薊運(yùn)河防空防災(zāi)閘基礎(chǔ)加固

薊運(yùn)河防空防災(zāi)閘基礎(chǔ)加固

京運(yùn)河防洪港位于天津市北塘區(qū)。京運(yùn)河與永定河交匯處。這是一個(gè)集水區(qū)、排水、蓄水、緩解和保護(hù)的大型灌溉。薊運(yùn)河防潮閘設(shè)計(jì)流量1200m3/s,上游最高蓄水位2.14m,下游最高潮位1.91m,原設(shè)計(jì)全閘共14孔,中間過流孔12孔,單孔凈寬8m,閘墩厚1.3m,閘室總寬128.9m。閘室底板為分離式結(jié)構(gòu),墩底板為灌注樁基礎(chǔ),每個(gè)墩底板下布置8～12根灌注樁。閘室上游設(shè)有鋼筋混凝土鋪蓋,下游接消力池,池長(zhǎng)16m。防潮閘工作門為上下雙扉門,對(duì)應(yīng)各門槽上部為機(jī)架橋,由排架和獨(dú)立柱支撐,橋上設(shè)有8臺(tái)2×250kN和4臺(tái)2×150kN固定卷揚(yáng)啟閉機(jī)及3臺(tái)2×150kN活動(dòng)臺(tái)車供下扉門、上扉門和檢修門啟閉。1灌注樁底板脫空狀況薊運(yùn)河防潮閘自1973年建成以來已運(yùn)行20多年,其間經(jīng)歷1976年唐山大地震,工程受到不同程度破壞,閘基下沉、底板脫空、灌注樁斷裂,部分機(jī)架橋大梁震落,排架傾斜,加上長(zhǎng)期受海洋環(huán)境的侵蝕,上部結(jié)構(gòu)老化、碳化、出現(xiàn)裂縫,大梁混凝土脫落露筋,對(duì)工程的安全運(yùn)用構(gòu)成嚴(yán)重危害。1997年對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較全面的加固處理:對(duì)排架和立柱的裂縫化灌并外包鋼板后充填灌漿,提高閘室中段墩頂高程,降低排架和獨(dú)立柱高度,提高結(jié)構(gòu)剛度,并對(duì)交通橋、機(jī)架橋大梁修補(bǔ)后進(jìn)行防碳化封閉保護(hù),從而解決了上部結(jié)構(gòu)存在的問題。1986年閘室基礎(chǔ)雖對(duì)中段進(jìn)行過高噴墻截滲和靜壓灌漿處理,但并未徹底解決底板脫空問題,閘室上、下游冒水情況依然存在,經(jīng)1997年天津院科研所檢查發(fā)現(xiàn)灌注樁存在著嚴(yán)重的質(zhì)量缺欠,閘室滲流及抗滑穩(wěn)定仍存在嚴(yán)重問題。(1)閘室底板脫空:經(jīng)測(cè)量,閘底板分別比防滲板、消力池底板少下沉4.6cm和6.5cm,皆因樁基支撐所致,說明脫空是普遍性的;底板鉆孔取樣及鉆孔漏水、涌水情況也表明底板嚴(yán)重脫空。(2)灌注樁樁身混凝土質(zhì)量差,樁端與閘底板連接薄弱。檢測(cè)14根樁大部分樁身混凝土質(zhì)地松散、破碎、混凝土強(qiáng)度較低,并有斷樁。依其透水性判別,樁身質(zhì)量完好的僅有2根,占檢測(cè)數(shù)的14%,其樁端與底板結(jié)合良好的僅4根,占28%,大部分樁端混凝土由細(xì)砂、卵石、砂漿碎塊組成,且鉆透底板后大多數(shù)鉆孔出現(xiàn)不同程度的涌水現(xiàn)象。(3)閘室中部所做定噴墻由于墻體薄,孔位偏差大,在定噴墻部位的底板接觸灌漿檢查孔芯樣表明,大部分底板以下,芯樣上端都有1～5cm水泥灌漿固結(jié)物,說明灌漿前定噴墻與底板間存在脫空間隙;墻體芯樣松軟、干容重小、孔隙大,抗壓強(qiáng)度僅0.8MPa,且滲透系數(shù)為1×10-5cm/s,與基土相當(dāng),說明定噴墻形同虛設(shè)。2地層及生長(zhǎng)結(jié)果性狀閘基為近代淺海沉積層,土質(zhì)松軟,多呈飽和狀態(tài),按地層可分為3層,其中第2層(高程-6.5～-27m)為水閘主要持力層,該層又分為3小層,自上而下為輕亞粘土、亞粘土和重亞粘土,其性狀自流塑、軟塑至硬塑。3基礎(chǔ)防雨門加固設(shè)計(jì)3.1基礎(chǔ)加固試驗(yàn)3.1.1基礎(chǔ)加固試驗(yàn)針對(duì)閘室存在的問題,本著對(duì)基礎(chǔ)隱蔽工程慎重處理的原則,驗(yàn)證加固方法的效果,決定在薊運(yùn)河防潮閘第4孔,先行一步進(jìn)行基礎(chǔ)加固施工和試驗(yàn)。基礎(chǔ)加固試驗(yàn)?zāi)康?(1)驗(yàn)證加固試驗(yàn)是否達(dá)到預(yù)期目的,并根據(jù)試驗(yàn)成果進(jìn)一步改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)。(2)驗(yàn)證施工方法和施工工藝是否有效,從而進(jìn)一步完善和改進(jìn)施工方法和施工工藝,確定符合本工程施工條件和地基情況的施工控制參數(shù)。3.1.2主要工程措施設(shè)計(jì)試驗(yàn)孔結(jié)合實(shí)際加固,即選中的試驗(yàn)孔基礎(chǔ)加固試驗(yàn)完成后,也就完成了該孔的加固工作。經(jīng)深入地研究和分析,采用了經(jīng)實(shí)踐證明卓有成效的工程措施,并進(jìn)行了周密的工程加固設(shè)計(jì),使工程加固目的明確、效果可靠。其加固試驗(yàn)的主要工程措施:(1)采用上、下游旋噴樁防滲墻解決閘基滲流穩(wěn)定問題。防潮閘于1986年加固時(shí)采用的定噴墻,因墻體薄、強(qiáng)度低,且在墻體與墻體、墻體與底板接觸處存在薄弱環(huán)節(jié),致使達(dá)不到防滲效果。試驗(yàn)采用旋噴樁防滲墻,通過旋噴對(duì)原土體進(jìn)行攪拌破壞,并同時(shí)注入適量濃度的水泥漿來改善土體的物理力學(xué)性質(zhì)。旋噴防滲墻厚度大、強(qiáng)度高,其防滲效果顯著。(2)采用基礎(chǔ)接觸灌漿解決閘底板脫空問題。(3)采用復(fù)合樁解決閘室抗滑穩(wěn)定問題。由于原灌注樁設(shè)計(jì)采用荷載過大,而樁身又存在著斷裂、缺陷,致使閘室抗滑穩(wěn)定存在著嚴(yán)重問題,采用樁身補(bǔ)強(qiáng)方法,技術(shù)難度大,所以本次試驗(yàn)采用復(fù)合樁,即對(duì)墩底板下的灌注樁利用旋噴進(jìn)行圍封加固,形成復(fù)合樁。3.1.3灌注樁圍堰加固期質(zhì)量要求薊運(yùn)河防潮閘基礎(chǔ)加固試驗(yàn)做接觸灌漿孔8個(gè),灌注樁加固旋、擺噴孔24個(gè),上、下游防滲墻旋噴孔20個(gè),共計(jì)52個(gè);鉆不同類型的質(zhì)量檢查孔11個(gè)。加固試驗(yàn)施工是在不做圍堰的條件下,在上游公路橋、下游檢修橋橋面上鉆孔,而兩橋之間則采用搭木板平臺(tái)施工,控制鉆孔斜度,進(jìn)行水下作業(yè),施工難度較大。加固試驗(yàn)設(shè)計(jì)提出的質(zhì)量要求指標(biāo)為:接觸灌漿要求基礎(chǔ)與底板結(jié)合部位充填密實(shí),其滲透系數(shù)小于1×10-5cm/s;上、下游旋噴防滲墻墻體K值小于1×10-7cm/s;灌注樁圍封加固旋噴樁樁身抗壓強(qiáng)度不小于10MPa,彈性模量E不小于1000MPa;封孔質(zhì)量檢查要求封孔砂漿與底板接觸部位的抗剪強(qiáng)度不小于0.15MPa。基礎(chǔ)試驗(yàn)選定的旋擺噴施工控制參數(shù)見表1。3.1.4灌注樁圍封加固效果為了驗(yàn)證基礎(chǔ)加固試驗(yàn)的質(zhì)量,采取抽樣檢查措施來驗(yàn)證基礎(chǔ)加固的效果。防滲墻主要檢查墻體的天然容重和防滲指標(biāo);復(fù)合樁主要檢查旋噴樁的天然容重、抗壓強(qiáng)度和彈性模量;接觸灌漿主要檢查底板與基土結(jié)合部位的結(jié)合質(zhì)量和防滲效果。另外還要檢查鉆孔的封孔質(zhì)量。通過質(zhì)量檢查,接觸灌漿孔滲透系數(shù)K值均在1×10-7cm/s以下,滿足設(shè)計(jì)要求,底板與接觸灌注結(jié)合部位充填緊密,質(zhì)量滿足要求;灌注樁圍封加固芯樣平均抗壓強(qiáng)度16.17MPa,彈性模量平均值為4128.83MPa,均高于設(shè)計(jì)值,達(dá)到了灌注樁上、下游方向圍封加固效果,但左右擺噴效果稍差,應(yīng)加大擺噴壓力和擺噴半徑;上、下游旋噴防滲墻K值均小于1×10-7cm/s,防滲性能滿足設(shè)計(jì)要求,上、下游旋噴防滲墻天然容重17.2kN/m3,上游墻取芯率89%,下游墻芯樣比較破碎,取芯率為52%,底部成半缺狀,說明發(fā)生了孔偏,可能是由于下游墻先施工,施工控制尚不穩(wěn)定等原因造成,只要合理確定施工參數(shù),搞好現(xiàn)場(chǎng)施工管理和質(zhì)量控制,上述問題是不難解決的;從封孔質(zhì)量檢查孔取芯樣觀察,封孔質(zhì)量良好,界面結(jié)合緊密牢固,滲透系數(shù)K值均小于1×10-7cm/s,滿足要求?；A(chǔ)試驗(yàn)檢查結(jié)果表明,施工質(zhì)量均能夠滿足設(shè)計(jì)要求。3.2基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)3.2.1灌注樁高噴法復(fù)合樁體灌注樁加固采用已完成的第4孔加固設(shè)計(jì)方案,即在原樁上、下游側(cè)布孔,先旋噴、再兩側(cè)擺噴包裹,形成新、老樁的復(fù)合體,共同承擔(dān)水平荷載。旋噴孔布置在距每根灌注樁上、下游邊緣30cm左右處,加固深度6.0m,略大于灌注樁反彎點(diǎn)。實(shí)施時(shí)先擺噴、后旋噴,上下游高噴孔的擺噴線相交封閉灌注樁兩側(cè),其最小包裹厚度不小于20cm,上下游旋噴成樁后將原樁加大,形成沿順?biāo)鞣较蚣娱L(zhǎng)的橢圓形復(fù)合樁體,旋噴樁成樁直徑90cm,故復(fù)合樁順?biāo)飨蜃畲蠼孛骈L(zhǎng)可達(dá)235cm,垂直水流向最大有效截面寬將不小于115cm。復(fù)合樁體的成樁斷面見圖1。復(fù)合樁單樁水平承載力計(jì)算為343kN,按P為340kN計(jì),閘室抗滑穩(wěn)定基本組合最小安全系數(shù)1.32,特殊組合最小安全系數(shù)1.20,均滿足規(guī)范要求。3.2.2垂直防滲方案鑒于防潮閘存在著閘室底板和上下游阻滑板普遍脫空情況,整個(gè)地基防滲設(shè)防已破壞,如果恢復(fù)水平防滲,則脫空處理不僅面積大,而且在無圍堰情況下施工,難度大,投入資金多,基于以上因素,基礎(chǔ)加固的防滲設(shè)計(jì)采用垂直防滲方案,于閘室上、下游各設(shè)一道旋噴樁防滲墻。上游防滲墻中心線與第一排灌注樁重合,下游防滲墻中心線在第六排灌注樁下游側(cè),相距0.21m。防滲墻由旋噴樁相互套疊而成,樁距0.7m左右,成樁直徑0.9m,最小成墻厚度0.5m,兩端與灌注樁封閉,防滲墻深入底板下5.0m。經(jīng)過滲透穩(wěn)定計(jì)算,閘室水平段水力坡降為0.026～0.044,均小于軟粘土地基允許坡降0.3;閘室出口水力坡降0.201～0.323,也小于出口允許坡降0.6,垂直防滲墻深度滿足設(shè)計(jì)要求。3.2.3旋、擺噴、防滲墻鉆孔閘室底板脫空采用接觸灌漿處理,接觸灌漿孔除利