關(guān)鍵詞：既有水閘；新增閘墩；地基處理；預(yù)留沉降

中圖法分類號(hào)：TU472 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki. slsdkb.2025.05.011

文章編號(hào)：1006-0081（2025）05-0070-04

0 引言

目前，有些軟土地區(qū)的中小型水閘，前期設(shè)計(jì)閘室寬度過(guò)寬，運(yùn)行不久后，閘門(mén)自身變形，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法啟閉的問(wèn)題。盡管可以通過(guò)置換剛度更大的閘門(mén)來(lái)減小變形，但仍然會(huì)由于閘室過(guò)寬導(dǎo)致閘門(mén)兩側(cè)啟閉難以同步、閘門(mén)運(yùn)行不暢等問(wèn)題，使水閘喪失功能。常規(guī)的處理方法是對(duì)水閘拆除重建，但會(huì)導(dǎo)致重復(fù)投資，造成浪費(fèi)。

對(duì)于新建水閘軟弱地基的處理，郭紅亮等[1]為解決水閘地基沉降量大與飽和砂土震動(dòng)液化問(wèn)題，采用水泥土攪拌樁進(jìn)行處理；牛勇等針對(duì)閘址區(qū)淤泥深厚，含水量高等特點(diǎn)，采用預(yù)制管樁和水泥攪拌樁剛?cè)嵯酀?jì)的組合式地基處理方案，有效解決深厚軟基問(wèn)題；夏德渲[3]、沈昊等[4]針對(duì)淤泥質(zhì)地基，采用灌注樁法進(jìn)行加固處理。但對(duì)于既有水閘地基處理的研究較少。為了避免拆除水閘進(jìn)行重復(fù)建設(shè)，研究在既有水閘底板上新增閘墩，使單孔水閘變?yōu)殡p孔水閘，達(dá)到減少閘室寬度，從而減小閘門(mén)寬度的目的，使閘門(mén)自身的變形與閘室能夠充分協(xié)調(diào)，閘門(mén)兩側(cè)同步啟閉更加順暢。然而，新增閘墩會(huì)對(duì)既有水閘底板產(chǎn)生新的壓力，影響水閘原有的安全格局，甚至可能對(duì)水閘的安全產(chǎn)生影響，需要妥善解決。

本文提出一種既有水閘新增閘墩的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)在既有水閘閘室底板上開(kāi)孔，進(jìn)行灌注樁施工，利用新增灌注樁來(lái)承擔(dān)新增閘墩荷載。同時(shí)，為了確保新增閘墩對(duì)既有水閘底板不產(chǎn)生壓力影響，需要在新增閘墩荷載作用下達(dá)到沉降穩(wěn)定后，在新增閘墩與底板之間留出一定的安全空隙，且從安全角度出發(fā)，該空隙越小越好。

為此，對(duì)新增灌注樁在新增閘墩荷載下的沉降進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)新增灌注樁預(yù)留沉降的方法，使新增閘墩對(duì)既有水閘底板不產(chǎn)生新的壓力。

1基本理論

1.1 灌注樁沉降計(jì)算

如圖1所示，在新增閘墩荷載下，新增灌注樁本身的壓縮變形 s₁ 采用下式計(jì)算：

式中： σ_ι，σ_b 分別為新增灌注樁樁頂和樁底上所受的 應(yīng)力， kPa;l 為新增灌注樁樁長(zhǎng)， m;E_p 為新增灌注樁樁 身壓縮模量，常取 30GPa 。

在新增閘墩荷載下，新增灌注樁樁端往下刺入地基的位移 s₂ 采用下式計(jì)算[5]：

式中： E_s 分別為新增灌注樁樁底下地基土的變形模量， MPa;ν_s 為泊松比； r 為新增灌注樁樁身半徑， m 當(dāng)新增灌注樁樁底位于不可壓縮土層時(shí)， s₂=0 。

注： P 為新增閘墩作用在每一根新增灌注樁樁頂上的壓力， kN;A 為每一根新增灌注樁樁頂截面積， m²;l_s1，l_s2，…，l_si 為新增灌注樁長(zhǎng)度范圍內(nèi)樁周第 ^{1，2，…} ，第 i 層土的厚度 ，m;U_s1，U_s2，…，U_si 為新增灌注樁樁周第 ^{1，2，…} ，第 i 層土的側(cè)摩阻力， kN

新增灌注樁樁頂所受的應(yīng)力 σ_t

式中： P 為新增閘墩作用在每一根新增灌注樁樁頂上的壓力， kN 。

新增灌注樁樁底所受的應(yīng)力 σ_b ：

在新增閘墩荷載下，新增灌注樁總沉降為 s=s₁+s₂ 。

1.2 算例驗(yàn)證

1.2.1 算例1

廣東省蘆苞大型水閘采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行處理[6]。CFG 樁均長(zhǎng) 22.0m ，共布置451根，樁直徑為 500mm ，樁體壓縮模量取 1500MPa 。閘室底板尺寸為 92.0m×22.0m×2.0m （長(zhǎng) x 寬 × 厚），CFG樁面積置換率為 0.0437 。根據(jù)CFG樁樁身范圍內(nèi)不同土層的厚度和變形模量，將成層地基轉(zhuǎn)換為均質(zhì)地基，得到地基平均變形模量約 88.3MPa 。根據(jù)天然地基的 p-s 曲線，可得到天然地基承載力特征值約135kPa ，樁端下為卵石粗砂層。樁頂與基礎(chǔ)之間鋪設(shè)300mm 粗砂墊層，墊層變形模量為 80MPa ，泊松比為0.3。設(shè)計(jì)要求復(fù)合地基承載力特征值為 300.0kPa 。

根據(jù)公式（1）和（2）計(jì)算得到樁基沉降為33.0mm 。文獻(xiàn)[4]實(shí)測(cè)資料表明，復(fù)合地基沉降為 24～35 mm 。本文方法所得計(jì)算值與實(shí)測(cè)值具有較好的吻合性[3]。

1.2.2 算例2

杭州市某塔形商住樓[7]，采用長(zhǎng)－短樁復(fù)合地基進(jìn)行處理，場(chǎng)地處理范圍為 30.84m×14.70m 。鋼筋混凝土長(zhǎng)樁共44根，直徑 500mm ，樁長(zhǎng) 37m ，樁身壓縮模量 30000MPa 。水泥攪拌樁共60根，直徑600mm ，樁長(zhǎng) 9m ，樁身壓縮模量 360MPa 。碎石墊層厚0.15m ，壓縮模量 105MPa ，泊松比為0.35。長(zhǎng)樁樁端處土層為中風(fēng)化巖層。外部荷載為 74168kN 。天然地基承載力取 。

計(jì)算得到短樁范圍內(nèi)土體加權(quán)平均壓縮模量為8.4MPa^[8] ，短樁樁端至長(zhǎng)樁樁端范圍內(nèi)加權(quán)平均壓縮模量為 13.69MPa 。根據(jù)長(zhǎng)-短樁平面布置，可得長(zhǎng)樁和短樁面積置換率分別為0.019和0.037。

根據(jù)公式（1）和公式（2）計(jì)算樁基沉降量為28.8mm ，與實(shí)際沉降 33.0mm 較為接近[7]

1.3 灌注樁預(yù)留沉降

在新增閘墩荷載作用下，新增灌注樁會(huì)產(chǎn)生向下的沉降，為了確保新增閘墩對(duì)既有水閘底板不產(chǎn)生壓力影響，需要在新增灌注樁達(dá)到沉降穩(wěn)定后，新增閘墩與底板之間留出一定的安全空隙，且從安全角度出發(fā)，該空隙越小越好。為此，需要對(duì)新增灌注樁預(yù)留沉降（圖2）。

注：1.既有閘墩；2.既有水閘底板；3.既有墊層；4.既有灌注樁；5.新增灌注樁；6.新增閘墩。

當(dāng)新增閘墩施工時(shí)，其重量荷載將作用在新增灌注樁上，使灌注樁產(chǎn)生沉降，其最終沉降為 。為保證新增閘墩與既有水閘底板不接觸，新增閘墩底面與既有水閘底板頂面需要保留一定的空隙 h₂ ，即要求 h₂? s ，從安全角度出發(fā)，最好 h₂=s ，此時(shí)新增閘墩剛好與既有底板嚴(yán)絲合縫，且不對(duì)底板產(chǎn)生壓力， h₂ 即為灌注樁預(yù)留沉降。

當(dāng)新增閘墩分層澆筑時(shí)，在每一級(jí)閘墩荷載的作用下，灌注樁產(chǎn)生向下的沉降，當(dāng)閘墩澆筑完成時(shí)，灌注樁也沉降穩(wěn)定。此時(shí)，閘墩剛好坐落在底板上，對(duì)底板不產(chǎn)生壓力作用。

當(dāng)?shù)鼗鶙l件較為復(fù)雜時(shí)，為了保證新增閘墩與既有水閘底板不接觸， h₂ 的取值范圍為 1.0s～1.1s 。

1.4 灌注樁設(shè)計(jì)

由于閘墩荷載全部由灌注樁承擔(dān)，與底板不產(chǎn)生接觸，為了保證閘墩的安全，必須對(duì)灌注樁與閘墩的連接進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，閘墩所受的力為閘門(mén)擋水時(shí)水傳遞的水平推力作用，這個(gè)推力對(duì)灌注樁與閘墩的交接截面產(chǎn)生剪力作用。因此，灌注樁設(shè)計(jì)除考慮豎向閘墩重量作用外，還需要復(fù)核灌注樁與閘墩交接截面的剪力作用。

除了結(jié)構(gòu)計(jì)算外，還需要考慮灌注樁的構(gòu)造設(shè)計(jì)。當(dāng)灌注樁在 h₂ 范圍內(nèi)澆筑施工完成后，新增灌注樁在h₃ 范圍內(nèi)的鋼筋必須伸入新增閘墩，伸入長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定，且新增灌注樁鋼筋伸入新增閘墩的高度h₃ 不小于新增閘墩高度的1/4。

1.5 閘墩與底板之間的空隙填充

當(dāng)新增灌注樁沉降穩(wěn)定后，若新增閘墩與既有水閘底板之間存在空隙，對(duì)空隙可以采取樹(shù)脂砂漿、水泥砂漿或?yàn)r青等材料進(jìn)行填充。

2 工程實(shí)例

廣州市南沙區(qū)某3孔水閘，位于深厚軟土地基上，中孔閘門(mén)原設(shè)計(jì)寬度為 36m ，建成于2010年，在2015年初出現(xiàn)閘門(mén)變形、啟閉不暢問(wèn)題后，長(zhǎng)期沒(méi)有啟用，基本喪失功能（圖3）。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，初步設(shè)計(jì)時(shí)考慮將水閘拆除，原地重建，需要投入約1.82億元。后經(jīng)論證，水閘結(jié)構(gòu)基本完好，只是閘門(mén)啟閉困難，建議采用新增閘墩減小閘門(mén)寬度的方法進(jìn)行處理（圖4）。由于原水閘地基處理采用灌注樁復(fù)合地基，且經(jīng)復(fù)核，如果新增閘墩，則原灌注樁復(fù)合地基承載力和沉降安全不能滿足規(guī)范要求，需要對(duì)閘室地基采取加固措施。具體加固措施如下所述。

（1）在既有水閘底板上進(jìn)行開(kāi)孔，新增灌注樁直徑為 1200mm ，開(kāi)設(shè)的通孔直徑為 1 300mm ，新增灌注樁設(shè)在兩個(gè)既有灌注樁之間（圖2）。

（2）為了使新增灌注樁不影響既有水閘底板，穿過(guò)既有水閘底板部應(yīng)與底板分離，采用套筒進(jìn)行分隔，以盡量減小新增灌注樁在新增閘墩荷載作用下產(chǎn)生沉降時(shí)對(duì)既有水閘底板產(chǎn)生的向下摩擦作用。鋼套管壁厚 20mm ，鋼套筒與既有水閘底板之間采用膨脹性黏土進(jìn)行填充。

（3）根據(jù)公式（1）計(jì)算得到新增灌注樁在新增閘墩荷載下的壓縮變形 s₁ 為 5.5mm 。

（4）根據(jù)公式（2）計(jì)算得到新增灌注樁在新增閘墩荷載下樁端往下刺入地基的位移 s₂ 為 63.7mm 。

（5）取新增閘墩與既有水閘底板之間預(yù)留沉降h₂ 為 69.2mm 。

（6）新增閘墩采用分層澆筑，第一層混凝土澆筑厚度為 500mm ，采用鋼模板，板底面下設(shè)支撐橫梁和縱梁，縱梁上承受的重量由上下游兩臺(tái)吊機(jī)吊設(shè)纜繩進(jìn)行支撐。

（7）第一層混凝土澆筑完成達(dá)到齡期后形成首層新增閘墩，可撤走吊機(jī)，直接在首層新增閘墩上進(jìn)行后續(xù)澆筑加高。

（8）施工過(guò)程中密切監(jiān)測(cè)新增閘墩與既有水閘底板之間的空隙。

（9）新增閘墩竣工后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，閘底板整體沉降為 67.4mm ，新增閘墩和既有水閘底板之間剩余空隙為 1.8mm 。

（10）對(duì)剩余空隙采用熱瀝青進(jìn)行填充處理

經(jīng)上述加固改造，工程投入約4800萬(wàn)元，僅為拆除重建投資費(fèi)用的 26.4% ，工期由2a縮短到6個(gè)月，達(dá)到了既經(jīng)濟(jì)又節(jié)約工期的目的，改造后水閘如圖5所示。該工程于2023年9月完工，2023年12月通過(guò)竣工驗(yàn)收，至今運(yùn)行良好。

上述既有水閘新增閘墩的地基處理方法和工程實(shí)例，可以為類似工程和相關(guān)規(guī)范的修編提供支撐。

3結(jié)論

本文提出了一種既有水閘新增閘墩的設(shè)計(jì)方法，采用新增灌注樁承擔(dān)新增閘墩的荷載。工程實(shí)踐表明，這種方法僅對(duì)水閘閘室局部進(jìn)行改造，節(jié)約了工程投資；同時(shí)，工期較短，可以盡快地恢復(fù)水閘的功能，對(duì)水閘防洪排澇安全不造成影響，達(dá)到了既經(jīng)濟(jì)又安全的目的。

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（編輯：李慧）

Research on foundation treatment method for adding new piers to existing sluice

PENG Liangquan1.2 （1.ChangjiangSureying，Planng，DesignandResearchCo.，Ld.，Wuhan43oChina；.NtionalDmSafetyEin TechnologyResearchCenter，Wuhan43OO1O，China）

Abstract：To address the issue of sluice demolition whenadding new piers to existing sluice gates，we proposed a foundation treatment method.Theapproach utilized bored pilesto bear the pierloads whilemitigating adverse effectson the existing sluice floor through reserved settlement.Enginering practice showed that this methodcan onlymakepartial renovations tothesluice chamber floor，andavoid complete demolitionand significantlyreducing projectcosts.The localized modifications entail a shorter construction period，making faster restoration of sluice function without compromising flood control and drainage safety.This cost -effctive and safe solution is worthy of widespread application.

Key words：existing sluice gate；new pier addition；foundation treatment； reserved settlement