水闸闸基加固技术的应用分析

水闸闸基加固技术的应用分析

摘要：许昌市2012年一项统计数据显示，本市目前有28座病险水闸需要除险加固，围封灌浆技术作为一种水闸除险加固的有效方法，可以应用于大沉陷量地区水闸的闸基加固，本文对此技术做以简单分析，以供参考。

关键词：围封灌浆；水闸；地基加固

中图分类号：tv66 文献标识码：a

引言

水闸是为城市供水、工农业生产供水、防洪、防潮、排涝等方面服务的重要基础设施，在社会经济发展中发挥着重要作用。但是普遍存在建设标准低、工程质量差、配套设施不全等先天性问题。投入运行后，由于缺乏必要的管理和维修与养护又加之近年来全球气候变化，极端天气事件频发，加剧了水闸病险程度。

在水闸加固时，经常会遇到这样一些情况：土质相同但强度和密度不同的两种土区的界面处灌浆时，压力浆液首先将较弱一边的土层劈开，并沿劈裂面进行扩散和延伸，只有当弱区土层得到一定程度的加固后，浆液才能进入密度和强度相对较大的土区。因此，对已有建筑物地基进行灌浆加固时，由于地基土体在建筑物荷载作用下已得到相应的固结，其密度和强度均大于基础以外的土体，压力浆液将首先向建筑物基础以外的范围扩散和延伸。这样不但浪费灌浆材料和延长施工工期，有时甚至达不到加固地基的目的。为克

服单一静压灌浆方法施工中存在的问题，可采用围封灌浆加固技术，即：先对地基加固区域进行围封，以阻止浆液向外围区域的流动、扩散和基土外移，之后再对建筑物地基进行静压灌浆加固。

一、工程概况

某水闸位于采煤沉陷区内，距煤矿主井仅1.1km，其主要作用是防洪、排涝和引水灌溉。该闸原为一带胸墙的开敞式单孔闸，孔口净宽8.0m。闸室为“ｕ”形钢筋混凝土、浆砌块石混合结构，纵向长14.0m，宽1.2m，反拱底板顶高程为29.0m。闸门设有上下两节，上节是钢筋混凝土闸门，下节是钢闸门，由1台２×7.5t绳鼓式启闭机启闭。另外闸的湖外侧还设有宽7m的交通桥，联系两岸交通。上、下游翼墙均为浆砌块石连拱空箱式挡墙结构。由于地下煤层的开采使得该闸产生整体下沉，预计沉降终值达4.5m。为保证该闸在沉降稳定后仍能发挥其正常功能，根据建设单位的要求，对该闸按照5m沉降量一次性进行加高加固，并能满足抵御千年一遇洪水位38.6m的要求。经计算分析，当闸室结构按设计方案进行整体加高后，在反向设计和反向校核工况下，地基承载力将不能满足工程要求，为此需对地基土体进行加固。

二、工程地质条件

工程区地貌属黄泛冲积平原，地势平坦。闸基土以粉土（砂）、粘性土为主，粘性土多含有一定量的砂浆。根据工程加固时的钻探资料，闸基土体的天然重度为20.0kn／m3，干重度为16.0kn／m3，

粘聚力c为40 kpa，内摩擦角为20°。

三、闸基灌浆加固

闸基灌浆加固是该水闸加固的重点内容之一，其目的是提高闸基土体的承载力，消除不利工况下产生的地基不均匀沉陷和大范围塑性区的危害，同时也可有效控制闸基渗流，防止闸基土体产生渗透破坏。加固方案：首先采用高压喷射灌浆技术，在闸室底板区域外缘构筑具有一定强度、能够阻止土体侧移、限制浆液扩散范围的地下围封板墙，隔断闸基土体与周围土体的联系，然后采用静压灌浆法从靠近围封板墙处开始，顺序逐步向闸底板处靠近进行灌浆施工，迫使基础外围灌注的浆液向基础下土层挤入。为避免因施工扰动引起闸室的附加沉降，将围封板墙设置在距闸底板加固区域稍远的安全距离处。

（一）高喷灌浆

高喷灌浆在闸室上、下游和两岸各布置一排，共56孔，孔距1.25m，孔位布置如图所示。底板上、下游各8个孔，上游面孔为1～8号，下游面孔为29～36号；左右两岸共布置40个孔，左岸孔为9～28号，右岸孔号为37～56号。灌浆孔深均控制在闸底板以下8.5ｍ。

围封灌浆孔位布置示意

先利用机械在地基内造孔，然后把带有喷头的灌浆管下至土层

的预定位置，用高压设备把水、气射流从喷嘴中喷射出来，冲击和破坏地基土体。当能量大、速度高、呈脉动状态的射流动压超过土体强度时，土粒便从土体剥落下来，一部分细小的土粒随着浆液冒出地面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与灌入浆液掺搅混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列，在土体中形成连续的凝结体。高喷孔灌浆完成后，使高喷墙相互搭接形成了一个封闭围井。

高喷灌浆施工时分二序进行，先单数孔号，后双数孔号。施工参数通过试验一律采用水压≥32mpa，气压0.7mpa，浆压0.1mpa，摆角30°，摆速6～8次／min，浆液密度≥1.6g／cm3。高喷的提升速度对板墙质量影响很大，为确保板墙质量，对1、8、9、29、30、37、38号孔距较大的边角孔，采用复喷措施，第1遍提速14cm ／min，第２遍10cm／min，其他各孔为12cm／min。

(二)静压灌浆

在闸底板上共布置20个静压灌浆孔，孔深深入底板以下6.5m。主孔的分布是上、下游各1排，每排3孔，孔距2.0m，中间1排布置4孔，孔距1.7m，详见图中“ｊ”编号孔。

静压灌浆从靠近围封板墙处开始，分序逐步向闸底板靠近，迫使基础外围土体向基础底部挤压。静压灌浆主要控制孔口压力不宜太小，也不宜太大，太大了可能抬动闸底板。施工控制孔口压力为0.3mpa，采用自下而上分段灌浆法，每段长0.8m。当一次吃浆量不

大时，采用少灌多复的工艺方法，使每个孔多吃浆少跑浆，从而保证灌浆质量。

四、结语

为保证施工质量，高喷灌浆必须严格控制水压、浆压、气压和提升速度等；静压灌浆应重点控制浆压、少灌多复，使各孔尽可能多吃浆少跑浆。围封灌浆法是加固已有建筑物地基的一种有效方法。将该法应用于采煤区大沉陷量水闸的加高加固工程，成功解决了水闸地基承载力不足的问题。该闸加固后经验收，可正常运行，并可经历洪水考验。