張力文

（廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東東莞 523710）

0 概述

沿海地區(qū)進行水閘建設時，都要解決好如下幾個難題：①導流，如在舊河涌上建水閘，如何在軟基上填筑圍堰形成基坑進行旱地作業(yè)，保證結構施工順利實施；②基礎處理，既要保證水閘結構不因基礎沉降而導致上部結構沉降或位移破壞，又要保證基礎與周邊土體能協(xié)同變形，防止水閘底板“脫空”；③防滲處理，保證水閘不致滲透破壞；④結構變形。圍繞上述4 個目標，本文從施工技術的角度闡述應采取的措施和注意事項，達到保障水閘施工質量的目的。

1 水閘施工導流

1.1 水閘施工導流的方式

水閘施工導流分兩種情況：①一次性全斷面攔斷河床，河水由另外的河涌或新修的導流渠導流；②分期導流，將河床先圍一半后施工水閘，另外半邊河床導流，待半邊水閘施工完后再施工另外半邊結構。對于沒有過流要求的小型水閘施工可采用第一種導流方式，有過流要求的中大型水閘一般采用分期導流方式。不管是一次性全斷面攔斷河流還是分期導流，在軟基上填筑圍堰都有可能碰到圍堰填筑不起來的情況，或者即使填上去也會發(fā)生滑移和崩塌的現(xiàn)象，導致無法實現(xiàn)圍堰擋水的功能，必須有專門的應對措施。

1.2 圍堰填筑方法

在軟土上修筑擋水圍堰有粘土圍堰、鋼板樁加砂土、模袋砂圍堰［1］等形式。以上3種形式都比較常用，要結合現(xiàn)場條件來選用：一般沿海地區(qū)河口地段的圍堰可采用模袋砂填筑，其特點是取材相對容易、施工速度較快、適應地基變形能力強、擋水和環(huán)保效果好，目前應用較廣泛；對于內河區(qū)域，海砂（牛皮砂）無法泵送到的地區(qū)，可采用雙排鋼板樁加砂土［2］或者直接用粘土填筑圍堰，建議優(yōu)先采用雙排鋼板樁加填土的方案；如果堰基淤泥層太厚，且因條件限制無法采用模袋砂圍堰時，如果直接填筑粘土和打鋼板樁無法形成堰體，這時可在設計堰體坡腳線處拋填塊石護腳，當塊石護腳足以抵擋堰體的滑移力量時，在堰基處鋪設土工織物，再在此上面填筑粘土，逐步形成堰體，如圖1所示。

圖1 三類圍堰典型斷面Fig.1 Sectional of Three Cofferdams

1.3 軟基填筑圍堰的施工參數(shù)

無論采用何種形式的堰體，都要控制好填筑速率和每層填筑厚度這兩個施工參數(shù)。填筑太快，可能因加載太快導致堰基失穩(wěn)破壞，填筑太慢又不經濟，掌握好平衡點是關鍵。確定施工參數(shù)比較可行的辦法是：在正式填筑圍堰前，先運用有限元軟件建立模型，然后模擬施工過程，初選每層填筑厚度，逐層加載，根據(jù)變形和穩(wěn)定分析的結果，優(yōu)化每層填筑厚度和加載速度，并選取合適的施工參數(shù)。另外，現(xiàn)場先做試驗段，在試驗段設置相應的監(jiān)測設備，收集相關數(shù)據(jù)，驗證理論模型，進一步修正模型的邊界條件，選擇最符合現(xiàn)場的施工參數(shù)，實行模擬?試驗?理論修正?實施的過程。

例如：某沿海擋潮水閘工程的圍堰是填筑粘土，但在實施過程中，堰體在下臥層（淤泥層太厚）的帶動下堰體局部產生滑移，堰體沒法填筑到設計高程。在探測地層狀況后，通過計算機模擬，先在堰坡腳拋填塊石固邊，再在中間填筑粘土的辦法，并且控制填筑的速度的厚度，逐步填筑到頂，填筑速度是1層/d。同時在堰體下游坡埋設反濾料，讓堰體盡快排水固結［3］，有利于圍堰的安全和穩(wěn)定。此案例經過監(jiān)測，沉降數(shù)據(jù)除個別點略大于理論模型數(shù)據(jù)外，其余數(shù)據(jù)與理論計算基本吻合，如表1所示，堰體能滿足使用要求。

表1 某水閘圍堰沉降監(jiān)測Tab.1 Settlement Monitoring of a Sluice Cofferdam

2 水閘基礎處理

水閘基礎處理是非常關鍵的施工環(huán)節(jié)，若基礎處理不符合要求，就有可能引發(fā)閘室或岸墻沉降、傾斜、開裂等質量事故，有的還會影響到閘門的正常啟閉，對水閘安全運行構成重大安全隱患，而且一旦發(fā)生這些缺陷，要消除和糾偏非常困難。因此，必須高度重視水閘基礎處理的施工質量。目前的軟土地基加固方式有很多，但對水閘而言，都有其適用范圍和局限性。在進行軟土地基處理時，應充分考慮水閘功能要求、材料來源、施工機械、施工工藝、施工安全、施工質量等因素，選擇適合水閘基礎處理的方式，目前軟土地區(qū)水閘基礎處理主要有以下幾種：

2.1 換土墊層法［4］

該方法是通過使用砂石和水泥混合料、混凝土、水泥土等材料來換填軟土層，以提高持力層的承載力、改善土層壓縮性、減少地基變形。可通過地基承載力驗算結合軟基處理深度來決定換填一層或兩層。在換填墊層時要注意以下3 點：①將軟土層挖除干凈；②取用換填料均勻，分層進行壓實；③閘室下部不能用透水性材料換填，其滲透系數(shù)應小于設計要求。

換土墊層法適用于厚度不大（一般≤2 m）［5］的軟土地基，其優(yōu)點是施工簡單方便，缺點是回填質量難于控制，本方法在用于較厚的淤泥地基時仍會有較大的沉降量，降低了可靠性，因此該方法不適合在深厚淤泥層中采用。

2.2 樁基法［5］

當軟土層埋深較厚時，可利用群樁進行加固處理，樁基法尤其適用于上部為軟土層，下部為硬土層的深厚地基。樁基法從受力特點的角度分有兩大類：①樁體與土體結合形成復合地基，如水泥土攪拌樁、粉噴樁、旋噴樁等，此法造價相對較低，但效果沒有純樁體支承的好；②純樁體支承，如灌注樁［6］、鋼筋混凝土預制樁等，無論采用哪種樁基礎，都要注意以下事項：

⑴在正式施工前應進行工藝試樁，通過室內配比試驗和現(xiàn)場工藝性試驗來確定施工參數(shù)。

⑵ 在進行樁基鉆孔時，開始階段應適當控制進度，過快的速度易使得軟土層坍塌；在發(fā)現(xiàn)傾斜、坍塌情況時應立刻停止鉆進，采取有效措施后方可繼續(xù)施工。

⑶樁要穿透軟土層，盡量打到持力層上。為保證樁基施工質量，最好采用超前鉆探明地質情況，避免碰到孤石造成誤判。此外，地基承載力要能滿足樁機在其上作業(yè)的荷載要求。

對于深厚淤泥層的地基加固，采用攪拌樁基時要特別注意成樁質量和樁長是否滿足要求。由于地質和水環(huán)境等原因，有可能導致攪拌樁長時間不凝固，齡期到了還達不到設計強度，而且水閘施工一般都在枯水期，工期緊，有的項目攪拌樁還沒達到設計強度就開始施工上部結構，這樣會大大降低攪拌樁的承載能力，因此，對于深厚淤泥層，如果采用水泥攪拌樁的加固方式，一定要先做試驗，判斷地層中是否存在與水泥不相容的物質，如果地層水體中存在使水泥不凝固的物質，要及時與設計會商，采取妥當?shù)姆桨福ㄟx用特種水泥、添加外加劑或者改變基礎加固方式）；其次，在正式實施前要進行現(xiàn)場原位試驗，選取合適的施工工藝參數(shù)；另外，膠凝材料要采用高標號水泥（52.5 以上），水泥用量70 kg/m 以上［7］，達到齡期后，要進行檢測，檢測內容包括單樁質量、復合地基承載力、沉降速率等，檢測合格后才能做上部的結構工程。

對于沉降速率過大的地基，一定要分析原因，并采取進一步的措施，直到符合要求才能施工上部結構。

樁基在平面上的施工順序，攪拌樁與灌注樁和管樁有所區(qū)別，對于剛性樁基，施工順序應先外圍后中部，有利于擠密地基；對于柔性樁基，特別是有格柵布置的攪拌樁，應先施工格柵中間的單樁，后施工外圍的格柵，防止單樁施工時因土體置換擠壓對格柵造成破壞。

在軟土上施工攪拌樁基時，為保證樁機不致沉陷，一般在淤泥層上面先鋪一層石粉或粒石，樁基施工完成后，該石粉層應以挖除；如果原地面以下是承載力較好的粘土層，建議先不要挖除，直接在上面進行樁基作業(yè)，若樁基頂設計高程沒到原地面，可以在原地面至設計樁頂高程之間留空樁的形式（該段不噴漿），既可以保證樁基施工順利進行，又能節(jié)約成本。

3 閘基防滲處理

水閘的主要功能是擋水，因此，閘體和基礎防滲處理是非常重要的施工內容，特別是基礎防滲，如果處理不好，一旦發(fā)生繞滲，將增大閘室和消力池的揚壓力，產生滲透破壞，直接威脅水閘的穩(wěn)定和安全。根據(jù)工程經驗，如果閘底基礎為砂礫層，在實施垂直防滲體時，采用高噴帷幕的型式防滲效果不太好，最好采用地下連續(xù)墻或咬合排樁。因為在砂礫層實施高噴時，水泥漿在噴射時會被大顆粒的礫石阻隔，影響高噴樁體之間的連接，在帷幕中存在滲透通道，也就影響防滲效果。在淤泥地層實施高壓噴漿幕墻時，由于受地質和環(huán)境水質的影響，防滲的效果也無法完全保證。而地下連續(xù)墻或板樁墻［8］可以較好地解決上述問題，其施工質量相對較容易控制，防滲體一定要穿過透水層，并嵌入持力層1 m以上［8］。

在防滲體施工時，地下不能有動水，如有動水，應采取相應的措施阻斷動水來源，或者采用合適的外加劑，如水玻璃和早強劑等，加快防滲體成型。

如果是采用管樁或灌注樁等剛性基礎，樁基施工時臨時填的砂石料應以挖除，挖除后的空間用不透水材料回填夯實。那么在閘室施工完成后，應對底板與地基接觸部位進行回填灌漿和接觸灌漿［9］。防滲體必須嵌入閘室底板，形成完整的防滲體系［10］，防滲體施工完成后，一定要經過相應的檢驗或試驗，判定是否達到防滲要求，否則，必須返工重做，直至符合要求。

4 水閘主體結構施工

經實踐總結，施工順序對水閘結構建成后沉降穩(wěn)定有直接的關系［9］，一般應遵循如下原則：①在豎向，重量大、建基面高程低的結構體要先施工，如閘室、岸墻、消力池等，不允許先施工建基面高后施工建基面低的結構；②在平面上，水閘施工應分區(qū)進行［11］，對于整個水閘下部都是軟基的，混凝土澆筑應從兩岸往中部跳段推進，如圖2 所示；對于只有河床中央局部軟基，兩岸的地基良好的閘室施工，可以從中部往兩岸推進，但需在軟基邊界處留出一連最后施工，有利于變形協(xié)調，如圖2 所示；③在同一聯(lián)內，應先澆筑閘墩部位，后澆反拱底板。

圖2 水閘閘室施工順序Fig.2 Construction Sequence of Sluice Chamber

閘室和消力池之間施工要注意節(jié)奏搭接，一般先施工閘室底板，后施工消力池，再逐步上閘墩結構。如果等全部閘墩做好后再開挖消力池基礎，有可能會因閘室下部加載過快而導致消力池基礎隆起的現(xiàn)象，這時候對閘室和消力池的施工質量都很不利，因此，要保持閘室結構和消力池施工的相對平衡。

閘室和岸墻（連接體）的施工順序，選擇不當也會造成水閘局部下沉、開裂或擠壓變形等現(xiàn)象［12］，一般應先施工岸墻連接段，并及早填筑堤防（開挖部分），然后再施工河床閘室段。岸墻連接段除了基礎埋深較大外，該部位還要回填土方，荷載較大，應該先施工，讓它沉降一段時間后再施工相鄰的閘室，可以達到協(xié)同變形的目的，減少因不均勻沉降對水閘結構的損害。

閘室段的施工應采取跳塊施工的方式，同時要把與岸墻連接段相鄰的那一聯(lián)閘室放到最后施工，其余各聯(lián)跳塊施工也是減小不均勻沉降的辦法之一，可從兩岸向河床中跳塊推進，此時，可根據(jù)先前施工的各連閘室沉降情況調節(jié)最后一聯(lián)的鋼筋和模板安裝尺寸，有利于閘室整體線條的平順。

岸墻背后回填土必須控制填筑速度和每層填筑厚度［13］，因填筑速度過快或一次填筑大厚都有可能導致岸滑移或傾斜，類似的工程案例也曾發(fā)生過［7］。因此，對于岸墻背填土，雖然施工技術不復雜，但千萬不能掉以輕心，一定要有相應的填筑方案，并嚴格按批準的方案實施。

水閘施工縱剖面如圖3所示。

圖3 水閘施工縱剖面Fig.3 Longitudinal Section of Sluice Construction

5 結語

在沿海地區(qū)進行水閘建造，為避免因地基沉降等原因而發(fā)生質量安全問題，施工時應特別注意如下幾點：①圍堰可采用模袋砂圍堰，易于形成堰體，加快施工進度；②地基及防滲處理要從材料、機械、環(huán)境、方法等方面選擇最合適的方案，同時應特別注意閘室底板下端的回填灌漿和接觸灌漿，保證不因地基下沉導致底板下部“脫空”現(xiàn)象；③閘室各聯(lián)的施工順序跟水閘的沉降有密切的關系，因此，水閘結構施工次序要選擇最有利于閘室穩(wěn)定的方案，確保施工質量。