论文部分内容阅读
东莞市水利勘测设计院有限公司 广东东莞 523000
摘要：水泥搅拌桩是水闸工程软基处理最为常用的方法之一，具有施工速度快、施工方便、工后沉降小等诸多优点。本文主要针对水泥搅拌桩在水闸处理中的应用展开了探讨，结合了具体的工程实例，对闸室结构设计和地基处理方案作了详细的阐述，并系统分析了观测成果，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：水泥搅拌桩；水闸；软基处理
所谓水泥搅拌桩，是属于复合地基处理方法中较常用的一种，是通过专用搅拌设备，将固化剂与地基土就地强制搅拌后，并在一定的时间通过水泥水化物与地基土间一系列的化学物理作用，从而形成有一定强度的水泥土固结体。而水泥搅拌桩在软土地基的处理中有着极大的帮助，特别是在水闸软基处理中。基于此，本文就水泥搅拌桩在水闸处理中的应用进行了探讨，相信对水闸软基的处理有一定的帮助。
1工程简介
某水闸主要功能是防洪、挡潮、排涝，解决本地区威胁最大的洪、潮和内涝等灾害，并担负灌溉及连接两岸交通等作用。该水闸是在原来的水闸上重建，新闸轴线距外江约28m。闸址基岩埋深在33m左右，基岩为白垩系（K）砂砾岩。基岩上第四系属海相冲积成因，为淤泥、淤泥质黏土、黏土、粉质黏土、粉细砂、中砂等。闸长为16.5m。水闸底板高程-2.50m。工作门选用直升平面钢闸门。交通桥宽为8m，桥面高程为4.90m。闸外江侧消力池长为8.0m，池深0.5m；内、外侧海漫段长度分别为10.0m、18.0m；内、外侧防冲槽宽均为6.0m。闸址场地的表层淤泥层很厚，抗滑、冲、震的稳定性差，地基的承载力差，作为本工程堤岸的持力层需先进行地基加固处理。
2闸室结构设计
2.1结构布置
闸室采用钢筋混凝土整体坞型结构，长16.5m，宽20.0m，中墩、边墩厚均1.0m。底板高程-2.50m，底板厚1.0m，闸墩顶高程4.90m。两边孔设置胸墙以降低闸门的高度，胸墙底高程1.5m。闸顶交通桥布置在闸室的内河侧，桥面宽8.0m。
2.2相关计算
2.2.1稳定计算
闸室基础底面高程为-3.50m，根据地质勘察，闸底板座落于淤泥层上，层厚8.20～13.25m，承载力建议值仅为40kPa。基础底面与地基土之间的摩擦系数取0.1。闸室的稳定分析按根据SL256-2001《水闸设计规范》进行。闸室各工况稳定计算结果见表1。
表1闸室稳定、应力计算结果
计算结果表明，闸室地基承载力、抗滑稳定均不满足要求，检修1、检修2工况地基应力不均匀系数也不满足要求，因此需进行地基加固处理。
2.2.2沉降计算
闸室沉降只验算闸室地基的最终沉降量。按SL256-2001《水闸设计规范》进行，地基沉降量修正系数，可采用1.6。地基压缩层计算深度按计算层面处土的附加应力与自重应力之比为0.1控制。经计算，加固前闸室地基最终沉降量为67.9cm，超过规范要求的15cm，需进行地基处理。
2.2.3防渗计算
闸底板座落于淤泥层上，该土层含较多粉砂薄层，渗透系数为4.99×10-6cm/s。根据《水闸设计规范》，需计算最大水头差下的水平段和出口段的渗流坡降。最大水头差为3.08m，闸室长16.5m，底板厚1.0m，下设1.2m深、1.0m厚齿坎。采用改进阻力系数法进行抗渗稳定性验算，经计算，闸基水平段渗流坡降为0.11，出口段渗流坡降为0.33。地基为淤泥按软黏土考虑，水平段、出口段规范允许值分别为0.35和0.65，故防渗设计满足要求。
3地基处理方案
3.1处理方案比选
根据闸室相关设计计算，闸室基底基础下的淤泥土的地基承载力不能满足规范要求，因此，必须对其地基进行基础处理。基础处理方案有：预应力混凝土管桩+水泥搅拌桩方案（方案一）、全套管灌注桩（方案二）及水泥搅拌桩方案（方案三）。各方案优缺点见表2。
表2闸室地基处理方案优缺点比较
经比较，水泥搅拌桩施工过程比较简单，施工质量易于控制，因此，推荐水泥搅拌桩方案为本工程选定方案。
3.2搅拌桩布置
根据地质条件和当地已经实施的同类工程经验，初步选用等级为42.5级的普通硅酸盐水泥为固化剂，水泥掺量暂定为15%～20%。初定与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值为1.2MPa。
搅拌桩在施工前应进行水泥土试验，以确定合适的相关参数。水泥搅拌桩采用准600mm@1200mm×1000mm，面积置换率为23.6%，长12m，桩尖高程-15.80m，位于淤泥质黏土中。为增强闸基的抗渗稳定，闸室底板四周布置了准600mm、长12m的密排水泥搅拌桩，形成防渗围封体系。
经计算，水泥搅拌桩单桩竖向承载力特征值138.3kPa，复合地基承载力特征值127.5kPa，复合地基沉降值为13.2cm。
根据工程经验，处理后的闸室基础底面与地基土之间的摩擦系数可达0.30以上，取0.30，则基础处理后闸室稳定分析成果见表3。
根据计算成果，经过水泥搅拌桩处理，闸室相关计算结果能满足规范要求。
4观测成果及分析
4.1测点布置
闸室底板上四角各布置沉降测点一只，编号为LD7′、LD8′、LD21′、LD22′，待闸室边墩浇筑到顶部后将底板各沉降测点引测至对应的边墩顶部，对应编号分别为LD7、LD8、LD21、LD22。
表3闸室稳定计算结果
闸室底板上的沉降测点自底板浇筑完成后开始施测，待上部结构施工完毕后引测至对应闸墩顶部。监测工作持续时间约为1年。
4.2观测成果
闸室段测点沉降量过程线见图1（2007-07-02，将底板的沉降引测至对应边墩顶部；2007-10-10，水闸实现通水），不同阶段测点发生的累计沉降量见表4。
4.3分析
（1）总体来说，水闸实现通水前后，闸底板各沉降测点沉降较为均匀，不均匀沉降量较小，通水前底板最大不均匀沉降量约23mm，通水后最大不均匀沉降量约25mm；通水后至监测末期，闸底板各测点均有下沉，最大沉降量约30mm；监测末期，闸底板各沉降测点的最大不均匀沉降量约27mm，底板累计最大沉降量约111mm，发生在LD21。闸室底板累计沉降量及不均匀沉降量满足要求。
（2）监测末期，闸室底板（闸墩）各测点的沉降测值趋于稳定，过程线趋于收敛。
（3）从2007-04-27～2007-05-13之间的监测成果来看，闸室底板（闸墩）的差异沉降主要由施工顺序造成，南侧闸室边墩（对应测点LD21、LD22）较北侧闸室边墩（对应测点LD7、LD8）先行浇筑完成，在此期间底板发生的最大差异沉降约28mm，底板测点发生的差异沉降主要由此产生。
（4）闸室底板（闸墩）在施工期间的沉降主要由水闸上部结构荷载的施加及墙后填土所致，在整个水闸施工期间，水闸底板（闸墩）一直因为这些因素在缓慢下沉直至监测末期趋于稳定。
5结语
综上所述，水泥搅拌桩是加固处理软基的方法之一，其具有施工机械轻便，工程造价相对低廉，施工间歇期短等优点，在水闸软基的处理中有着广泛应用。因此，我们必须要在施工过程中紧把质量关，并随时检查施工记录，还要验收水泥土搅拌桩的质量，以此保证施工质量，稳固水闸软基处理的进行。
参考文献：
[1]鹤立霞、沈霞、黄明雨.水泥搅拌桩在联胜新碶（软基水闸）中应用初探[J].中国高新技术企业.2010（34）.
[2]吕汉标.浅析水泥搅拌桩在软基处理中的应用[J].化工设计.2007（04）
摘要：水泥搅拌桩是水闸工程软基处理最为常用的方法之一，具有施工速度快、施工方便、工后沉降小等诸多优点。本文主要针对水泥搅拌桩在水闸处理中的应用展开了探讨，结合了具体的工程实例，对闸室结构设计和地基处理方案作了详细的阐述，并系统分析了观测成果，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：水泥搅拌桩；水闸；软基处理
所谓水泥搅拌桩，是属于复合地基处理方法中较常用的一种，是通过专用搅拌设备，将固化剂与地基土就地强制搅拌后，并在一定的时间通过水泥水化物与地基土间一系列的化学物理作用，从而形成有一定强度的水泥土固结体。而水泥搅拌桩在软土地基的处理中有着极大的帮助，特别是在水闸软基处理中。基于此，本文就水泥搅拌桩在水闸处理中的应用进行了探讨，相信对水闸软基的处理有一定的帮助。
1工程简介
某水闸主要功能是防洪、挡潮、排涝，解决本地区威胁最大的洪、潮和内涝等灾害，并担负灌溉及连接两岸交通等作用。该水闸是在原来的水闸上重建，新闸轴线距外江约28m。闸址基岩埋深在33m左右，基岩为白垩系（K）砂砾岩。基岩上第四系属海相冲积成因，为淤泥、淤泥质黏土、黏土、粉质黏土、粉细砂、中砂等。闸长为16.5m。水闸底板高程-2.50m。工作门选用直升平面钢闸门。交通桥宽为8m，桥面高程为4.90m。闸外江侧消力池长为8.0m，池深0.5m；内、外侧海漫段长度分别为10.0m、18.0m；内、外侧防冲槽宽均为6.0m。闸址场地的表层淤泥层很厚，抗滑、冲、震的稳定性差，地基的承载力差，作为本工程堤岸的持力层需先进行地基加固处理。
2闸室结构设计
2.1结构布置
闸室采用钢筋混凝土整体坞型结构，长16.5m，宽20.0m，中墩、边墩厚均1.0m。底板高程-2.50m，底板厚1.0m，闸墩顶高程4.90m。两边孔设置胸墙以降低闸门的高度，胸墙底高程1.5m。闸顶交通桥布置在闸室的内河侧，桥面宽8.0m。
2.2相关计算
2.2.1稳定计算
闸室基础底面高程为-3.50m，根据地质勘察，闸底板座落于淤泥层上，层厚8.20～13.25m，承载力建议值仅为40kPa。基础底面与地基土之间的摩擦系数取0.1。闸室的稳定分析按根据SL256-2001《水闸设计规范》进行。闸室各工况稳定计算结果见表1。
表1闸室稳定、应力计算结果
计算结果表明，闸室地基承载力、抗滑稳定均不满足要求，检修1、检修2工况地基应力不均匀系数也不满足要求，因此需进行地基加固处理。
2.2.2沉降计算
闸室沉降只验算闸室地基的最终沉降量。按SL256-2001《水闸设计规范》进行，地基沉降量修正系数，可采用1.6。地基压缩层计算深度按计算层面处土的附加应力与自重应力之比为0.1控制。经计算，加固前闸室地基最终沉降量为67.9cm，超过规范要求的15cm，需进行地基处理。
2.2.3防渗计算
闸底板座落于淤泥层上，该土层含较多粉砂薄层，渗透系数为4.99×10-6cm/s。根据《水闸设计规范》，需计算最大水头差下的水平段和出口段的渗流坡降。最大水头差为3.08m，闸室长16.5m，底板厚1.0m，下设1.2m深、1.0m厚齿坎。采用改进阻力系数法进行抗渗稳定性验算，经计算，闸基水平段渗流坡降为0.11，出口段渗流坡降为0.33。地基为淤泥按软黏土考虑，水平段、出口段规范允许值分别为0.35和0.65，故防渗设计满足要求。
3地基处理方案
3.1处理方案比选
根据闸室相关设计计算，闸室基底基础下的淤泥土的地基承载力不能满足规范要求，因此，必须对其地基进行基础处理。基础处理方案有：预应力混凝土管桩+水泥搅拌桩方案（方案一）、全套管灌注桩（方案二）及水泥搅拌桩方案（方案三）。各方案优缺点见表2。
表2闸室地基处理方案优缺点比较
经比较，水泥搅拌桩施工过程比较简单，施工质量易于控制，因此，推荐水泥搅拌桩方案为本工程选定方案。
3.2搅拌桩布置
根据地质条件和当地已经实施的同类工程经验，初步选用等级为42.5级的普通硅酸盐水泥为固化剂，水泥掺量暂定为15%～20%。初定与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值为1.2MPa。
搅拌桩在施工前应进行水泥土试验，以确定合适的相关参数。水泥搅拌桩采用准600mm@1200mm×1000mm，面积置换率为23.6%，长12m，桩尖高程-15.80m，位于淤泥质黏土中。为增强闸基的抗渗稳定，闸室底板四周布置了准600mm、长12m的密排水泥搅拌桩，形成防渗围封体系。
经计算，水泥搅拌桩单桩竖向承载力特征值138.3kPa，复合地基承载力特征值127.5kPa，复合地基沉降值为13.2cm。
根据工程经验，处理后的闸室基础底面与地基土之间的摩擦系数可达0.30以上，取0.30，则基础处理后闸室稳定分析成果见表3。
根据计算成果，经过水泥搅拌桩处理，闸室相关计算结果能满足规范要求。
4观测成果及分析
4.1测点布置
闸室底板上四角各布置沉降测点一只，编号为LD7′、LD8′、LD21′、LD22′，待闸室边墩浇筑到顶部后将底板各沉降测点引测至对应的边墩顶部，对应编号分别为LD7、LD8、LD21、LD22。
表3闸室稳定计算结果
闸室底板上的沉降测点自底板浇筑完成后开始施测，待上部结构施工完毕后引测至对应闸墩顶部。监测工作持续时间约为1年。
4.2观测成果
闸室段测点沉降量过程线见图1（2007-07-02，将底板的沉降引测至对应边墩顶部；2007-10-10，水闸实现通水），不同阶段测点发生的累计沉降量见表4。
4.3分析
（1）总体来说，水闸实现通水前后，闸底板各沉降测点沉降较为均匀，不均匀沉降量较小，通水前底板最大不均匀沉降量约23mm，通水后最大不均匀沉降量约25mm；通水后至监测末期，闸底板各测点均有下沉，最大沉降量约30mm；监测末期，闸底板各沉降测点的最大不均匀沉降量约27mm，底板累计最大沉降量约111mm，发生在LD21。闸室底板累计沉降量及不均匀沉降量满足要求。
（2）监测末期，闸室底板（闸墩）各测点的沉降测值趋于稳定，过程线趋于收敛。
（3）从2007-04-27～2007-05-13之间的监测成果来看，闸室底板（闸墩）的差异沉降主要由施工顺序造成，南侧闸室边墩（对应测点LD21、LD22）较北侧闸室边墩（对应测点LD7、LD8）先行浇筑完成，在此期间底板发生的最大差异沉降约28mm，底板测点发生的差异沉降主要由此产生。
（4）闸室底板（闸墩）在施工期间的沉降主要由水闸上部结构荷载的施加及墙后填土所致，在整个水闸施工期间，水闸底板（闸墩）一直因为这些因素在缓慢下沉直至监测末期趋于稳定。
5结语
综上所述，水泥搅拌桩是加固处理软基的方法之一，其具有施工机械轻便，工程造价相对低廉，施工间歇期短等优点，在水闸软基的处理中有着广泛应用。因此，我们必须要在施工过程中紧把质量关，并随时检查施工记录，还要验收水泥土搅拌桩的质量，以此保证施工质量，稳固水闸软基处理的进行。
参考文献：
[1]鹤立霞、沈霞、黄明雨.水泥搅拌桩在联胜新碶（软基水闸）中应用初探[J].中国高新技术企业.2010（34）.
[2]吕汉标.浅析水泥搅拌桩在软基处理中的应用[J].化工设计.2007（04）