸竖向荷载和水平向荷载的大小，计算确定每块大底板下布置两排12根φ1000mm 钻孔灌注桩，桩底穿入第⑨层不小于2.0m，桩长23m。为防止底板与地基脱空造成渗透破坏，在侧底板下垂直水流向设c25混凝土地下连续墙深9.0m、厚0.25m。

图3钻孔灌注桩基础(单位：高程，m；尺寸，cm)

2.4沉井基础(方案4)

闸室采用c25钢筋混凝土开敞式结构(如图4)，水闸底板(沉井封顶、小底板)厚1.2m，墩厚1.5m，闸室顺水流方向长18m。

图4 沉井基础(单位：高程，m；尺寸，cm)

闸室沉井基础采用分离式连接，单块沉井平面为17.3m×15.0m，沉井刃脚底高程为3m，嵌入第⑤层黏土1.5m，沉井分格净尺寸约5m，外井壁厚0.8m，中隔墙厚0.6m。沉井采用干封底：掺入12％水泥土找平、c25钢筋混凝土底板厚0.8m，沉井下沉就位后，井内回填素土至9m高程，水闸底板兼作沉井的封顶，厚1.2m。为防止渗透破坏，在上游侧沉井间采用高压旋喷灌浆封堵，高压旋喷桩桩径不小于0.9m，桩身强度不小于1mpａ。

3地基设计方案比选

根据地基土质特性、闸室结构特点、施工条件和运用要求，并综合考虑地基、基础及其上部结构的相互协调，对拟定四种地基处理

设计方案进行技术经济比选，详见表2。

方案1：水泥土搅拌桩法虽在近年来施工技术不断成熟、施工机械不断更新，工程造价低，但水泥土搅拌法需根据不同的地基土质情况进行精心组织试验和施工，对施工队伍素质要求高，通常应用于次要部位或中低等级建筑物的地基加固处理中。本工程闸址处地基第③－1层淤泥质壤土的塑性指数、含水量和孔隙比较大，水泥土搅拌法桩体施工质量难保证。

方案2：排水固结法作为处理软黏土地基的有效方法，在工程上得到广泛应用，可同时解决沉降和稳定问题。使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差，且加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性，但其施工预压期及工期均较长。一般软黏土地基土经排水固结处理后主固结沉降将完成或接近完成，但由于软土地基的次固结特征比较明显，次固结变形将是长期的，因此建闸后仍有一定工后沉降量。

方案3：桩基础是较早使用的地基处理方法，满足水闸在沉降量或稳定性方面的设计要求。水闸底地基第③－1层、第⑥－1层厚度较大，固结沉降量大，采用方案3钻孔灌注桩基础容易导致底板与地基脱空，采取混凝土地下连续防渗墙进行截渗较为安全可靠。采用分离式闸室，闸室整体性差，而桩基础桩底全部插入全风化花岗岩层，避免了不均匀沉降的发生，闸孔不变形，闸门能够顺利启闭。