【摘 要】本文以垦地县西双河闸除险加固工程为例，阐述了地基液化处理的必要性，分析了抗液化处理的方法，并进行了方案必选，确定采用旋喷（连续墙）围封法，进行了具体的设计。
【关键词】地基液化；旋喷（连续墙）围封法；西双河闸
0 引言
地基液化指的是地震时饱和砂土地基会发生液化现象，造成建筑物的地基失效，发生建筑物下沉、倾斜甚或倒塌等现象。
垦利西双河引黄闸位于东营市垦利县境内，临黄大堤右岸桩号239+054处，是一号坝引黄工程中三项工程（一号坝引黄闸、西双河引黄闸、两闸之间的输沙衬砌渠道）之一，也是双河干渠渠首泵站进水控制闸。水闸安全鉴定评定为三类闸，需要进行除险加固。
该闸为开敞式水闸，闸基下砂壤土层为液化地层，需要采取抗液化处理措施。
1 地基液化处理必要性
按照《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-2008，经计算勘探土层②、④层为液化地层，液化点占总点数的66.7%，液化等级为严重；⑥层砂壤土为局部液化地层。本工程的持力层（第②层）即为液化土层，埋深较浅，闸室上、下游为软体粘土铺盖，一旦地震时持力层发生液化，液化土层将被挤出至上、下游粘土铺盖防渗体处，造成闸室沉降，上、下游粘土铺盖被顶出、破坏，闸室砼与粘土防渗体之间的沥青麻布撕裂，是防渗体失效，水闸将变成新的防洪险点。
该闸位于黄河大堤上，黄河为二级悬河，该闸设计防洪水位为：15.31m，背河地面为9m左右。如果闸基发生液化，地基承载力锐减，桩基失稳，将造成涵闸失事。因此，为了确保防洪安全，应对闸基液化问题进行处理。
2 抗液化处理方式
液化处理常用的方法有挖出置换法、强力夯实法、挤密砂桩或砂桩挤密法、旋喷（连续墙）围封法和桩基础。
2.1 挖出置换法
换填法将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂，碎石，素土，灰土及其他性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实至要求的密实度，改善地基应力分布，减少沉降量，适当提高地基稳定性和抗渗稳定性。
换填法适用于厚度不大的软土地基。
2.2 强力夯实法
是将80-400kN重锤从落距6-40m处自由落下，给地基以冲击和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性，提高抗液化的能力。强夯法常用来加固碎石、砂土、粘性土、杂填土、湿隐性黄土等各类地基土。由于其具有设备简单、施工速度快、适用范围广、节约三材、经济可行、效果显著等优点。但用强夯法加固地基，一定要根据现场的地质条件和工程作用要求，正确选用强夯参数，一般通过试验来确定有效加固深度、单击夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、间歇时间、夯点布置和夯点间距等强夯参数。
强力夯实法适用于透水性较好的松软地基，尤其适用于稍密的碎石土或松软地基。
2.3 挤密砂桩或砂桩挤密法
该法是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后再将砂挤入土中，形成大直径的密实砂柱体的加固地基的方法。砂桩属于散体桩复合地基的一种。
排水固结法：该法即指给地基预先施加荷载，为加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设置竖向和横向的排水通道，使得土体中的孔隙水排出，使土体不发生液化。
2.4 旋喷（连续墙）围封法
适用于黏性土、砂土等，既可用来防止基础继续下沉，也可减少液化指数、降低液化等级或消除液化的可能。此法在基础内或紧贴基础侧面钻孔制作水泥旋喷桩：先用岩心钻钻到所需的深度，插入旋喷管，再用高压喷射水泥浆，边旋转注浆边提升，提到预定的深度后停止注浆并拔出旋喷管。在旋喷过程中利用水泥浆的冲击力扰动土体，使土体与水泥浆混合，凝固成圆柱状固体，将土层封闭固定范围内，达到加固地基的目的。此法的优点如下：
1）可在不同深度、不同范围内喷射水泥浆，可形成间隔的桩柱体或连成整体的连续桩；
2）可适用于各种类型的软弱土；
3）桩柱体的强度，可通过硬化剂的用量控制；
4）可形成竖直桩或斜桩，可在建筑物侧面设置。
2.5 桩基础
增加地基承载能力，减少沉降量，提高抗滑稳定性。适用于较深厚的的松软地基，尤其适用于上部为松软土层、下部位应土层的地基。需要说明的是：桩尖为嵌入硬土层的摩擦桩，仍有一定的沉降量；用于松砂、砂壤土地基时，应注意渗透变形。
3 方案选取
由于本工程为除险加固工程，本工程已建成并运行多年，换填法、强力夯实法、挤密砂桩或砂桩挤密法不适合。因此，闸基处理采用旋喷（连续墙）围封法和桩基础两方案进行比较。
采用桩基础方案处理闸基液化问题，已建桩基础中联桩底高程为-13.09m～-9.26m，岸箱桩底高程为-11.09～-17.09m，第⑥层液化土层底高程为-9.75m，中联的桩长不能穿透第6层液化土层，不符合《水闸设计规范》（SL265-2001）第8.4.4条“对于地基中的液化土层，……，当采用板桩（连续墙）围封或沉井基础处理时，桩（墙、井壁）体必须嵌入非液化土层”的规定。即使新增加的灌注桩加长，由于与原桩不能加长，不能形成群桩效应，因此不能有效的提高抗震动液化的能力。
采用桩基础尽管可提高其承载能力，但是不能解决地震发生时液化土层被挤出的问题。本工程的持力层（第②层）即为液化土层，埋深较浅，闸室上、下游为软体粘土铺盖，一旦地震时持力层发生液化，液化土层将被挤出至上、下游粘土铺盖防渗体处，造成闸室沉降，上、下游粘土铺盖被顶出、破坏，闸室砼与粘土防渗体之间的沥青麻布撕裂，是防渗体失效，水闸将变成新的防洪险点。
通过综合比较，本工程地基抗液化处理采用旋喷（连续墙）围封法。
4 地基抗液化处理设计
为将液化土层封闭，底板下设置高压旋喷桩截渗墙，前后底板下部设置1排旋喷桩，桩径1.1m，间距0.9m，上游桩顶高程2.91m，下游桩顶高程1.61m，桩底高程-13.39m。需将上、下游底板各接长2.0m，底板厚0.8m，底部设置100mm厚混凝土垫层，新、旧底板之间分缝；缝间采用橡胶明止水和遇水膨胀橡胶止水条两道止水，沥青杉板填缝。
为使底板外侧土层封闭，同时减少开挖对现有工程的影响，底板外侧工程设置高压旋喷桩截渗墙进行基坑支护和截渗，并与底板下部高压旋喷桩截渗墙连接成为整体，达到封闭土层的作用。高压旋喷桩截渗墙分别在边墩外侧设置，共设置4处，上游桩顶高程11.11m，下游桩顶高程7.61m，桩底高程-13.39m。
为使闸东、西两侧土层封闭，外侧设置环形高压旋喷桩截渗墙与底板及底板外侧高压旋喷桩截渗墙进行连接成环形整体，将液化土层封闭在环形内。由于外侧砌石挡墙已经形成，进行高压旋喷桩截渗墙施工时，需要将扭曲面挡墙、混凝土板护坡拆除，拆除扭曲面挡墙时需开挖墙后粘土防渗体，待高压旋喷桩截渗墙施工完毕，再按原标准恢复。开挖土方用于临时道路回填，拆除的粘土防渗体回填时自粘土场调土。
经渗流计算，采用旋喷（连续墙）围封法处理闸基液化问题，出口段最大渗流坡降为：J设计=0.27，J校核=0.30；而处理前（或采用桩基础处理闸基液化问题），出口段最大渗流坡降为：J设计=0.47，J校核=0.51；旋喷（连续墙）围封法为推荐方案不仅可以解决土层振动液化问题，还可提高基础的抗渗能力。
【关键词】地基液化；旋喷（连续墙）围封法；西双河闸
0 引言
地基液化指的是地震时饱和砂土地基会发生液化现象，造成建筑物的地基失效，发生建筑物下沉、倾斜甚或倒塌等现象。
垦利西双河引黄闸位于东营市垦利县境内，临黄大堤右岸桩号239+054处，是一号坝引黄工程中三项工程（一号坝引黄闸、西双河引黄闸、两闸之间的输沙衬砌渠道）之一，也是双河干渠渠首泵站进水控制闸。水闸安全鉴定评定为三类闸，需要进行除险加固。
该闸为开敞式水闸，闸基下砂壤土层为液化地层，需要采取抗液化处理措施。
1 地基液化处理必要性
按照《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-2008，经计算勘探土层②、④层为液化地层，液化点占总点数的66.7%，液化等级为严重；⑥层砂壤土为局部液化地层。本工程的持力层（第②层）即为液化土层，埋深较浅，闸室上、下游为软体粘土铺盖，一旦地震时持力层发生液化，液化土层将被挤出至上、下游粘土铺盖防渗体处，造成闸室沉降，上、下游粘土铺盖被顶出、破坏，闸室砼与粘土防渗体之间的沥青麻布撕裂，是防渗体失效，水闸将变成新的防洪险点。
该闸位于黄河大堤上，黄河为二级悬河，该闸设计防洪水位为：15.31m，背河地面为9m左右。如果闸基发生液化，地基承载力锐减，桩基失稳，将造成涵闸失事。因此，为了确保防洪安全，应对闸基液化问题进行处理。
2 抗液化处理方式
液化处理常用的方法有挖出置换法、强力夯实法、挤密砂桩或砂桩挤密法、旋喷（连续墙）围封法和桩基础。
2.1 挖出置换法
换填法将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂，碎石，素土，灰土及其他性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实至要求的密实度，改善地基应力分布，减少沉降量，适当提高地基稳定性和抗渗稳定性。
换填法适用于厚度不大的软土地基。
2.2 强力夯实法
是将80-400kN重锤从落距6-40m处自由落下，给地基以冲击和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性，提高抗液化的能力。强夯法常用来加固碎石、砂土、粘性土、杂填土、湿隐性黄土等各类地基土。由于其具有设备简单、施工速度快、适用范围广、节约三材、经济可行、效果显著等优点。但用强夯法加固地基，一定要根据现场的地质条件和工程作用要求，正确选用强夯参数，一般通过试验来确定有效加固深度、单击夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、间歇时间、夯点布置和夯点间距等强夯参数。
强力夯实法适用于透水性较好的松软地基，尤其适用于稍密的碎石土或松软地基。
2.3 挤密砂桩或砂桩挤密法
该法是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后再将砂挤入土中，形成大直径的密实砂柱体的加固地基的方法。砂桩属于散体桩复合地基的一种。
排水固结法：该法即指给地基预先施加荷载，为加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设置竖向和横向的排水通道，使得土体中的孔隙水排出，使土体不发生液化。
2.4 旋喷（连续墙）围封法
适用于黏性土、砂土等，既可用来防止基础继续下沉，也可减少液化指数、降低液化等级或消除液化的可能。此法在基础内或紧贴基础侧面钻孔制作水泥旋喷桩：先用岩心钻钻到所需的深度，插入旋喷管，再用高压喷射水泥浆，边旋转注浆边提升，提到预定的深度后停止注浆并拔出旋喷管。在旋喷过程中利用水泥浆的冲击力扰动土体，使土体与水泥浆混合，凝固成圆柱状固体，将土层封闭固定范围内，达到加固地基的目的。此法的优点如下：
1）可在不同深度、不同范围内喷射水泥浆，可形成间隔的桩柱体或连成整体的连续桩；
2）可适用于各种类型的软弱土；
3）桩柱体的强度，可通过硬化剂的用量控制；
4）可形成竖直桩或斜桩，可在建筑物侧面设置。
2.5 桩基础
增加地基承载能力，减少沉降量，提高抗滑稳定性。适用于较深厚的的松软地基，尤其适用于上部为松软土层、下部位应土层的地基。需要说明的是：桩尖为嵌入硬土层的摩擦桩，仍有一定的沉降量；用于松砂、砂壤土地基时，应注意渗透变形。
3 方案选取
由于本工程为除险加固工程，本工程已建成并运行多年，换填法、强力夯实法、挤密砂桩或砂桩挤密法不适合。因此，闸基处理采用旋喷（连续墙）围封法和桩基础两方案进行比较。
采用桩基础方案处理闸基液化问题，已建桩基础中联桩底高程为-13.09m～-9.26m，岸箱桩底高程为-11.09～-17.09m，第⑥层液化土层底高程为-9.75m，中联的桩长不能穿透第6层液化土层，不符合《水闸设计规范》（SL265-2001）第8.4.4条“对于地基中的液化土层，……，当采用板桩（连续墙）围封或沉井基础处理时，桩（墙、井壁）体必须嵌入非液化土层”的规定。即使新增加的灌注桩加长，由于与原桩不能加长，不能形成群桩效应，因此不能有效的提高抗震动液化的能力。
采用桩基础尽管可提高其承载能力，但是不能解决地震发生时液化土层被挤出的问题。本工程的持力层（第②层）即为液化土层，埋深较浅，闸室上、下游为软体粘土铺盖，一旦地震时持力层发生液化，液化土层将被挤出至上、下游粘土铺盖防渗体处，造成闸室沉降，上、下游粘土铺盖被顶出、破坏，闸室砼与粘土防渗体之间的沥青麻布撕裂，是防渗体失效，水闸将变成新的防洪险点。
通过综合比较，本工程地基抗液化处理采用旋喷（连续墙）围封法。
4 地基抗液化处理设计
为将液化土层封闭，底板下设置高压旋喷桩截渗墙，前后底板下部设置1排旋喷桩，桩径1.1m，间距0.9m，上游桩顶高程2.91m，下游桩顶高程1.61m，桩底高程-13.39m。需将上、下游底板各接长2.0m，底板厚0.8m，底部设置100mm厚混凝土垫层，新、旧底板之间分缝；缝间采用橡胶明止水和遇水膨胀橡胶止水条两道止水，沥青杉板填缝。
为使底板外侧土层封闭，同时减少开挖对现有工程的影响，底板外侧工程设置高压旋喷桩截渗墙进行基坑支护和截渗，并与底板下部高压旋喷桩截渗墙连接成为整体，达到封闭土层的作用。高压旋喷桩截渗墙分别在边墩外侧设置，共设置4处，上游桩顶高程11.11m，下游桩顶高程7.61m，桩底高程-13.39m。
为使闸东、西两侧土层封闭，外侧设置环形高压旋喷桩截渗墙与底板及底板外侧高压旋喷桩截渗墙进行连接成环形整体，将液化土层封闭在环形内。由于外侧砌石挡墙已经形成，进行高压旋喷桩截渗墙施工时，需要将扭曲面挡墙、混凝土板护坡拆除，拆除扭曲面挡墙时需开挖墙后粘土防渗体，待高压旋喷桩截渗墙施工完毕，再按原标准恢复。开挖土方用于临时道路回填，拆除的粘土防渗体回填时自粘土场调土。
经渗流计算，采用旋喷（连续墙）围封法处理闸基液化问题，出口段最大渗流坡降为：J设计=0.27，J校核=0.30；而处理前（或采用桩基础处理闸基液化问题），出口段最大渗流坡降为：J设计=0.47，J校核=0.51；旋喷（连续墙）围封法为推荐方案不仅可以解决土层振动液化问题，还可提高基础的抗渗能力。