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水闸基础地震液化处理方案

杨铎

河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司,天津市,300220

摘要: 本文结合某水闸设计,对水闸基础地震液化处理方案进行探讨。
关键词: 水闸;地震液化
DOI:10.12721/ccn.2023.157099
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1设计概况

水闸现状为9孔开敞式闸桥一体结构,闸孔为5深孔4浅孔,桥宽5m,上下游浆砌石护坡,安全鉴定为四类闸,需拆除重建。重建后水闸为开敞式闸桥。水闸设计过流量为120m³/s,孔口单孔净宽4.5m,共5孔,建筑物总长79m,由上游连接防护段、闸室段、下游连接段三部分组成。上游连接段总长24m包括:素混凝土防护段和钢筋混凝土铺盖段。闸室段长15m,为5孔一联的钢筋混凝土结构,单孔净宽4.5m,总宽29.3m。下游连接段长40m,包括消力池段、海漫段和防冲槽段。

地质、地层条件:闸位地层分布主要为素填土、粉砂土层及壤土等。水闸基础位于粉砂土层。根据地质勘察成果,地基中粉砂土层为可液化层,为建议采取抗液化措施。粉砂土层底深3.8~3.3m。

2处理方案比选

在饱和的砂土中,由于振动引起颗粒的悬浮,超静孔隙水压力急剧升高,直到其孔隙水压力等于总应力时,有效应力为零,砂土的强度消失,砂土呈液体流动状态,即为液化。根据液化机理及各穿堤建筑物的受荷特点、地基特性等具体情况,对围封、换填、强夯和砂桩挤密四种地基处理方案进行了比选。

围封法。在建筑物四周可能液化的砂层内用板桩、搅拌桩或旋喷桩进行围封,切断封闭区域外侧液化砂层对地基的影响,可大大减少地基中砂土液化的可能性。

换填法。将基础底面以下一定范围内可液化的土层全部挖走,然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土及其它稳定材料,并夯实至要求的密度。换填厚底宜为0.5~3m。

强夯法。利用起重设备将夯锤提升到一定的高度,然后自由下落,以一定的冲击能量作用地基,在地基土里产生极大的冲击波,克服土颗粒间的各种阻力,使其地基密实,从而提高强度,减少沉降,提高抗液化能力。

砂桩挤密法。通过振动、冲击和水冲等方法在软弱地基中成孔后通过振动和冲击把砂挤入土中,形成大直径的密实砂柱体,增加被加固土层的密实度,降低地基液化的可能性。

根据上述四种地基处理方案的特点,结合天然地基稳定性的具体情况,考虑到本工程地基处理范围较少,层厚较厚,因此推荐采用围封法进行处理。根据以往工程经验,采用水泥土搅拌桩连续墙围封法对建筑物可液化土层进行地基处理。

水泥搅拌桩地连墙围封布置闸室轮廓四周基础外围0.5m。搅拌桩水泥掺量不小于15%,桩径0.6m,桩距0.4m,套接部位最小厚度不小于0.4m,搅拌桩伸入非液化土层0.5~1.5m。

3水泥搅拌桩地连墙围封施工

(1)材料

水泥土搅拌桩选用42.5普通硅酸盐水泥,水泥品种和外加剂的品种,必须符合现行国家标准的规定。

(2)试桩要求

水泥土搅拌桩基础处理工程正式施工前须进行试桩,确定制桩的工艺、水泥掺入比、最佳的搅拌次数、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度、复搅深度以及桩的均匀性等。

(3)技术指标

水泥土搅拌桩及处理后的复合地基应满足下表的指标要求。

水泥土搅拌桩技术指标

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(4)施工工艺流程

工程采用水泥土搅拌法湿法施工,其主要步骤:

1)搅拌机械就位、调平;

2)预搅下沉至设计加固深度;

3)边喷浆边搅拌提升至预定的停浆面;

4)重复搅拌下沉至设计加固深度;

5)根据设计要求,喷浆或仅搅拌提升直至预定的停浆面;

6)关闭搅拌机械。

在预(复)搅下沉时,也可采用喷浆的施工工艺,但必须确保全桩长上下至少再重复搅拌一次。

(5)其他规定

1)施工场地应予以平整,必须清除地上和地下的障碍物。地面应高于基础底面0.5m以上。

要根据建筑物或桩位主要轴线,按图纸测放桩位,桩位允许偏差应小于50mm。

2)搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配,以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。

3)竖向承载搅拌桩施工时,停浆面应高于桩顶设计标高500mm。在开挖基坑时,应将搅拌桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除。

4)施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直,搅拌桩的垂直偏差不得大于50mm;成桩直径和桩长不得小于设计值。

5)施工前应确定灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数,并根据设计要求通过工艺性成桩试验,确定施工工艺。

6)所使用的水泥应过筛,制备好的浆液不得离析,泵送必须连续,拌制浆液的罐数、水泥和外掺剂用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录;喷浆量及搅拌深度须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。

7)搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求,并应有专人记录。

8)当水泥浆液到达出浆口后应喷浆搅拌30s,在水泥浆与桩端涂充分搅拌后,再开始提升搅拌头。

9)搅拌机预搅下沉时不宜冲水,当遇到硬土层下沉太慢时,方可适量冲水,但应考虑冲水对桩身强度的影响。

10)施工时如因故停浆,应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处,待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。若停机超过3小时,宜先拆卸输浆管路,并清洗。

4 总结

液化土层对建筑物危害极大,造成建筑物失稳,因此当建筑物基础存在液化土层时应对液化土层进行处理。水泥搅拌桩地连墙围封法施工简单,造价低,处理效果好,是处理建筑物地震液化常用方法。