林慧先

(江門市江海區(qū)南沖水閘工程管理所，廣東 江門 529000)

1 項目概況

南沖水閘位于江門市江海區(qū)禮樂鎮(zhèn)，距禮樂鎮(zhèn)4 km，是江新聯(lián)圍禮西圍的主要擋潮和排澇水閘。南沖水閘防潮標準按100年一遇設(shè)計，設(shè)計擋潮水位2.49 m；排澇標準按圍內(nèi)10年一遇24 h暴雨遇外江5年一遇潮型一天排干設(shè)計，最大設(shè)計排水流量387.6 m3/s。閘室總凈寬40 m，總寬46 m，是一座中型水閘。由于水閘所在場地屬軟土地基，淤泥層較深，使得管理所周圍地面出現(xiàn)不同程度沉降、與地面脫空的現(xiàn)象，不利于管理所的安全使用。為提高管理所建筑物的安全性，保障水閘的安全，促進環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，本次需對南沖水閘右岸進行環(huán)境整治[1]。

1.1 地質(zhì)條件

1.2 存在的地質(zhì)問題

根據(jù)對南沖水閘地質(zhì)勘探結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水閘閘址區(qū)地基淺層分布淤泥(②2)。地基地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬雙層結(jié)構(gòu)(Ⅱ類)上厚黏性土下粗粒土亞類，地基無滲漏和滲透穩(wěn)定問題，但普遍存在嚴重的沉陷變形和抗滑穩(wěn)定問題。場地類別為Ⅲ類，場地的適宜性差，其主要工程地質(zhì)問題是地基淺部厚層軟土的沉陷問題[2]。

2) 淤泥的天然含水率接近60%，天然孔隙比e0=1.7～3.0，屬高壓縮土，容易產(chǎn)生大沉降。在強烈地震條件下，可能產(chǎn)生“震陷”現(xiàn)象。基坑開挖坡高超過3.0 m，就可能發(fā)生滑動，地基抗滑穩(wěn)定性差。

3) 根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，淤泥的壓縮指數(shù)Cv=0.37～0.66，平均為0.475。在200 kPa壓力下、固結(jié)度達到90%的垂直方向固結(jié)系數(shù)Cv=0.000 33～0.001 51 cm2/s，平均為0.000 708 8 cm2/s；在400 kPa壓力下、固結(jié)度達到90%的垂直方向固結(jié)系數(shù)Cv=0.000 46～0.001 17 cm2/s，平均為0.000 816 3 cm2/s。

水閘重建時，在淤泥層上部回填厚8.4 m的填土層，淤泥層上部附加過大荷載，使淤泥層產(chǎn)生大沉降，導(dǎo)致地基大面積嚴重沉陷，建筑物與周圍地面脫空；河岸擋土墻傾倒、滑移，導(dǎo)致?lián)鯄A(chǔ)底板出現(xiàn)空隙。

2 地質(zhì)問題處理方案

2.1 地面沉降計算

2.1.1 計算模型及參數(shù)

目前，南沖水閘右岸外江側(cè)翼墻設(shè)計地面高程4.0 m，填土厚度為8.60 m，其下為淤泥層，層厚約20.2 m，填筑完成至今約15年，即2001-2016年。

沉降計算模型基于以下邊界條件確定：

1) 首先建立沉降比較基準，即以原地面4.0 m高程自2001-2016年15年內(nèi)完成的沉降作為比較基準，以現(xiàn)狀地層物理力學(xué)指標、填土高度8.60 m、沉降計算時段180個月進行基準沉降計算。

2) 計算2001-2021年度，以下不同工況完成的沉降：①不做處理，僅加高現(xiàn)狀地坪至高程4.00 m，即填土高度為9.4 m；②加高現(xiàn)狀地坪至高程4.0 m，對現(xiàn)狀地坪進行泡沫輕質(zhì)土換填，換填范圍為1.5～3.50 m高程，其余回填黏土；③加高現(xiàn)狀地坪至4.0 m高程，對現(xiàn)狀地坪進行泡沫輕質(zhì)土換填，換填范圍為2.5.0～3.50 m高程，其余部分回填黏土。

3) 將第2步計算的基準期末完成沉降，減去第1步計算的基準期末完成沉降，即為各工況下未來5年的工后沉降。

4) 對于換填泡沫輕質(zhì)土的工況，設(shè)換填厚度為h，輕質(zhì)土允許重度取8 kN/m3，常規(guī)填土重度取18 kN/m3，則換填后的等效常規(guī)填土高度H=9.4-h×(18-8)/18。

5) 考慮到自2001年至今，實際填土荷載高度始終有8.6 m高(如考慮施工期沉降補填，荷載高度應(yīng)大于8.6 m)，故輕質(zhì)土換填后，對于等效填土高度，相當于施加了一個超載預(yù)壓，且超載預(yù)壓時間作用了15年。

實際計算沉降時，采用理正巖土軟件軟土地基路堤計算模塊。

主沉降計算方法采用基于e-lgp的分層總和法，相關(guān)物理力學(xué)指標取本次勘察提供的數(shù)據(jù)。

2.1.2 沉降計算結(jié)果

根據(jù)前述沉降計算模型，沉降計算結(jié)果見表1。

表1 不同工況沉降計算結(jié)果

根據(jù)本次勘察資料及沉降計算結(jié)果，得出以下結(jié)論及建議：

1) 水閘右岸下伏地層為高度欠固結(jié)的軟土，其工后沉降顯著，即使采取換填措施，地面沉降還會延續(xù)，但會有相當大的改善。

2) 為了減少沉降，地面盡量少加高。

2.2 應(yīng)用方案

南沖水閘右岸地面經(jīng)過多年的使用，沉降明顯，已達1.0 m，嚴重威脅到水閘及防洪堤的安全，且沉降后現(xiàn)狀進閘道路路面高低不平，因此需要進行整治。具體設(shè)計方案如下：水閘右岸外江側(cè)翼墻后1.5～3.5 m高程換填泡沫輕質(zhì)土，3.5～4.0 m回填黏土；內(nèi)涌測翼墻后0.0～1.0 m換填輕質(zhì)土，1.0～1.5 m回填黏土。設(shè)計斷面圖見圖1、圖2。

圖1 外江側(cè)回填剖面圖

圖2 內(nèi)涌側(cè)回填剖面圖

3 輕質(zhì)混凝土施工要點

3.1 技術(shù)要求

輕質(zhì)混凝土屬于一種環(huán)保、節(jié)能、性價比高的新型節(jié)能材料，其一般是通過化學(xué)物理的方式將氣體引入混凝土漿體之中，在經(jīng)過合理養(yǎng)護后形成封閉氣孔，屬于抗壓強度較高的混凝土制品。但在實際應(yīng)用中，還應(yīng)滿足其對原材料的技術(shù)要求，具體如下：①濕密度≤600 kg/m3；②流值：160～180 mm；③7天齡期抗壓強度≥0.4 MPa；④消泡試驗泡沫輕質(zhì)土濕密度增加率不超過10%；⑤泡沫輕質(zhì)土施工完畢后，如表面澆注層抗壓強度滿足≥0.4 MPa的要求，即可進行后續(xù)工程的施工，否則應(yīng)待強度滿足要求后才能進行后續(xù)工程的施工；⑥發(fā)泡劑應(yīng)滿足表2要求。

表2 發(fā)泡劑性能指標

3.2 輕質(zhì)土施工

3.2.1 施工準備

水閘工程在準備施工時，需要根據(jù)施工方案的要求，將施工區(qū)域內(nèi)的地上、地下障礙物清除和處理完畢，并對場地壓平整實，且需要滿足輕質(zhì)土澆注要求?？紤]雨季或汛期一般水閘水量都比較多，且水位較高[3]，此時施工會存在諸多安全問題，為此不宜在汛期或雨天進行。

3.2.2 施工配合比強度試驗

1) 配合比試配試驗應(yīng)在原材料檢驗合格基礎(chǔ)上進行。

2) 原材料檢驗合格后，應(yīng)進行消泡試驗，僅當消泡試驗所確定的濕密度增加率滿足要求，方能進行抗壓強度試驗。

3) 施工配合比強度試驗塊采用100 mm×100 mm×100 mm立方體試塊?？箟簭姸仍囼灧椒ㄍ胀ɑ炷翉姸仍囼灧椒?，但要求壓力機采用小量程砂漿壓力機進行抗壓試驗，且強度結(jié)果不做尺寸折減。

4) 施工配合比強度試驗以3塊試塊為一組，測定7天齡期強度。當7天齡期抗壓強度≥0.5倍設(shè)計強度時，該配合比可作為施工配合比采用。

3.2.3 澆注施工要點

輕質(zhì)混凝土在進行施工澆注時，還需要注意以下幾個方面：

1) 泡沫輕質(zhì)土澆注施工前，應(yīng)確保基底無積水、無松軟土；基底土層應(yīng)進行必要的碾壓處理，壓實度應(yīng)不低于80%。

2) 泡沫輕質(zhì)土抗壓強度≥0.4 MPa后，表面鋪設(shè)復(fù)合PE防滲土工膜。

3) 泡沫輕質(zhì)土澆注面積尺寸較大時，應(yīng)按200～300 m2劃分為獨立的澆注區(qū)，且澆注區(qū)的長軸方向不宜超過25 m，以控制單區(qū)域在2 h內(nèi)完成澆注施工。

4) 相鄰澆注區(qū)先用木模板支擋間隔分縫，待澆注體成型固化后，拆除木模板,用厚20 mm的PE泡沫板設(shè)置變形縫。

5) 泡沫輕質(zhì)土單層澆注厚度應(yīng)控制在0.3～1.0 m范圍；同一區(qū)段上下相鄰澆注層，當施工期氣溫不低于15℃，最短澆注間隔時間可按8～12 h控制；否則，澆注間隔時間應(yīng)不低于2天。

6) 應(yīng)沿澆筑區(qū)長軸方向自一端向另一端澆筑；如采用一條以上澆注管澆注時，則可并排從一端開始澆注,或采用對角的澆注方式。

7) 澆筑過程中，當需要移動澆注管時，應(yīng)沿澆注管放置的方向前后移動，而不宜左右移動澆注管；如確實需要左右移動澆注管，則應(yīng)將澆注管盡可能提出當前已澆筑輕質(zhì)土表面后再移動。

8) 進行掃平表面時，應(yīng)盡量使?jié)沧⒖诒３炙剑⑹節(jié)沧⒖陔x當前澆筑輕質(zhì)土表面盡可能低。

9) 盡量減少在已澆完尚未固化的輕質(zhì)土里來回走動。

10) 泡沫輕質(zhì)土澆注至設(shè)計標高后，泡沫輕質(zhì)土頂面采用塑料薄膜進行覆蓋保濕養(yǎng)護，僅當最后一層澆注層同條件養(yǎng)護強度≥0.4 MPa方能進行后續(xù)工程的施工。

4 結(jié) 論

南沖水閘右岸環(huán)境整治工程項目作為江門市提高城市環(huán)境品質(zhì)的重要組成部分。由于其施工具有一定技術(shù)難度，且對工程質(zhì)量要求比較高，施工時間比較緊，為此將泡沫輕質(zhì)混凝土應(yīng)用到本水閘右岸加高加固工程中，能充分發(fā)揮輕質(zhì)土的重量輕、強度高、施工快的作用；能有效減少填土對內(nèi)外側(cè)翼墻的荷載，緩解水閘沉降、滑移問題，提高水閘防洪防汛能力與抗滑穩(wěn)定性，改善水閘周圍環(huán)境。本工程實施后，取得良好的效果，不僅消除了南沖水閘的安全隱患，還保障圍內(nèi)人民的生命財產(chǎn)安全。