南箕水闸基坑开挖支护与地基处理方法

杨松华

南箕水闸基坑开挖支护与地基处理方法

杨松华

莆田市荔城区建筑设计院

该文介绍在木兰溪下游防洪一期南箕水闸工程中，针对软土地基特性分别采取浆砌石围堰、喷射砼防渗墙、钻孔灌注桩相结合的综合方法，保证闸室底板及消力池基坑开挖边坡的安全；采取桩基础解决闸室、公路桥基础土层地震液化以及不均匀沉降问题，可为类似工程的建设提供借鉴。

南箕水闸 基坑开挖 地基处理

1 工程概况

木兰溪下游防洪一期工程南箕水闸为3级建筑物，排涝标准按5年一遇洪水不满溢，设计洪水位为6.26m，挡潮标准按50年一遇洪水标准，设计洪水位为10.32m，设计最大排涝流量为156m3/s。水闸设4孔3.5m×4.0m，闸底高程为2.0m（黄零高程，下同），闸室长度为19.5m，宽16.7m，水闸底板、闸墩、胸墙、交通桥和启闭房的结构由钢筋混凝土构成。闸室和交通桥基础均采用1000mm、长12 m的混凝土钻孔灌注桩，闸底板设置封闭的6.0m深旋喷水泥防渗墙防渗，下游消力池长10m、深0.8m，消力池末端设10.0m长护坦和15.0m柔性块石沉排海漫与旧溪道平顺连接[1]。

2 场地工程地质条件

南箕水闸场地地形较平坦，地面高程为6.3~6.8m，地貌属兴化海平原。地基岩土层为：①素填土：褐色，松散，厚2.9 m；②粉质粘土：褐黄色、可塑，厚1.6～2.4m，微透水; ③淤泥质粉质粘土：深灰色，流塑，微透水，厚1.0～4.55m;④中砂：黄色，灰色，松散-稍密，厚4.25～7.1m，饱和，强透水，富水性好；⑤淤泥质粘土：灰色，流塑，微透水，厚2.55～5.5m; ⑥粘土：浅黄色、可塑，微透水，厚0.3～0.7m，⑦卵石层：灰黄色、稍密，颗粒粒径一般为2～7cm，级配较好，含粗砾砂及粘性土，含量约25%～30%，极强透水；⑧残积砂质粘性土：褐黄色、可塑-硬塑，厚>2m。地下水为孔隙承压水，受潮汐影响比较大，水质差。中砂为可液化土，淤泥质粘土为可震陷土。地基主要土层物理力学性能指标如下表1。

表1 地基土层物理力学性能指标

3 基坑开挖

3.1 导流方案

施工导流采用束窄滩地修建围堰的导流方案，导流标准采用10年一遇洪水标准，堰顶高程为8.00m。受地形条件限制，围堰布置只能紧靠主河道的岸边，且因岸坡地质上部为淤泥质粉质粘土（含水率达50%），下部为中砂，地质条件差，极易造成岸坡坍塌等工程事故，因此在施工中采取了如下措施：首先，选择围堰结构简单，且又比土石围堰、土石混合围堰底宽小、抗冲刷能力大的浆砌石围堰；其次，基础采用梢径100mm，长4000mm松木桩加固地基，桩端进入砂层300mm，上部嵌入砌体200mm，间排距为600mm，呈梅花型布置，堰外侧采用红粘土夯的作用。详见图1。

图1 水闸开挖平面图

3.2 基坑防渗

基坑侧壁自上而下主要为淤泥质粉质粘土，中砂。中砂厚4.25～7.1m，层面高程-0.98～3.35m之间，渗透系数K为32.0～39.5m/d，透水性好，在水位深为4.17m时，单位涌水量为124.3m3/d.m。外江多年平均高潮为4.6 m，地下水位受外江潮位影响明显，闸底高程为1.0 m,消力池为0.5 m。为了给闸基坑开挖创造无积水的施工条件，适用于该基坑防渗的措施主要有：①射水法防渗墙；②拉森钢板桩；③单管高压旋喷桩。施工中针对上述三种方案通过经济技术及工程效果的比较，其结果如下：（1）防渗墙面积均为1184m2时，方案②和③的造价分别比方案①增加 25万元和21.3万元。（2）单管旋喷桩采用喷水泥与原土体混合成墙，局部地层处理不能完全成墙;钢板桩耗用钢材多，接头易漏水，且拆除对地基振动较大，坡面施工较困难;而射水法用高压射流破坏土层成孔，用导管浇筑成水下混凝土连续体，质量可以保证，故在钻孔灌注桩与围堰之间选择喷射混凝土防渗墙进行防渗[2]，据文献[2]按允许水力梯度法计算，墙厚220mm，深8.0m（3.50～-4.50） m，进入淤泥0.5m，详见图2。

图2 A-A断面图

3.3 基坑支护

受闸址地形条件限制，水闸西、北两侧紧靠木兰溪旧河道，造成基坑开挖无法采用既经济又简单的放坡开挖，为节省工程造价，基坑开挖采用局部放坡与支护相结合的方案。支护结构根据基坑紧靠木兰溪，开挖深度深达6.3m，土层复杂，地下水位高等特点，以及该基坑侧壁安全等级为一级[3]的要求，选用灌注桩支护基坑，以保证开挖边坡的稳定、安全，保护近邻建筑物不受影响，特别是木兰溪旧堤及岸坡不受破坏。根据文献[3]，支护排桩按悬臂式支护结构进行计算和验算，经计算桩长为6.0m（2.50～-3.50）m，排桩嵌固深度取3.1m，桩径为800mm，见图2。

4 地基处理

水闸地基中存在可液化的砂和可震陷、高压缩性、低承载力的淤泥质粘土，工程地质性能差，不能作为建筑物基础持力层。对同时存在地震液化和震陷的土层，常采用防液化防震陷的措施有：①桩基础；②换填垫层法；③强夯法；④混凝土连续墙围封地基等[4]。若采用换填垫层法置换厚度为8.78～10.07m，远大于规范要求的3.0m，且施工难度极大;采用强力夯实要求处理的范围应大于建筑物基础范围5m，对饱和的砂层及下卧的粘土层，需采取有效的排水措施，而且对周围的防渗墙、灌注桩及岸坡产生有害影响，处理费用大;而混凝土旋喷桩系土与水泥混合固结体，其强度较低，受力之后桩身变形量大，不宜采用;而采用桩基础，可有效解决以上问题，且可增加地基承载力、减少沉降量、提高抗滑稳定性，且对解决地基中的土层液化震陷问题和水闸与公路桥之间的不均匀沉降是有效的方法。

5 结语

水闸自2005年3月运行至今，运行情况良好。总结该工程实践，有以下认识：

5.1 南箕水闸在基坑开挖时采用浆砌石围堰喷射混凝土防渗墙和钻孔灌注桩相结合综合措施，给水闸基坑开挖提供安全、无积水的施工条件,既保护近邻建筑物不受影响，也保证了开挖边坡的稳定。

5.2 在平原软土地区水闸工程中，采用桩基础既解决了地基土的液化和震陷问题，又可解决水闸与公路桥间的差异沉降问题，效果良好。

[1] 水利部水利水电规划设计总院.水闸设计规范SL265－2001[M].北京:中国水利电力出版社,2004.

[2] 丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用[M].北京:中国水利电力出版社,2001.

[3] 中国建筑科学研究院.建筑基坑支护技术规程[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[4] 中国建筑科学研究院.建筑桩基技术规范JGJ94—94[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.