粉体喷射搅拌法在水闸软地基施工中的应用及质量控制

　　摘要：合理的施工方案，严格的施工过程控制，是保质施工质量的关键所在。作为水利基础设施，水闸直接关系着民生大计。文章主要对水闸施工中遇到软土基时应注意的问题及施工时的管理措施进行了探讨。
　　关键词：粉体喷射搅拌法，水闸，软地基，施工控制
　　前言
　　水闸通常建在河道、渠道及水库、湖泊岸边，具有挡水和泄水功能。水闸多数是低水头水工建筑物，挡水高度一般不超过15m，上下游最大水位差一般不大于10m。众多水闸的修建，在防洪调度、排除涝水、挡潮蓄淡、农业灌溉、水产养殖、城镇工业和居民生活供水等除害兴利方面发挥了巨大社会效益和经济效益，属于不可缺少的水利基础设施。
　　1软土地基上水闸设计和施工时应解决问题
　　(1)选择适宜的闸址；
　　(2)选择与地基条件相适应的闸室结构形式，保证闸室及地基的稳定：做好防渗设计，特别是上游两岸连接建、构筑物及其连接部分，要在空间上形成防渗整体；
　　(3)做好消能、防冲设计，避免出现危害性的冲刷；
　　(4)选择适合的软基处理和施工方法，高质量的完成闸基施工。
　　2水闸施工中软基处理方法及相应问题处理
　　在水闸施工中对软基处理的方法有很多，如钢筋砼灌筑桩、碎石振冲桩、粉体喷射搅拌法等，每一种处理方法都有自己的特点，现以一实例来说明粉体喷射搅拌法在水闸软基处理中的应用及相应问题的处理。
　　3工程介绍
　　该水闸以分洪为主，设计分洪流量2000m3/8，并兼有蓄水和引水作用，单孔净宽8m，共分14孔，闸室为钢筋砼胸墙式结构，底槛高程15.37m，胸墙底高程21.37m，闸室高10.5m，顺水流向长20m，闸室上游采用半径为20m的圆弧型翼墙，下游采用缓变曲线型翼墙，翼墙挡土高度10.5m，采月钢筋砼格仓式结构。
　　工程位于某冲积平原土，揭露的地层均为冲积、淤积层，具有较为典型的河流相冲淤积地层特征(即颗粒质结构大致呈上细下粗)，钻探资料所揭示韵地层来看，闸室底板以下地层分布如下：
　　第一层：灰黄色淤质量粉质壤土，淤质粉质粘土，流塑、软塑状，饱和、高压缩性。
　　第二层：黄、棕色重粉质壤土，粉质粘土，硬塑状，中偏低压缩性。
　　第三层：极细砂、细砂，黄色、中密状。场地地下水有两种类塑。①、②层地下水为潜水，水位高低主要受大气降水、河水位影响，雨季稍高，约18～19.2m③层以下地下水具有承压性，第二层重粉质壤土为完整的隔水层，据大范围地质钻孔资料分析，该层含水与河槽不直接连通，地下水位主要受潜水越流补给，也下水位约17.5～18.5m。
　　4地基处理设计
　　(1)确定方案
　　闸室、岸墙及上游翼墙均座落于第一层淤质土层上，天然地基承载能力仅70，而它们的基底承压力分别达到了100、190和200。显然需采取加固措施。设计中曾考虑了钢筋砼灌注桩、碎石振冲桩和粉体喷射搅拌法等方案，认为采用灌注桩需钻穿第三层隔水层，引起该区域水文地质条件变化，给以后的管理运行带来复杂的不稳定因素。采用碎石振冲桩虽可解决承载力问题，但其抗渗性能差，易产生渗透变形，而本闸防洪期持水水头差又较大，粉体喷射搅拌法不仅可以提高地基承载力，抗渗性能好，而且造价低，只要严格按设计要求控制进尺、喷粉量，采用全程复搅使桩身均匀，同时解决好桩底水泥土与下卧硬土层的结合问题，该方案完全可以满足水闸的承载力和沉降要求。
　　(2)设计计算
　　根据搅拌桩的作用机理可知，所形成的水泥土桩体与桩周土组成复合地基共同承担建筑物荷载。由于二者刚度相差较大，桩体与桩问土如何分担建、构筑物荷载是较为复杂的问题，目前，可按下列经验公式计算：
　　
　　
　　式中：—复合地基承载力标准值()
　　桩间土承载力标准值()
　　—桩土置换率
　　—水泥土桩体横截面积(m2)
　　—桩问土承载力拆减系数，桩间为硬土可取0.1—O.4
　　—单桩竖向承载力(KN)
　　—复合地基压缩模量()
　　—桩间土压缩模量()
　　—桩土应力比通过计算，闸室底板、岸墙及上游翼墙桩土置换率分别为0.196、0.348和0.40，均采用正方形布置，桩径0.5m，桩距依次为1.Om、0.75m各O.70m。考虑到水闸岸墙及引堤超载影响，为减少岸墙后引堤超载引起的后仰沉降量，岸墙后另布置三排护桩，其他结构底板轮廓外布置一排护桩。
　　5施工技术
　　粉体喷射搅拌法地基加固技术成本低、工效快，曾大量应用于工民建工程，后因其喷粉量、搅拌均匀性等不易控制，一般重要建、构筑物特别是水平荷载较大的水利工程均不再推荐采用。
　　(1)工艺性试桩
　　为保证工程桩的成桩质量，在正式实施粉体喷射搅拌法之前，均应按设计确定的初步施工工艺设置工艺试验桩。
　　该闸共布置了1O根工艺性试桩，两根为一组，分别进人硬土层0.5m和1.Om，半程复搅和全程复搅。以不同的钻进速度和提升速度、喷灰时间、钻机电流等参数成桩，试桩7天内，在搅拌桩d/4位置钻孔取芯，重点观察桩底与硬土层结合面、桩进人硬土层质量、桩身的均匀性，最后确定了详细的成桩工艺：①桩身进人下卧硬土层0.5m，此时钻机电流约65A：②钻进和提升速度不大于，③成桩采用全程复搅：④钻头到桩底时原地旋转，开启灰罐再间隔10s后，钻杆提升工艺性试桩所确定的参数，为施工、监理单位提供了操作性很强的量比指标，为保证工程质量提供了可靠的依据。
　　(2)工程桩施工
　　粉喷桩的质量除设计因素外，关键还在于施工质量该闸为I级构筑物，在整个实施过程中，施工单位成立了以项目经理为组长的地基处理领导小组，监理单位全程旁站监理，设计单位长驻工地配合，严格按照工艺桩所确定的各种参数有序施工，在一个月时间内顺利完成了4875根粉喷桩施工，经对根101桩的抽样轻便触探试验和静载试验，施工质量满足设计要求，达到了预期目的。
　　(3)加固效果
　　该闸天然地基承载力仅为70(试验值为72)，而闸室、岸墙及上游翼墙基底压力分别达100、190和200，尽管基础下卧压缩层不厚，但天然地基沉降量理论计算值分别达到了30mm、141.2mm和155mm，闸室与岸墙沉降差高达11Omm，将严重影响闸门的开启和封水效果。该闸完工近一年，采用粉体喷射搅拌法固桩后，经沉降观测，闸室最大沉降量为13mm，岸墙为18mm，闸室与岸墙沉降差仅为5mm，且从沉降曲线分析，已趋于稳定。超预期达到了加固效果。
　　6粉体喷射搅拌法在水闸软基处理中的经验总结
　　粉喷桩一种高效、经济和安全的地基处理技术，不仅可用于一般工业与民用建筑以及交通工程，同样可用于大型水利工程。设计和施工中应注意以下几点：
　　(1)适当地层条件
　　拟加固的软土地层厚度一般应小于1Om，且下卧硬土层天然地基承载能力以大于l50为宜，桩底进人硬土层的深度应视硬土层含水量、强度、通过下艺桩取样试验确定，务必保证硬上层内桩体搅拌均匀、固结良好和桩尖与硬土层的良好接触，避免因硬土层内含水量过小，固结差而导致削弱桩体强度。
　　(2)桩身均匀控制
　　一般操作规程规定，粉喷桩复搅深度为l/2桩长或1/3桩长，从工艺桩取芯结果看，一次喷粉提升成桩桩体水泥土搅拌均匀性差，“干层”现象严重，影响了桩身强度，为保证桩身均匀性应采用全程复搅工艺成桩。
　　(3)钻杆提升时间
　　为保证桩尖成桩质量，钻至桩底后。钻机应在原地旋转l～2，打开灰罐后，应使粉体水泥从喷咀喷粉后才能提升，水泥干粉从钻口到喷咀的时间与连接两者的皮管长度和空气压力有关，应由试验确定。
　　(4)护桩
　　粉喷桩为复合地基，其加固范围不能局限于基础轮廓线范围以内，周围均应布置护桩，特别对于由引堤与岸墙连接的布置形式，岸墙后引堤基础适当范围之内也需加固，其范围应由计算确定，以引堤荷载引起的沉降曲线不影响岸墙为宜，避免水阐岸墙后仰变形。
　　（5）精心施工
　　粉喷桩为隐蔽工程，成桩质量不易认定，极易造成喷粉量不足，进尺不够，搅拌不均匀等质量事故，因此必须严格按设计和艺试桩参数施工。
　　7结论
　　水阐作为蓄水和排涝建筑物，在现今社会中的作用越来越大，不仅关系到人民的财产和生命安全，也是地方经济发展的保证，有些水阐工程管理和运用中容易忽视的问题，这就需要水阐技术人员和管理人员肩负起应有的职责，把利国利民的水阐工程管理好、维护好、发挥水利工程的社会公益效益。