蓟运河防空防灾闸基础加固

蓟运河防空防灾闸基础加固

京运河防洪港位于天津市北塘区。京运河与永定河交汇处。这是一个集水区、排水、蓄水、缓解和保护的大型灌溉。蓟运河防潮闸设计流量1200m3/s,上游最高蓄水位2.14m,下游最高潮位1.91m,原设计全闸共14孔,中间过流孔12孔,单孔净宽8m,闸墩厚1.3m,闸室总宽128.9m。闸室底板为分离式结构,墩底板为灌注桩基础,每个墩底板下布置8～12根灌注桩。闸室上游设有钢筋混凝土铺盖,下游接消力池,池长16m。防潮闸工作门为上下双扉门,对应各门槽上部为机架桥,由排架和独立柱支撑,桥上设有8台2×250kN和4台2×150kN固定卷扬启闭机及3台2×150kN活动台车供下扉门、上扉门和检修门启闭。1灌注桩底板脱空状况蓟运河防潮闸自1973年建成以来已运行20多年,其间经历1976年唐山大地震,工程受到不同程度破坏,闸基下沉、底板脱空、灌注桩断裂,部分机架桥大梁震落,排架倾斜,加上长期受海洋环境的侵蚀,上部结构老化、碳化、出现裂缝,大梁混凝土脱落露筋,对工程的安全运用构成严重危害。1997年对上部结构进行了较全面的加固处理:对排架和立柱的裂缝化灌并外包钢板后充填灌浆,提高闸室中段墩顶高程,降低排架和独立柱高度,提高结构刚度,并对交通桥、机架桥大梁修补后进行防碳化封闭保护,从而解决了上部结构存在的问题。1986年闸室基础虽对中段进行过高喷墙截渗和静压灌浆处理,但并未彻底解决底板脱空问题,闸室上、下游冒水情况依然存在,经1997年天津院科研所检查发现灌注桩存在着严重的质量缺欠,闸室渗流及抗滑稳定仍存在严重问题。(1)闸室底板脱空:经测量,闸底板分别比防渗板、消力池底板少下沉4.6cm和6.5cm,皆因桩基支撑所致,说明脱空是普遍性的;底板钻孔取样及钻孔漏水、涌水情况也表明底板严重脱空。(2)灌注桩桩身混凝土质量差,桩端与闸底板连接薄弱。检测14根桩大部分桩身混凝土质地松散、破碎、混凝土强度较低,并有断桩。依其透水性判别,桩身质量完好的仅有2根,占检测数的14%,其桩端与底板结合良好的仅4根,占28%,大部分桩端混凝土由细砂、卵石、砂浆碎块组成,且钻透底板后大多数钻孔出现不同程度的涌水现象。(3)闸室中部所做定喷墙由于墙体薄,孔位偏差大,在定喷墙部位的底板接触灌浆检查孔芯样表明,大部分底板以下,芯样上端都有1～5cm水泥灌浆固结物,说明灌浆前定喷墙与底板间存在脱空间隙;墙体芯样松软、干容重小、孔隙大,抗压强度仅0.8MPa,且渗透系数为1×10-5cm/s,与基土相当,说明定喷墙形同虚设。2地层及生长结果性状闸基为近代浅海沉积层,土质松软,多呈饱和状态,按地层可分为3层,其中第2层(高程-6.5～-27m)为水闸主要持力层,该层又分为3小层,自上而下为轻亚粘土、亚粘土和重亚粘土,其性状自流塑、软塑至硬塑。3基础防雨门加固设计3.1基础加固试验3.1.1基础加固试验针对闸室存在的问题,本着对基础隐蔽工程慎重处理的原则,验证加固方法的效果,决定在蓟运河防潮闸第4孔,先行一步进行基础加固施工和试验。基础加固试验目的:(1)验证加固试验是否达到预期目的,并根据试验成果进一步改进和完善设计。(2)验证施工方法和施工工艺是否有效,从而进一步完善和改进施工方法和施工工艺,确定符合本工程施工条件和地基情况的施工控制参数。3.1.2主要工程措施设计试验孔结合实际加固,即选中的试验孔基础加固试验完成后,也就完成了该孔的加固工作。经深入地研究和分析,采用了经实践证明卓有成效的工程措施,并进行了周密的工程加固设计,使工程加固目的明确、效果可靠。其加固试验的主要工程措施:(1)采用上、下游旋喷桩防渗墙解决闸基渗流稳定问题。防潮闸于1986年加固时采用的定喷墙,因墙体薄、强度低,且在墙体与墙体、墙体与底板接触处存在薄弱环节,致使达不到防渗效果。试验采用旋喷桩防渗墙,通过旋喷对原土体进行搅拌破坏,并同时注入适量浓度的水泥浆来改善土体的物理力学性质。旋喷防渗墙厚度大、强度高,其防渗效果显著。(2)采用基础接触灌浆解决闸底板脱空问题。(3)采用复合桩解决闸室抗滑稳定问题。由于原灌注桩设计采用荷载过大,而桩身又存在着断裂、缺陷,致使闸室抗滑稳定存在着严重问题,采用桩身补强方法,技术难度大,所以本次试验采用复合桩,即对墩底板下的灌注桩利用旋喷进行围封加固,形成复合桩。3.1.3灌注桩围堰加固期质量要求蓟运河防潮闸基础加固试验做接触灌浆孔8个,灌注桩加固旋、摆喷孔24个,上、下游防渗墙旋喷孔20个,共计52个;钻不同类型的质量检查孔11个。加固试验施工是在不做围堰的条件下,在上游公路桥、下游检修桥桥面上钻孔,而两桥之间则采用搭木板平台施工,控制钻孔斜度,进行水下作业,施工难度较大。加固试验设计提出的质量要求指标为:接触灌浆要求基础与底板结合部位充填密实,其渗透系数小于1×10-5cm/s;上、下游旋喷防渗墙墙体K值小于1×10-7cm/s;灌注桩围封加固旋喷桩桩身抗压强度不小于10MPa,弹性模量E不小于1000MPa;封孔质量检查要求封孔砂浆与底板接触部位的抗剪强度不小于0.15MPa。基础试验选定的旋摆喷施工控制参数见表1。3.1.4灌注桩围封加固效果为了验证基础加固试验的质量,采取抽样检查措施来验证基础加固的效果。防渗墙主要检查墙体的天然容重和防渗指标;复合桩主要检查旋喷桩的天然容重、抗压强度和弹性模量;接触灌浆主要检查底板与基土结合部位的结合质量和防渗效果。另外还要检查钻孔的封孔质量。通过质量检查,接触灌浆孔渗透系数K值均在1×10-7cm/s以下,满足设计要求,底板与接触灌注结合部位充填紧密,质量满足要求;灌注桩围封加固芯样平均抗压强度16.17MPa,弹性模量平均值为4128.83MPa,均高于设计值,达到了灌注桩上、下游方向围封加固效果,但左右摆喷效果稍差,应加大摆喷压力和摆喷半径;上、下游旋喷防渗墙K值均小于1×10-7cm/s,防渗性能满足设计要求,上、下游旋喷防渗墙天然容重17.2kN/m3,上游墙取芯率89%,下游墙芯样比较破碎,取芯率为52%,底部成半缺状,说明发生了孔偏,可能是由于下游墙先施工,施工控制尚不稳定等原因造成,只要合理确定施工参数,搞好现场施工管理和质量控制,上述问题是不难解决的;从封孔质量检查孔取芯样观察,封孔质量良好,界面结合紧密牢固,渗透系数K值均小于1×10-7cm/s,满足要求。基础试验检查结果表明,施工质量均能够满足设计要求。3.2基础加固设计3.2.1灌注桩高喷法复合桩体灌注桩加固采用已完成的第4孔加固设计方案,即在原桩上、下游侧布孔,先旋喷、再两侧摆喷包裹,形成新、老桩的复合体,共同承担水平荷载。旋喷孔布置在距每根灌注桩上、下游边缘30cm左右处,加固深度6.0m,略大于灌注桩反弯点。实施时先摆喷、后旋喷,上下游高喷孔的摆喷线相交封闭灌注桩两侧,其最小包裹厚度不小于20cm,上下游旋喷成桩后将原桩加大,形成沿顺水流方向加长的椭圆形复合桩体,旋喷桩成桩直径90cm,故复合桩顺水流向最大截面长可达235cm,垂直水流向最大有效截面宽将不小于115cm。复合桩体的成桩断面见图1。复合桩单桩水平承载力计算为343kN,按P为340kN计,闸室抗滑稳定基本组合最小安全系数1.32,特殊组合最小安全系数1.20,均满足规范要求。3.2.2垂直防渗方案鉴于防潮闸存在着闸室底板和上下游阻滑板普遍脱空情况,整个地基防渗设防已破坏,如果恢复水平防渗,则脱空处理不仅面积大,而且在无围堰情况下施工,难度大,投入资金多,基于以上因素,基础加固的防渗设计采用垂直防渗方案,于闸室上、下游各设一道旋喷桩防渗墙。上游防渗墙中心线与第一排灌注桩重合,下游防渗墙中心线在第六排灌注桩下游侧,相距0.21m。防渗墙由旋喷桩相互套叠而成,桩距0.7m左右,成桩直径0.9m,最小成墙厚度0.5m,两端与灌注桩封闭,防渗墙深入底板下5.0m。经过渗透稳定计算,闸室水平段水力坡降为0.026～0.044,均小于软粘土地基允许坡降0.3;闸室出口水力坡降0.201～0.323,也小于出口允许坡降0.6,垂直防渗墙深度满足设计要求。3.2.3旋、摆喷、防渗墙钻孔闸室底板脱空采用接触灌浆处理,接触灌浆孔除利