箱式基礎(chǔ)在新疆開都河博湖縣城區(qū)防洪工程中的應(yīng)用分析

庫爾班·依明

（新疆維吾爾自治區(qū)水利廳規(guī)劃設(shè)計管理局 新疆 烏魯木齊 830000）

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的逐步展開，國家加大了對新疆河道治理方面的資金投入，近幾年疆內(nèi)在不同河床質(zhì)的河道兩岸，修建了各種型式的護(hù)岸工程。已實施的提防工程的壽命及防洪效益分析表明，在砂礫石、粘性土及砂壤土等抗沖能力相對高的底層上修建的堤防使用壽命較長，防洪效益顯著，而在粉細(xì)砂河床修建的堤防工程，因設(shè)計基礎(chǔ)埋深的確定與理論計算沖刷深度之間存在很大出入，板縫的處理不當(dāng)?shù)仍颍谑芎樗绊懴缕茐牡膸茁蕵O高，經(jīng)歷幾場洪水后幾乎沖毀，起不了預(yù)期的防洪作用。因此，在粉細(xì)砂河床上確定既經(jīng)濟(jì)又安全、使用壽命較長的堤防基礎(chǔ)防沖措施，已成為設(shè)計人員急需解決得問題[1]。

1 工程概況

開都河流域位于新疆天山南坡，塔里木盆地北緣，河流全長560km，近6km的河段從博湖縣城區(qū)穿過。開都河博湖縣城區(qū)防洪工程位于開都河90+000～98+000段內(nèi)，主要保護(hù)對象為主城區(qū)[2]，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，洪峰流量為850m3/s；城區(qū)地面高程在1053m左右，現(xiàn)狀河道河底高程在1050m左右，設(shè)計洪水水面高程為1054m以上，比博湖縣城區(qū)地面高1m左右，一旦洪水造成堤防決口，勢必對博湖縣城造成非常嚴(yán)重的損失。據(jù)統(tǒng)計資料，1999年、2000年的兩場洪水，使城區(qū)段的老防洪堤潰決，造成近2億元的損失，地理位置十分重要。

2 河岸地層結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

城區(qū)段河岸地層以粉土質(zhì)沙為主，地下水位較高，滲透系數(shù)在2.87×10-4cm/s～5.24×10-4cm/s之間，允許滲透比降為0.16，內(nèi)摩擦角 φ=25.2°～26.8°，粘聚力 C=0～2.0 kPa，水上開挖邊坡建議值為 1∶2.0～1∶2.50，水下開挖邊坡值不小于1∶3.0，屬凍脹性土。城區(qū)段河道左岸有灘地，導(dǎo)流及基礎(chǔ)開挖相對容易，右岸近4km河道沒有灘地，無灘地河床地質(zhì)情況為流沙河床，局部含有淤泥，基礎(chǔ)開挖非常困難，因此城區(qū)段河岸分為有灘地和無灘地河岸。

3 城區(qū)段防洪措施的選擇

城區(qū)段河床較高，設(shè)計洪水位高于河岸，洪災(zāi)型式以淹沒為主，因此必須做堤防型式治理。堤防為梯形斷面，頂寬6m，迎水面坡陡1∶2.5，堤身由就近粉土質(zhì)沙填筑，迎水面抗沖能力極差，必須做硬性防護(hù)處理[3]。另外，對堤防工程來講，基礎(chǔ)處理是關(guān)鍵，如果迎水面防護(hù)層的底部不伸入沖刷深度以下一定深度，當(dāng)發(fā)生洪水時，基礎(chǔ)將掏空，防護(hù)層下沉，則失去防護(hù)作用，堤防很容易決堤。對堤防來講，河床以上的迎水面防護(hù)較簡單，一般按常規(guī)處理就可以，但是，基礎(chǔ)防護(hù)是關(guān)鍵。對本次工程而言，堤防迎水面設(shè)計洪水位以上部分采用8cm厚混凝土現(xiàn)澆板，設(shè)計洪水位以下部分采用了15cm厚現(xiàn)澆混凝土防護(hù)處理，混凝土板下設(shè)置了砂礫石防凍墊層。前期設(shè)計階段通過沖刷深度計算和調(diào)查項目區(qū)已建工程基礎(chǔ)埋深得知，城區(qū)段的堤防基礎(chǔ)埋深應(yīng)不小于3m，但區(qū)域地下水位高，地層巖性為粉土質(zhì)沙和流沙河床，基礎(chǔ)開挖3m很難，因此，堤防基礎(chǔ)防護(hù)是本工程的一大難點(diǎn)，施工期需根據(jù)項目區(qū)的地質(zhì)條件和河岸特性，對治理段內(nèi)的有灘地河岸和無灘地河岸采用了不同的基礎(chǔ)防護(hù)措施。

3.1 有灘地河岸基礎(chǔ)防護(hù)

有灘地河岸遠(yuǎn)離主河床，施工期布置導(dǎo)流圍堰、基礎(chǔ)開挖較容易，因此前期設(shè)計階段主要比較15cm厚斜坡式現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)和30cm厚斜坡式漿砌石基礎(chǔ)。經(jīng)料場調(diào)查得知，項目區(qū)沒有符合工程要求的卵石料，料源較遠(yuǎn)，僅考慮基礎(chǔ)部分，漿砌石單位公里造價為137.73萬元，混凝土防護(hù)用量少，單位公里造價88.6萬元，治理段為城區(qū)，美觀要求較高，因此經(jīng)綜合比較，最終堤防基礎(chǔ)防護(hù)選擇15cm厚斜坡式現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深根據(jù)水流條件的不同，確定為2.5m～3m。

3.2 無灘地河段基礎(chǔ)防護(hù)

無灘地河段靠近主河床，沒有明顯河岸，地下水位較高，地層為粉土質(zhì)沙或粉沙，抗沖能力差，施工期布置導(dǎo)流圍堰、基礎(chǔ)開挖、基坑排水非常難。堤防基礎(chǔ)防護(hù)若采用斜坡式，堤防基礎(chǔ)需開挖3m以上，此段堤基承載力較弱，開挖機(jī)械不能正常工作，因此前期設(shè)計階段比較了鋼筋混凝土沉箱基礎(chǔ)防護(hù)和灌注樁夾混凝土板防護(hù)。經(jīng)投資比較，鋼筋混凝土沉箱基礎(chǔ)單位公里造價為291.72元，灌注樁夾混凝土板單位公里造價411.58萬元，因此經(jīng)綜合比較，最終堤防基礎(chǔ)防護(hù)選擇鋼筋混凝土沉箱基礎(chǔ)。

4 鋼筋混凝土沉箱基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土沉箱防沖墻[4]為每個寬1.2m，長3.0m的箱體連續(xù)布置，為了便于施工每個箱體之間留有20cm寬度，箱體深度2.5m，壁厚25cm，沉箱采用C20鋼筋混凝土，水沖施工。沉箱沉到位后將箱體內(nèi)回填戈壁土，在箱體后打入80cm寬，15cm厚與箱體同樣深度的板樁。箱體頂部預(yù)留20cm長鋼筋與臺帽連接，沉箱頂部設(shè)寬1.2m，高50cm的臺帽與沉箱及邊坡護(hù)砌銜接，臺帽每6.2m設(shè)一沉降縫。

5 鋼筋混凝土沉箱基礎(chǔ)施工

沉箱預(yù)制采用水平分層的施工方法，模板采用定型組合鋼模板作板面，箱體鋼筋采用預(yù)綁鋼筋網(wǎng)片安裝與現(xiàn)場綁扎相結(jié)合的工藝。

沉箱下沉采用水力機(jī)械沖土。每組沉箱布置4套水力機(jī)械沖泥設(shè)備，安排4套水力機(jī)械同時沖泥下沉，確保沉箱正常下沉。水力機(jī)械法的原理是在河灘邊設(shè)置高壓水泵（4臺80-50-200B型，流量為50m3/h，揚(yáng)程 50m，壓力 5kg/cm2），同時供應(yīng)4套水力機(jī)械的高壓水，經(jīng)高壓水槍的噴射，使得砂土變成流動的砂泥漿，通過吸力較大的泥漿泵將砂和泥漿吸出箱外。沉箱上方布置進(jìn)水高壓和出水低壓的硬管路（φ25鋼管），豎直向箱內(nèi)、箱外懸掛進(jìn)水高壓和出水低壓軟管，即φ25橡膠皮管供沉箱下沉?xí)r可移動挪位。沉箱正常下沉階段，4套水力機(jī)械同時作業(yè)，作業(yè)時須對稱均勻的沖射，使沉箱能平穩(wěn)下沉，不致造成基礎(chǔ)的不均勻沉降。基礎(chǔ)沉到位后采用人工回填戈壁土將箱體內(nèi)填滿，防止箱體繼續(xù)下沉和位移；待沉箱下沉就位準(zhǔn)確，箱體內(nèi)填滿后，將混凝土板樁用吊車將板樁放置沉箱后面，然后用挖掘機(jī)挖頭將板樁向下壓至和沉箱底部齊平，然后開始在沉箱頂部澆注臺帽。

6 箱式基礎(chǔ)的效果

博湖縣防洪部門于2007年開始在《開都河防洪規(guī)劃》的基礎(chǔ)上，城區(qū)段的6km河段兩岸開展前期工作。城區(qū)段無灘地河段為流沙河段，堤線靠近主河床，地下水位較高，施工圍堰布置、基坑開挖，基坑排水非常難，堤線兩側(cè)由于地基承載力較低，開挖機(jī)械不能正常工作，沒有基坑開挖的條件，在此種限制條件下，設(shè)計和建設(shè)者通過多種基礎(chǔ)防沖措施比較，最終采用了箱式基礎(chǔ)防沖方案。其優(yōu)點(diǎn)是箱體內(nèi)回填戈壁料，增加基礎(chǔ)穩(wěn)定，此方案投資相對斜坡式防沖稍貴，但解決了施工難題，工程建成后與其余已建防洪堤一并有效保護(hù)了河道兩岸人民群眾的生民財產(chǎn)，擺脫了洪水的威脅,為人民群眾安居樂業(yè)提供了有力的保障。工程實施至今已運(yùn)行4年，經(jīng)受了洪水考驗，通過現(xiàn)場調(diào)查和當(dāng)?shù)胤篮椴块T咨詢了解，已建的堤防箱式基礎(chǔ)完好無損，沒有出現(xiàn)險情，防沖效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

7 結(jié)語

對堤防工程來講，基礎(chǔ)防沖是關(guān)鍵，影響堤防基礎(chǔ)安全的因素較多，如河勢的變化、河道水流的沖淘等，這類問題一般通過丁壩、護(hù)腳、拋石等工程措施解決。丁壩在城區(qū)段不可采用；在卵石運(yùn)距遠(yuǎn)，工程造價高的情況下，一般采用護(hù)腳的措施。在地下水位高，地層為粉細(xì)沙和淤泥質(zhì)土層的河段，基礎(chǔ)開挖、基坑排水非常難，本工程采用了箱式基礎(chǔ)防沖措施，解決了施工難題，為類似工程的建設(shè)和設(shè)計提供了參考和借鑒。陜西水利

[1]庫爾班等.水力插板技術(shù)在新疆粉細(xì)沙河床防洪工程中的應(yīng)用 [J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012（9）：92-93.

[2]鄭風(fēng)華等.城市防洪非工程措施探討[J]. 2005（12）：88-90.

[3]張艷春等.城市防洪標(biāo)準(zhǔn)問題探討[J].城市水利.2006.

[4]李宏偉，程紹杰.鋼筋混凝土插板樁壩在河道整治中的應(yīng)用[J].中國水利，2006（5）：60-61.