广州市某水闸地基沉降及其处理措施研究

郑道静

(广东河海工程咨询有限公司，广东 广州 510610)

1 工程区基本情况

工程区位于广东省中南部、珠江三角洲中部河网地带临海地区，东及北面沿珠江干流、狮子洋、虎门水道与广州市其他区、东莞市为界，西面以陈村水道、潭洲水道和洪奇沥与南海、顺德、中山市为界，南面临伶仃洋[1-3]。

工程区某泵站位于番顺联围南顺排涝片东端，大岗沥和潭洲沥河口。南顺排涝区主要包括灵山镇区以东飘风涌、大滘涌、中滘涌的控制区域，以及现状大岗镇所包括的全部区域，这也是潭洲沥和大岗沥的控制区域。该区域内除大岗镇区所在地有部分台地外，其他区域地面高程大都在-0.7～0.7 m，以田、塘为主，番顺联围内地势最高和地势最低的区域都位于该控制区。本片排涝区西南为洪奇沥水道，南临上横沥，北西蕉水道。

该排涝片水道环绕全围，河网密集，河流水位受潮汐影响。由于地势的多样性和河涌汇流的特殊性，使得该区是番顺联围排涝问题最复杂的区域[4-8]。

2 水闸地基沉降计算分析

2.1 水闸地基工程地质条件

2.2 计算方法和参数

分别选取闸室中心底板、岸墩底板计算地基最终沉降量。闸室及岸墩部位地基应力分布一般较均匀，地基底板压力选用完建工况地基反力平均值。计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各向同性均质线性变形体理论。因此采用《建筑地基基础设计规范》(GB 5007—2011)第5.3.5条公式进行地基最终沉降量计算，见式(1)：

(1)

地基沉降计算采用土层物理力学指标选用值见表1。

表1 地基沉降计算采用土层物理力学指标选用值

2.3 计算结果

计算结果见表2，闸室及岸墩沉降量及相邻部位沉降差均不能满足水闸正常使用要求，需进行地基处理。

表2 水闸地基沉降计算成果(基础处理前) mm

3 地基处理措施

闸址所在地区的地震基本烈度为7度，闸基自上而下分布约19.60～28.09 m厚淤泥质黏土、0.80～7.50 m厚粉细砂、其下为花岗岩。地基稳定存在如下问题：淤泥质黏土压缩性较大，地基土承载能力及抗剪强度低，闸室及连接建筑物整体抗滑稳定安全性差，易产生沉降及不均匀沉降；中部的粉细砂存在液化可能。为提高闸室安全性，需进行地基处理。

3.1 处理方案选择

由于基础软弱底层较厚，达20余米，根据广州地区工程经验，宜采用预制混凝土桩或水泥搅拌桩处理。

搅拌桩形成的复合地基方案较大限度地利用了原土，保证底板和土体接触，对地基沉降差的调节性较好。但其缺点也较为突出：搅拌桩复合地基物理力学性质受水泥掺入比、土质、搅拌质量等外界因素影响较大；淤泥及淤泥质土搅拌质量不稳定，变异系数相对较大，加固深度以不超过15～18 m为宜，在深厚软弱土层中结构沉降量和沉降差相对较大，且施工周期相对较长。

预制钢筋混凝土桩具有单桩承载力高，竣工后沉降量小，桩身质量易保证，工期短等优点。缺点主要是：易存在底板脱空渗流；结构边缘处容易产生沉降差；造价相对较高，且深厚淤泥中单桩水平向承载力低；桩距较密，施工中可能存在挤土效应等问题。

综合以上两种措施的优缺点，选择本工程基础处理方案：①在水闸、岸墩等重要部位采用预制混凝土桩-水泥土搅拌桩组合法加固，即由预制桩、水泥土搅拌桩及桩间土组成复合地基。采用搅拌桩对基地面以下浅层基础进行处理，提高其密实性以发挥承台底面及侧面的抗力作用，减小深厚淤泥施工对管桩的不利影响；采用管桩承担全部竖向力，桩端深入深层全、强风化花岗岩层中，以减小地基沉降量；桩顶设2 m厚中粗砂褥垫层，以调整复合地基的桩土荷载分配，同时也创造良好的施工条件。预制桩拟采用目前广东地区广泛应用的预应力高强混凝土管桩(PHC)。②在上下游堤段等部位采用搅拌桩加固。③为防止砂层受震后液化并加强地基抗渗性能，在闸室四周布置水泥搅拌桩进行封闭处理。④为减小基础不均匀沉降，对闸基础以下2.0 m换填中粗砂。

3.2 桩基布置

(1)闸室及岸墩。采用格栅状搅拌桩和预制桩组合法加固：预制混凝土桩为断面尺寸φ600 mm×130 mm的预应力高强钢筋混凝土管桩，桩长约35 m。桩顶嵌固于闸底板内5 cm，桩底穿透淤泥质土，进入强风化花岗岩不小于2 m，桩间距为2.30 m×2.38 m。搅拌桩桩长约20 m，桩顶距底板约10 cm，桩顶与底板之间设置C10混凝土垫层；桩直径0.5 m，栅格状布置，栅格间距2.30 m×2.38 m，置换率约0.3。

(2)闸室上游防渗段、护坦及下游消力池、海漫。为加强闸室水平向抗滑作用，闸室上游防渗段、护坦及下游消力池、海漫基础采用搅拌桩处理。桩长及桩距除考虑承载能力要求外，主要考虑控制变形量，协调各部分沉降差等。闸室上游防渗段、下游消力池部位桩长为18 m，桩顶与底板之间设置1 m厚中粗砂褥垫层，桩顶距底板约10 cm，桩顶与底板之间设置C10混凝土垫层；闸室上游护坦及下游海漫桩长15 m，桩顶与中粗砂垫层顶面齐平。搅拌桩直径0.5 m，正方形布置，间距为1.0～1.5 m，置换率约0.10～0.13。

(3)水闸上下游翼墙挡墙基础。水闸上下游翼墙挡墙基础采用搅拌桩加固，桩顶距底板约10 cm，桩顶与底板之间设置C10混凝土垫层。搅拌桩直径0.5 m，桩长20 m，采用栅格状与柱状结合布置方式，栅格间距2.0 m×3.5 m，柱状桩间距2.0 m，置换率约0.30～0.35。

(4)防渗搅拌桩。为防止砂土受震液化以及底板与基础间形成渗流通道，在水闸及两岸岸墩底板四周设90 cm宽双排水泥搅拌桩防渗墙，桩长约20 m，形成四周封闭系统。

(5)其他部位。为避免岸墩上下游护坡及墙后填土对岸墩及预制桩基础产生较大的侧压力，在岸墩上下游护坡两侧填土区一定范围内采用搅拌桩加固措施或换填中粗砂。

3.3 基础处理后的稳定及沉降分析

经基础处理后的闸室、岸墩抗滑稳定及沉降计算结果，见表3、表4。计算成果表明，基础处理后的闸室、岸墩抗滑稳定及沉降量、沉降差、地基承载力均满足规范要求。

表3 重建水闸沿建基面稳定分析成果(基础处理后)

表4 水闸地基沉降计算成果(预制管桩基础处理后) mm

4 结 语

(1)本文以广州市某水闸工程为实例，由于工程区洪潮灾害频发，为保护人民生命财产的安全并促进地区经济发展，建设水闸工程是十分必要的。

(2)该水闸地基沉降量大，处理前不满足规范的要求，经桩基加固处理后，闸室、岸墩抗滑稳定性及沉降量及地基承载力均满足规范要求。

(3)水闸地基稳定与安全贯穿于水闸工程建设的始终，建议工程建设与运行期间，关注沉降变形观测，采集、分析监测数据，发现异常及时采取处理措施。