通過水泥粉噴樁加固技術(shù)成功運用于大型水閘的實踐，對設(shè)計與施工作用簡要論述，并結(jié)合工程實踐介紹了設(shè)計應(yīng)注意事項及施工工藝以及保證質(zhì)量的組織技術(shù)措施。
1.概述
粉體噴射攪拌法是近二十年來大規(guī)模起來的地基加固處理技術(shù)。該法由瑞典人Kield Paus提出設(shè)想，1974年在瑞典首都斯德哥爾摩以南約十公里處的Hudding首次用石灰粉體噴射攪拌法作為路堤和深基坑邊坡穩(wěn)定措施，并取得成功。我國鐵道部于1984年首次成功運用于廣東省云浮硫鐵礦鐵路專用線軟基加固。水泥粉噴法是利用噴粉樁機，將水泥干粉噴入軟弱基土中，并在原位進行強制攪拌，通過水泥和土的一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用形成水泥土樁體，與基土共同作用形成復(fù)合地基，達(dá)到提高承載力和減少沉降的目的。該技術(shù)成本低、工效快，曾大量運用于鐵路、建筑工程地基加固，但大型水利工程的運用較為鮮見。何巷閘將該技術(shù)成功運用于地基加固，開辟了一條新路。
2.工程設(shè)計
2.1工程概況
何巷閘是治淮戰(zhàn)略骨干工程懷洪新河的進口控制工程，位于安徽省懷遠(yuǎn)縣境內(nèi)淮北大堤渦河圈堤上，屬Ⅰ等1級建筑物，該閘以分洪為主，設(shè)計分洪流量2000m3/s，并兼有蓄水和引水作用，單孔凈寬8m，共分14孔，閘室為鋼筋砼胸墻式結(jié)構(gòu)，底檻高程15.37m，胸墻底高程21.37m，閘室高10.5m，順?biāo)飨蜷L20m，閘室上游采用半徑為20m的圓弧型翼墻，下游采用緩變曲線型翼墻，翼墻擋土高度10.5m，采用鋼筋砼格倉式結(jié)構(gòu)。
2.2地質(zhì)條件
工程位于淮河、渦河沖積平原上，揭露的地層均為淮河、渦河的沖積、淤積層，具有較為典型的河流相沖淤積地層特征（即顆粒質(zhì)結(jié)構(gòu)大致辭上細(xì)下粗），從鉆探資料所揭示的地層來看，閘室底板以下地層分布如下：
第一層：灰黃色淤質(zhì)重粉質(zhì)壤土，淤質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑~軟塑狀，飽和、高壓縮性，含水量42.8%，干重度12.7KN/m3，孔隙比1.293，液性指數(shù)1.22，天然地基承載能力70Kpa。層底高程10.6~10.8m，厚約4~4.5m；
第二層：黃、棕色重粉質(zhì)壤土，粉質(zhì)粘土，硬塑狀，中偏低壓縮性，含水量22.4%，干重度16.6KN/m3，孔隙比0.642，液性指數(shù)0.27，天然地基承載能力200Kpa，該層層厚約3m，層底高程7.5~8.5m；
第三層：極細(xì)砂、細(xì)砂，黃色、中密狀，頂部約1m厚為砂壤土，下部夾有較厚的粉質(zhì)壤土透鏡體，本層已揭露厚度大于16m，天然地基承載能力200Kpa。
場地地下水有兩種類型，①~②層地下水為潛水，水位高低主要受大氣降水、河水位，雨季稍高，約18~19.2m；③層以下地下水具有承壓性，第二層重粉質(zhì)壤土為完整的隔水層，據(jù)大范圍地質(zhì)鉆孔資料，該層含水與渦河河槽不直接連通，地下水位主要受潛水越流補給，地下水位約17.5~18.5m。
2.3地基處理設(shè)計
2.3.1確定方案
何巷閘閘室、岸墻及上游翼墻均座落于第一屋淤質(zhì)土層上，天然地基承載能力僅70Kpa，而它們的基底壓力則分別達(dá)到了100Kpa、190Kpa和200Kpa，顯然需采取加固措施。設(shè)計中曾考慮了鋼筋砼灌注樁、碎石振沖樁和水泥粉噴樁等方案，認(rèn)為采用灌注樁需鉆穿第三層隔水層，引起該區(qū)域水文地質(zhì)條件變化，給以后的管理運行帶來復(fù)雜的不定因素；采用碎石振沖樁雖可解決承載力，但其抗?jié)B性能差，易產(chǎn)生滲透變形，而本閘防洪期持水水頭差又較大，水泥粉噴樁水僅可以提高地基承載力，抗?jié)B性能好，而且造價低，只要嚴(yán)格按設(shè)計要求控制進尺，噴粉量，采用全程復(fù)攪使樁身均勻，同時解決好樁底水泥土與下臥硬土層的結(jié)合問題，該方案完全可以滿足本閘的承載力和沉降要求。
2.3.2設(shè)計
根據(jù)攪拌樁的作用機理可知，所形成的水泥土樁體與樁周土組成復(fù)合地基共同承擔(dān)建筑物荷載，由于二者剛度相差較大，樁體與樁間土如何分擔(dān)建筑物荷載是較為復(fù)雜的問題，，可按下列經(jīng)驗公式計算。
fsp.k=Rk.m/Ap+β(1-m)fsk
Esp.k=[1+m(n-1)]Esk
式中：fsp.k ----------復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 (kpa)
fsk -----------樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值 (kpa)
m -----------樁土置換率
Ap ----------水泥土樁體橫截面積 (m2)
β-----------樁間土承載力拆減系數(shù)，樁間為硬土可取0.1~0.4
Rk ----------單樁豎向承載力 (KN)
Esp.k --------復(fù)合地基壓縮模量 (Mpa)
Esk ----------樁間土壓縮模量 (Mpa)
n ------------樁土應(yīng)力比
通過計算，閘室底板、岸墻及上游翼墻樁土置換率分別為0.196、0.348和0.40，均采用正方形布置，樁徑0.5m，樁距依次為1.0、0.75和0.70m?？紤]到水閘岸墻及引堤超載影響，為減少岸墻后引堤超載引起的后仰沉降量，岸墻后另布置三排護樁，其他結(jié)構(gòu)底板輪廓外布置一排護樁。
1.概述
粉體噴射攪拌法是近二十年來大規(guī)模起來的地基加固處理技術(shù)。該法由瑞典人Kield Paus提出設(shè)想，1974年在瑞典首都斯德哥爾摩以南約十公里處的Hudding首次用石灰粉體噴射攪拌法作為路堤和深基坑邊坡穩(wěn)定措施，并取得成功。我國鐵道部于1984年首次成功運用于廣東省云浮硫鐵礦鐵路專用線軟基加固。水泥粉噴法是利用噴粉樁機，將水泥干粉噴入軟弱基土中，并在原位進行強制攪拌，通過水泥和土的一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用形成水泥土樁體，與基土共同作用形成復(fù)合地基，達(dá)到提高承載力和減少沉降的目的。該技術(shù)成本低、工效快，曾大量運用于鐵路、建筑工程地基加固，但大型水利工程的運用較為鮮見。何巷閘將該技術(shù)成功運用于地基加固，開辟了一條新路。
2.工程設(shè)計
2.1工程概況
何巷閘是治淮戰(zhàn)略骨干工程懷洪新河的進口控制工程，位于安徽省懷遠(yuǎn)縣境內(nèi)淮北大堤渦河圈堤上，屬Ⅰ等1級建筑物，該閘以分洪為主，設(shè)計分洪流量2000m3/s，并兼有蓄水和引水作用，單孔凈寬8m，共分14孔，閘室為鋼筋砼胸墻式結(jié)構(gòu)，底檻高程15.37m，胸墻底高程21.37m，閘室高10.5m，順?biāo)飨蜷L20m，閘室上游采用半徑為20m的圓弧型翼墻，下游采用緩變曲線型翼墻，翼墻擋土高度10.5m，采用鋼筋砼格倉式結(jié)構(gòu)。
2.2地質(zhì)條件
工程位于淮河、渦河沖積平原上，揭露的地層均為淮河、渦河的沖積、淤積層，具有較為典型的河流相沖淤積地層特征（即顆粒質(zhì)結(jié)構(gòu)大致辭上細(xì)下粗），從鉆探資料所揭示的地層來看，閘室底板以下地層分布如下：
第一層：灰黃色淤質(zhì)重粉質(zhì)壤土，淤質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑~軟塑狀，飽和、高壓縮性，含水量42.8%，干重度12.7KN/m3，孔隙比1.293，液性指數(shù)1.22，天然地基承載能力70Kpa。層底高程10.6~10.8m，厚約4~4.5m；
第二層：黃、棕色重粉質(zhì)壤土，粉質(zhì)粘土，硬塑狀，中偏低壓縮性，含水量22.4%，干重度16.6KN/m3，孔隙比0.642，液性指數(shù)0.27，天然地基承載能力200Kpa，該層層厚約3m，層底高程7.5~8.5m；
第三層：極細(xì)砂、細(xì)砂，黃色、中密狀，頂部約1m厚為砂壤土，下部夾有較厚的粉質(zhì)壤土透鏡體，本層已揭露厚度大于16m，天然地基承載能力200Kpa。
場地地下水有兩種類型，①~②層地下水為潛水，水位高低主要受大氣降水、河水位，雨季稍高，約18~19.2m；③層以下地下水具有承壓性，第二層重粉質(zhì)壤土為完整的隔水層，據(jù)大范圍地質(zhì)鉆孔資料，該層含水與渦河河槽不直接連通，地下水位主要受潛水越流補給，地下水位約17.5~18.5m。
2.3地基處理設(shè)計
2.3.1確定方案
何巷閘閘室、岸墻及上游翼墻均座落于第一屋淤質(zhì)土層上，天然地基承載能力僅70Kpa，而它們的基底壓力則分別達(dá)到了100Kpa、190Kpa和200Kpa，顯然需采取加固措施。設(shè)計中曾考慮了鋼筋砼灌注樁、碎石振沖樁和水泥粉噴樁等方案，認(rèn)為采用灌注樁需鉆穿第三層隔水層，引起該區(qū)域水文地質(zhì)條件變化，給以后的管理運行帶來復(fù)雜的不定因素；采用碎石振沖樁雖可解決承載力，但其抗?jié)B性能差，易產(chǎn)生滲透變形，而本閘防洪期持水水頭差又較大，水泥粉噴樁水僅可以提高地基承載力，抗?jié)B性能好，而且造價低，只要嚴(yán)格按設(shè)計要求控制進尺，噴粉量，采用全程復(fù)攪使樁身均勻，同時解決好樁底水泥土與下臥硬土層的結(jié)合問題，該方案完全可以滿足本閘的承載力和沉降要求。
2.3.2設(shè)計
根據(jù)攪拌樁的作用機理可知，所形成的水泥土樁體與樁周土組成復(fù)合地基共同承擔(dān)建筑物荷載，由于二者剛度相差較大，樁體與樁間土如何分擔(dān)建筑物荷載是較為復(fù)雜的問題，，可按下列經(jīng)驗公式計算。
fsp.k=Rk.m/Ap+β(1-m)fsk
Esp.k=[1+m(n-1)]Esk
式中：fsp.k ----------復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 (kpa)
fsk -----------樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值 (kpa)
m -----------樁土置換率
Ap ----------水泥土樁體橫截面積 (m2)
β-----------樁間土承載力拆減系數(shù)，樁間為硬土可取0.1~0.4
Rk ----------單樁豎向承載力 (KN)
Esp.k --------復(fù)合地基壓縮模量 (Mpa)
Esk ----------樁間土壓縮模量 (Mpa)
n ------------樁土應(yīng)力比
通過計算，閘室底板、岸墻及上游翼墻樁土置換率分別為0.196、0.348和0.40，均采用正方形布置，樁徑0.5m，樁距依次為1.0、0.75和0.70m?？紤]到水閘岸墻及引堤超載影響，為減少岸墻后引堤超載引起的后仰沉降量，岸墻后另布置三排護樁，其他結(jié)構(gòu)底板輪廓外布置一排護樁。