汇潭前方闸地基处理方案的分析

裘华锋

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002)

1 工程概况

汇潭前方闸位于浙江省兰溪市境内的民主溪下游河段，距民主溪与兰江交汇口约350 m.设计洪水标准为20年一遇，Ⅳ等水闸，过闸流量70 m3/s，闸外侧设计洪水位30.08 m.该闸根据运行要求，当兰江洪水上涨形成外江水倒灌，则关闸挡洪，当兰江洪水回落低于民主溪水位，重新开闸排涝.汇潭前方闸由上游连接段、闸室段及下游连接段组成.闸室段底板长×宽为7 m×13.9 m，闸室共设2孔，单孔孔口尺寸5.0 m×5.0 m，闸底板厚1.0 m，底板顶面高程22.5 m.靠外江侧与混凝土箱涵连接，箱涵顶回填土至堤顶高程与堤顶公路连通，箱涵底板长x宽为16.5 m×12.7 m，箱涵底板厚0.6 m，底板顶面高程22.5 m.

基底以下地质剖面由上至下分别为Ⅱ1粉质粘土层,层顶高程24.3 m,层厚4.0 m,性质一般；Ⅱ3粉砂层，层顶高程20.3 m,层厚0.8 m，稍密实，厚度较薄，该层在垂直和水平方向上性质差异变化较大，受振动易产生液化，动水条件下易产生流砂现象，性质一般；Ⅳ层砂卵砾石，层顶高程19.5 m,层厚6.0 m，中低压缩性，工程地质条件较好；Ⅴ层泥质粉砂岩，工程地质条件好，为良好的天然地基持力层,层顶高程13.5 m.地下水位高低与河道水位相关，常水位高程为23.5 m左右.

2 地基处理分析及比较

闸室段经计算最不利工况情况下基底最大应力[1]为118 kPa，平均应力为110 kPa，混凝土箱涵段基底应力与闸室段相当，结合防渗要求，根据地质资料分析Ⅱ1粉质粘土层和Ⅱ3粉砂层不能满足规范要求，IV砂卵砾石层是良好的天然地基持力层且层顶高程距基底只有2.0 m左右，所以可以不采用桩基础但需对地基进行处理.

由于新建闸室处于二堤防中间现状呈V字形，二侧堤防顶高程为30.2 m左右，

采用换填法处理，如放坡开挖则二边堤防基本要全部挖除，如采用支护结构则费用较高，同时施工期间正逢旱季闸内河侧需从外江引水至内河侧供灌溉使用，如采用基坑降水施工则会对灌溉引水产生影响.根据地质条件及基底应力，同时结合现场施工条件、以往当地类似地基处理经验及就地取材等方面考虑，在不排水情况下采用块石挤压、松木桩、高压旋喷桩等三种地基处理方法比较合适本工程的地基处理，为了更安全、更经济、施工更方便需对这三种地基处理方法分别通过详细的计算和分析对比，最后通过现场试验才能得出最优的地基处理方法方案.

2.1 抛石挤压法[2]

抛石挤压法为强迫换土的一种形式，通过在软粘土中抛入较大的片石、块石，使片石、块石强行挤出软粘土并占据其位置，以此来提高地基承载力、减小沉降量，提高土体的稳定性.抛石挤压法一般适用于厚为3～4 m的软土层和常年积水且不易抽干的湖、塘、河流等积水洼地，以及表层无硬壳、软土的液性指数大、层厚较薄、片石能沉达下卧硬层的情况.此方法施工简单，不用抽水、不用挖淤、施工迅速，机械设备只需配置挖机就可以.

此方案处理范围为不小于建筑物外边线1 m,块石要求无风化，要求边挖边填边

挤压，要求抛石经挤压后经挖机碾压无明显沉降，抛石表面用碎块石找平夯实.表层土开挖深度、块石抛填深度视现场情况调整,块石抛填后浇筑70 cm厚C20埋石混凝土，块石含量为30%.

根据当地信息价经估算抛石挤压法单价为150 元/m3，共用抛石约1 000 m3，处理总费用为15.0万元.

2.2 松木桩处理[3]

松木桩复合地基同其它复合地基相比，除桩的材质不同外，其余均有相似之处，其加固机理：一是桩体的支撑作用：松木桩复合地基以松木桩取代了与桩体体积相同的低模量、低强度土体，在承受外荷时，地基中应力按桩土应力比重新分配.应力向桩体逐渐集中，桩周土体所承受的应力相应减少，大部分荷载由松木桩承受.由于桩的强度和抗变形能力均优于土体，故而形成后的复合地基承载力、模量也优

于原土体，从而达到减小变形，提高承载力的效果.二是挤密作用：松木桩施工时，采用锤击打入，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高，起到挤密作用.松木桩复合地基在施工中对桩间土体的挤密作用，使桩间土密实，从而提高桩间土的地基承载力、减小沉降量.松木桩一般适用于厚为3～4 m的软土层和常年积水且不易抽干的湖、塘、河流等积水洼地，以及表层无硬壳、层厚较薄的情况.此方法施工简单，不用抽水、不用挖淤、施工迅速，机械设备只需配置挖机就可以.

此方案处理范围为不小于建筑物外边线1 m,桩径150 mm(尾径不小于120 mm)，桩长不小于4.5 m.松木桩采用矩形布置，桩中心距600 mm.松木桩顶与结构基础间设置褥垫层，厚度为200 mm，材料采用级配砂石，最大粒径不大于30 mm，共需松木桩907根.

根据当地市场价经估算松木桩处理法单价为160元/根，共用桩约907根，总费用为14.5万元.

2.3 高压旋喷桩[4]

高压旋喷桩是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层预定的位置后，用高压泵将水泥浆液通过喷嘴水平射入土中，借助射流的压力将土层切割破坏，同时钻具依一定的速度向上旋转提升，使水泥浆与土体充分搅拌混合，凝固后形成具有一定强度的圆柱桩体，使地基得到加固，提高地基的承载力、减小沉降量.高压旋喷桩一般适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基.此方法施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，需要配置专门的施工机械.

此方案处理范围为基础外缘扩大1排桩,桩径500 mm，桩长不小于5.0 m.松旋喷桩桩采用矩形布置，桩中心距1 200 mm.旋喷桩顶与结构基础间设置褥垫层，厚度为200 mm，材料采用级配砂石，最大粒径不大于30 mm，共需高压旋喷桩226根.

根据当地市场价经估算高压旋喷桩处理法钻孔单价为34.2元/m，喷浆514.7元/m3，共用桩约226根，总桩长1 130 m，总喷浆量约为266 m3，总费用为16.4万元.

3 施工过程

经分析优先选用松木桩地基处理方法，确定后在施工现场进行试打桩，根据设计要求选取若干根长5.0 m，桩径150 mm(尾径不小于120 mm)的松木，用挖机进行压桩，在试打过程中发现松木桩的垂直度控制不理想，施工质量没有办法保证，同时考虑到松木桩地基处理方法虽然在一些地区有应用，但没有正式的设计和施工规范作为依据，完全靠经验和主观判断，结合工程的重要性最后经过各方会商放弃此方案.

重新选用抛石挤压法进行现场试验，原设计考虑在挖至设计标高后就进行抛石，发现抛石挤压入粉质粘土层比较困难，不能达到预期的目的，现场调整抛石方法，用挖机边挖边抛，挖至18.8～19.2 m标高左右(砂卵砾石层)，块石能顺利的挤入到砂卵砾石内，能达到设计的预期目的，最后确定采用此方法进行处理.

实际施工范围超出建筑外轮廓线1 m，抛石总量1 100 m3,原来计划抛石结束后就降水至露出抛石面进行上部清理及做地基验收工作，由于实际施工降水困难地基检测工作待抛石完成20 d后才实施.

4 地基检测

承载力检验采用浅层平板载荷试验法[5]，试验采用砂包堆载——反力架装置，并用慢速维持荷载法试验，载荷试验的数量根据规范要求取3个，检测位置的选择根据有代表性的、施工中对质量有怀疑的、工程重要部位的、地基情况复杂的原则现场选取；试验结果详汇总表

点号(#)荷载板面积设计试验荷载特征值Qmax/kPa设计试验荷载特征值对应的沉降量Smax/mm最大试验荷载值/kPa最大试验荷载值对应的沉降量Smax/mm极限荷载值Qu/kPa终止加载原因10.7 m×0.7 m1501.543007.02≥300满足设计要求20.7 m×0.7 m1501.513005.36≥300满足设计要求30.7 m×0.7 m1501.923008.32≥300满足设计要求

根据测试数据分析：本次试验的3个点在最大级试验荷载300 kPa作用下，总沉降量在规范规定的允许范围之内，其p-s曲线均属平缓型、s-lgt曲线均属平直型，根据建筑地基基础设计规范GB50007-2011，推定其地基土极限荷载值均不小于300 kPa，可按相对变形值确定地基土承载力特征值为150 kPa.根据以上3个试验点的浅层平板载荷试验结果表明：其地基土承载力满足设计要求.

5 结 语

工程建成后经过观测，发现工程整体稳定取得了预期的效果，此水闸施工前在边上另有一小型水闸采用相同地基处理方法，但由于抛石后立即进行上部结构的施工导致建成初期产生了约50 mm的沉降，通过对比可发现经过休止后的沉降比抛石后直接施工的要小的多.

通过本工程证实抛石挤压法在砂卵砾石、粉土等土层中不降水处理是可行的，同时抛石后视具体土层情况休止一段时间是非常有必要的.

参考文献：

[1] 江苏省水利勘测设计研究院.SL265-2001水闸设计规范[S].北京:中国水利水电出版社,2001.

[2] 交通部第一公路勘察设计院.JTJ017-96公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,1997.

[3] 卢国源.松木桩处理软土地基的设计与施工[J].现代企业文化，2009(14):139-140.

[4] 中国建筑科学研究院.JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[5] 中国建筑科学研究院.GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.