1 引言

水閘建設(shè)工程自興起后在我國快速發(fā)展， 并取得了較大的成果和進步。 但在水閘工程建設(shè)的過程中，由于地基處理設(shè)計工作存在欠缺所導致的安全問題時有發(fā)生。 一方面水閘工程施工區(qū)域地質(zhì)條件較差，影響了混凝土質(zhì)量與巖石穩(wěn)定性；一方面地基容易受到施工階段的影響，造成地基沉降等問題，影響整體穩(wěn)定性。 針對水閘地基處理內(nèi)容，國內(nèi)外不少學者進行了相關(guān)的研究，在以往的研究當中，學者大多集中于水閘地基處理中樁基處理方法的應(yīng)用以及針對軟土地基的處理方法研究上，為了更好地處理水閘地基，本文以實際工程為例，對比多個地基處理方法，對其加以深入研究。

2 水閘地基處理設(shè)計常用方法

2.1 樁基處理法

樁基處理法結(jié)合圍封施工主要針對液化砂性土地基區(qū)域。 在實際水閘工程中， 若是液化層的厚度較低且整體較淺時，可以直接采用圍封方式處理。 一般來說，圍封的深度要超過液化層，通過高壓擺噴的方法設(shè)計圍封墻。 通常情況下，圍封墻可以使用三管法高壓擺噴折接的方法設(shè)置， 控制噴射的方向與軸線之間形成25°的夾角，30°的擺角。 通過以上方式所設(shè)置形成的圍封墻墻體的抗壓強度要高于3 MPa， 最小厚度大于0.2 m，且滲透系數(shù)符合i×10-6m/s（i 為1~5），允許滲透比降值高于40。 若是液化層厚度較高、整體較深時，可以在閘板的下方使用混凝土灌注方法設(shè)計樁基礎(chǔ)， 利用樁基提高地基的承載力，以此避免在受到外界影響時地基出現(xiàn)液化現(xiàn)象，降低其穩(wěn)定性，影響水閘整體的安全。

2.2 強夯法

強夯法可快速加固地基， 在地基高處位置給予其巨大的振動和沖擊，以此排出地基中的氣體，達到密實效果，將其中的液體排出，使地基中的各個組成部分重新排列組合，形成預變形，進而提升地基土的性質(zhì)，提高地基整體的穩(wěn)定性。

2.3 墊層法

墊層法（見圖1）處理設(shè)計地基應(yīng)用范圍較為廣泛，其主要在于通過改變地基的應(yīng)力分布進而改善其穩(wěn)定性， 同時實現(xiàn)塑性變形基礎(chǔ)還原。 墊層法重點計算和確定墊層的寬度和厚度，核算地基承載力。 一般來說，在水閘工程中，墊層地面的壓力應(yīng)小于地基的承載力， 若其厚度過小， 則難以起到緩沖作用。 選擇墊層材料盡量就地取材，結(jié)合成熟技術(shù)，便于施工的進行。 通常情況下，必須選擇良好的粗砂和中粗砂，通過振動使其達到密實狀態(tài)。 比如，一個水閘的地基使用厚3.9 m 的中粗砂，使用水振法振動后達到密實狀態(tài)，相對密度在0.9 左右，最大干密度達到將近1.9 g/cm3，使其滿足施工要求。 墊層法尤其注意盡量避免使用細砂或砂質(zhì)壤土， 由于其不均勻系數(shù)較高，在振動作用下很容易液化。

圖1 墊層法地基處理

2.4 沉井法

沉井法在地基處理設(shè)計施工中十分常見，應(yīng)用較為廣泛，在水閘工程中不僅可以提高地基的承載力， 還能夠解決地基的滲透變形問題，對于后續(xù)開挖工程十分有利。 沉井法最常用于上部為流沙層或軟土層， 下部為巖石下臥層或硬土的水閘地基類型，且在施工時需將沉井放置在硬土層表面。 若是水閘地基中的巖層表面傾斜度較大或有障礙物難以清除時， 要避免使用沉井法。 為了避免在地基處理設(shè)計施工中，使用沉井法時遇到流沙地層出現(xiàn)沉井偏斜、沉陷等問題，影響施工的正常進行，甚至造成地基下沉或邊坡塌方等嚴重問題。 在設(shè)計過程中， 要注意以下地層情況的處理： 粉沙土層中粉粒含量超出75%、黏土顆粒含量低于10%；土層中粉沙層或亞黏土層厚度大于25 cm；土層含水量超出30%、土層孔隙率低于43%[1]。

2.5 振動水沖法

地基處理設(shè)計工作中， 振動水沖法能夠產(chǎn)生較好的效果，能夠降低地基的沉降量，提高地基的承載力。 該方法對于飽和砂土而言，更是能夠提高其抗振動能力，避免液化情況出現(xiàn)。 振動水沖法相對來說施工較為簡便、效率較高且成本較低。 通過向振沖孔內(nèi)添加填料，將其擴擠成樁進而對地基起到振沖效果，尤其對于沙壤土地基或砂土地基效果更加。 但整體而言，該方法不適用于抗剪強度較低、含水量較大的軟黏性土地基的處理。

3 水閘地基處理設(shè)計方法對比

3.1 工程概況

本次研究工程以甘肅省某水閘軟土地基處理設(shè)計為例，該水閘負責除澇、水資源調(diào)度和應(yīng)急通航等多項功能。 水閘共有3 孔，孔的總寬度為60 m，是甘肅地區(qū)較大的水閘工程。 該水閘工程的孔跨徑較大，且閘首的兩側(cè)均為高填土，其高度甚至達到了14 m 左右。 為了減低孔跨徑過大在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大應(yīng)力，工程采用了分離式孔跨結(jié)構(gòu)，中間孔位置屬于獨立底板，兩邊孔為整體結(jié)構(gòu)。 對于該水閘工程而言，最容易出現(xiàn)的地基問題即為不均勻沉降或變形移位等，影響水閘的安全運行。

該水閘的閘室底板底高程在-4.0 m，水閘整體位于灰色砂質(zhì)粉土層，閘室的底板厚度相對較薄，最薄的位置只有2 m 左右厚，其下部所處的灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土屬于軟弱下臥層，厚度較高，且土質(zhì)一般。 針對水閘地基的地質(zhì)條件，結(jié)合工程要求和標準，進行相應(yīng)的地基處理設(shè)計工作。 具體土層性質(zhì)如表1 所示。

表1 土層性質(zhì)參數(shù)表

3.2 總體設(shè)計思路

該水閘工程在地基處理設(shè)計中， 主要解決孔兩邊的不均勻沉降問題以及孔之間的差異沉降問題。 由于該工程的閘首回填土高度過高， 閘中孔閘室的兩邊載荷分布情況十分不均勻，因此必須及時采取相應(yīng)的措施，以避免造成閘室出現(xiàn)嚴重的不均勻沉降或變形問題，影響水閘的穩(wěn)定運行。 對此，閘首的結(jié)構(gòu)部分在處理設(shè)計地基時， 應(yīng)盡量降低其兩側(cè)的高填土高度，并降低兩孔邊和兩孔之間的不均勻沉降問題[2]。 整體而言，主要包括以下幾方面設(shè)計：（1）在邊孔兩側(cè)設(shè)置空箱岸墻結(jié)構(gòu)， 承擔部分高填土產(chǎn)生的壓力， 降低閘室的承載負擔。（2）使用復合地基加固方法處理岸墻后側(cè)的引堤地基，降低整體結(jié)構(gòu)與引堤間的不均勻沉降現(xiàn)象。 （3）根據(jù)上部建筑結(jié)構(gòu)情況，針對性地加寬邊孔閘室底板，在靠岸一側(cè)設(shè)置6 m 的空箱結(jié)構(gòu)，另一側(cè)向中孔外挑2.5 m，并適當增加孔底板寬度，降低沉降現(xiàn)象。 （4）提升樁基布置，降低閘室底板不均勻沉降現(xiàn)象。

3.3 地基處理設(shè)計方法及對比

在該水閘工程中，閘首主體結(jié)構(gòu)位置的地基處理和引堤高填土位置的地基處理占據(jù)更為重要的地位，因此，為了實現(xiàn)更好的施工效果，使用分段的方式處理設(shè)計地基，設(shè)計針對性施工方案。 首先，完成閘首主體結(jié)構(gòu)的地基處理設(shè)計，在這一過程中，不改變引堤地基的處理方法。 其次，完成引堤地基的回填土基礎(chǔ)地基處理設(shè)計，這一過程中，閘首主體結(jié)構(gòu)的地基處理設(shè)計采用上述方法，控制變量，完成地基處理方法的研究和對比。

3.3.1 閘首主體結(jié)構(gòu)地基處理設(shè)計

該部分地基處理設(shè)計中， 主要采取不同的樁基結(jié)構(gòu)布置方法，對其加以對比和分析。 在此過程中，全部使用攪拌樁的方法處理岸箱地基。 方案一：中孔樁基設(shè)置15 m 鋼筋混凝土方樁和滿堂疏樁、 邊孔樁基設(shè)置27 m 的鋼筋混凝土方樁、滿堂布置、邊孔結(jié)構(gòu)位置設(shè)置6 m 左右的空箱結(jié)構(gòu)、岸箱采用三軸攪拌樁復合地基處理方式。 引堤中，4.5 m 以下部分采用復合地基處理，以上部分采用素填土方式。 方案二：中孔樁基無孔設(shè)置，其余處理方式不變。 方案三：邊孔樁基將樁基集中布置于閘墩下方，其余處理方式不變。 方案四：邊孔結(jié)構(gòu)處理中不設(shè)置空箱結(jié)構(gòu)，其余處理方式不變。 通過以上處理方式，對比沉降情況如表2 所示。

表2 不同方案沉降及內(nèi)力情況

通過數(shù)據(jù)信息對比情況可以發(fā)現(xiàn)，在地基處理中，取消中孔底板樁基對整個閘首的變形沉降情況影響較??； 對于邊孔布樁不均勻會導致孔內(nèi)力降低，但對整體閘首變形沉降情況影響較?。蝗∠吙卓障淠軌虼蠓忍嵘吙變?nèi)力，但同時會很大程度上影響閘首的變形沉降情況[3]。 由此可以分析出，對閘首主體結(jié)構(gòu)處理設(shè)計地基時，設(shè)置6 m 的空箱結(jié)構(gòu)，取消中孔底板樁基并按照不均勻布樁的方式處理邊孔底板效果更佳。

3.3.2 岸墻地基與墻后填土處理

該工程中，針對岸箱的地基處理設(shè)計，選擇使用鋼筋混凝土方樁和復合地基加以對比。 其中，復合地基處理方式中，使用三軸攪拌樁處理岸箱地基，不斷加深岸箱深度，使其深度約為25 m。 鋼筋混凝土方樁處理方法主要將鋼筋混凝土方樁作為基礎(chǔ)，設(shè)置27 m 的樁基，對于岸墻后的引堤使用三軸攪拌樁的方式處理和加固，對于4.5 m 以上范圍的引堤采用輕質(zhì)回填土和常規(guī)填土的方式加以處理即可。 方案一：中孔無樁，邊孔為27 m 方樁不均勻分布， 岸箱采用三軸攪拌樁復合地基，引堤4.5 m 以上常規(guī)回填土，以下復合地基處理。方案二：引堤4.5 m 以上輕質(zhì)回填土，其余不變。 方案三：岸箱27 m 方樁，其余與方案二一致。方案四：27 m 方樁，其余與方案一一致。通過處理結(jié)果，對比分析如表3 所示。

表3 不同方案沉降及內(nèi)力情況

通過對比分析可以看出， 方案一的岸墻沉降情況較為嚴重，其余方案的沉降量相對較低，但方案二中的邊孔底板會產(chǎn)生較大的位移情況；使用輕質(zhì)回填土可有效降低沉降量，且施工經(jīng)濟性較高； 使用鋼筋混凝土方樁處理岸箱效果要好于復合地基處理方法，可有效降低不均勻沉降現(xiàn)象，但會產(chǎn)生相對較大的底板位移。

4 結(jié)語