| 标题 | 水闸工程采用粉喷桩地基处理特殊性的探讨 |
| 范文 | 摘要：根据《建筑地基处理技术规范》（J220-2002）（以下简称规范）对水闸地基采用水泥土搅拌法进行地基处理，有很多成功的例子，也有失败的教训。本文根据涡河近期治理工程在淤泥地基上新建的三座涵闸实施经验，从水闸地基承受竖向作用、水平作用及防渗等功能方面以及施工方面，探讨粉喷桩在水闸地基处理上应用的特殊性。 关键词：粉喷桩；滑动破坏；褥垫层；硬壳层工作面 涡河近期治理工程在其支流上新建的赵王河闸、武杨河闸、田沟闸均在原河道淤泥地基上建闸，淤泥厚度3～6m，设计采用粉喷桩地基处理，处理结果基本上是成功的。由于水闸本身的特点，在处理的过程中也碰到了很多问题，由此积累不少经验教训。 1 粉喷桩的概念 粉喷桩是《建筑地基处理技术规范》（J220-2002）（以下简称规范）中水泥土搅拌法的粉体喷射法的简称，适用于处理含水率大于30%正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、黄土、素填土、粘性土及无地下水流动的饱和松散砂土等地基。它是利用喷粉桩机，将水泥干粉喷入软弱基土中，并在原位进行强制搅拌，通过水泥和土的一系列复杂的物理化学作用形成水泥土桩体，与桩间土共同作用形成复合地基，达到提高承载力和减少沉降的目的。该技术成本低、工效快，曾大量运用于铁路、建筑工程地基加固。本文对按照规范正常的设计施工不再赘述，仅对水闸地基加固的特殊性进行探讨。 2 土质适用的性 规范规定粉喷桩适用于正常固结的淤泥与淤泥质土，原河道淤泥地基的含水量一般从上至下逐渐减少，特别是表面有一层含水量大于50%的淤泥，该层厚度一般在500～1000mm，下部淤泥含水量小于50%，属于淤泥质土。淤泥质土形成一般都有几十年了，应该算是正常固结的，故水闸淤泥地基采用粉喷桩处理应该是没有问题的。 水闸地基处理均需在淤泥上填筑工作面，表层淤泥不管设计者是否考虑处理，但实际上该淤泥层早在其上填筑粘土工作面时，由于其高流动性，已被部分挤淤。但由于其高含水率，严重影响了施工硬壳层的形成，下文将会述及。 3 抗滑问题 淤泥的抗剪强度很小，由于水闸承受水平水压力或地震作用，复合地基有可能沿某一滑动面产生滑动破坏，就象滑坡一样，桩体和桩间土均发生剪切破坏。 规范明确规定：水泥土搅拌桩只承受竖向力，因此抗滑问题是粉喷桩在水闸工程中应用理论上的一个最大障碍。从定性上说，桩体有加筋作用，提高土体的抗剪强度，增加土体的抗滑能力，但没有定量标准，计算上水平力只能由淤泥承受。如果通过核算淤泥的抗剪强度不满足要求，而水平力又不能由其他措施承担，则该法不能使用。特别是大型水闸，为解决砼伸缩及地基不均匀沉降问题，其结构一般是分体式的，中部各结构段的水平力将全部转移到淤泥地基上。小型水闸一般为整体式结构，水平力可以通过岸墙及齿墙传入两岸土堤，容易解决这个问题。可能就是因为理论上的这些问题，江苏省限制了水泥粉喷桩在水闸等水工工程中的应用。江苏省水利厅 “苏水科[2002]1号”文规定了水泥粉喷桩适用范围：水泥粉喷桩仅适用于堤坝地基和路基稳定加固处理，对涵闸、泵站、码头等水工建筑物地基处理暂停使用。我个人对这一刀切的方法也不赞成，对整体式结构的水闸，水平力有地方传递的，粉喷桩对于特定的淤泥地基不失为一种对提高竖向承载力有效的并较为经济的地基处理方法。 4 褥垫层的材料的选择 为调节桩、土相对变形，避免荷载引起桩体应力集中，有效保证桩体正常工作，规范规定基础下面应设置砂石褥垫层。水闸闸基是有防渗要求的，设计者一般改砂石褥垫层为粘土褥垫层。从已建的涵闸来看，这个处理方法是成功的。 5 施工条件符合性 规范11.3.1条规定：水泥土搅拌桩施工现场事先应予以平整，必须清除地上和地下的障碍物。遇到明浜、池塘及洼地时应抽水和清淤，回填粘性土并予以压实，不得回填杂填土或生活垃圾。不言而喻，粉喷桩机是需要一个硬壳层工作面的。其实这本规范属于建筑部门的行业规范，水泥土搅拌法地基处理技术在建筑上主要用于提高表层或地基软弱夹层的竖向承载力。运用到在河道淤泥地基上建闸这个特殊环境，机械工作面成了一个大问题。设计者在解决这个问题时，往往很笼统，例如赵王河闸仅提出在河道淤泥上填筑1.5m厚粘土作为工作面，压实度0.92。施工单位也没有深入认真研究，在围堰筑成，河水抽干，降水成功之后，即开始填土。由于表层淤泥的含水量高，覆盖在淤泥上的粘土因吸水太多压实时形成弹簧土，搅拌机在工作面上不断移动时，由于工作面的弹簧作用，扰动了下面的淤泥，使之成为流动状态，淤泥发生了层间位移，致使深槽部位产生断桩。后来分析认为，在填土之前，应将河道表面的含水量大于50%约500mm厚的淤泥用泥浆泵清除掉,方可形成施工所需的硬壳层工作面, 如果工作面未形成硬壳层，达不到施工要求,绝对不能施工。 6 施工注意事项 施工时除了需要硬性工作面之外，还要注意正确控制桩长。由于河道往往有深槽存在，有时深槽是很窄的，地质勘探不一定勘测清楚，如果仅仅按照地质剖面图控制成桩深度，可能造成浮桩。在《建筑桩基技术规范》里，对锤击沉桩既要控制桩端标高，又要控制贯入度，即所谓的双重控制。同样为保证粉喷桩进入持力层，在桩长的控制之外，还要根据搅拌机的即时功率判断粉喷桩是否进入持力层。根据施工经验，对于PH-5AP型搅拌机，以III档60A后再打不小于1.0米深度为宜。 参考文献 [1]《建筑地基处理技术规范》（J220-2002）. [2]江苏省水利厅文件“苏水科[2002]1号”. [3]《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008). 作者简介：程俊青（1969.2～），男，工程师，目前从事水利工程建设与管理。 汪礼宏（1962.8～），男，一级注册结构工程师，目前从事水利工程监理工作。 |
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