南水北調(diào)中線魯山南2段工程淝河倒虹吸基礎(chǔ)處理方案優(yōu)化

于 野 趙新波 陳 浩

南水北調(diào)中線魯山南2段工程淝河倒虹吸基礎(chǔ)處理方案優(yōu)化

于 野 趙新波 陳 浩

結(jié)合淝河倒虹吸工程實際情況，分析其基礎(chǔ)處理所采用的強夯法和CFG樁復(fù)合地基法。CFG樁復(fù)合地基具有工期短、施工速度快、工程質(zhì)量容易控制、工程造價較低等特點，因而在工民建領(lǐng)域廣為應(yīng)用，在水利工程中也不失為一個好的選擇。

淝河 倒虹吸 基礎(chǔ)處理 強夯法 CFG樁復(fù)合地基法

CFG樁 (水泥粉煤灰碎石樁)復(fù)合地基處理技術(shù)是20世紀80年代末中國建筑研究院地基所開發(fā)的新的地基加固技術(shù)，具有工期短、施工速度快、工程質(zhì)量容易控制和工程造價低等特點，目前廣泛應(yīng)用于工民建領(lǐng)域內(nèi)的多層、高層、超高層建筑，并成為某些地區(qū)最為普遍的地基處理方法之一。南水北調(diào)中線工程淝河倒虹吸基礎(chǔ)處理由原設(shè)計的強夯方案改為CFG樁復(fù)合地基方案的成功應(yīng)用，進一步拓展了水工結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)處理方法，值得推廣。

1 工程簡介

淝河倒虹吸工程位于河南省魯山縣馬樓鄉(xiāng)薛寨東側(cè)淝河上，據(jù)魯山縣約12 km，是南水北調(diào)中線總干渠穿越淝河的大型交叉建筑物。倒虹吸設(shè)計流量320 m3/s，加大流量380 m3/s。

倒虹吸管身橫剖面為2孔一聯(lián)，共4孔，箱型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單孔孔口凈尺寸為7.0 m×7.0 m（寬×高）。每聯(lián)設(shè)縫相隔，縫距5 cm。倒虹吸各管節(jié)間設(shè)沉降縫，縫寬2 cm。建筑物包括進口漸變段擋墻、進口閘室段、倒虹吸管身段、出口閘室段以及出口漸變段擋墻等部分，總長共404 m，其中管身段總長254 m。

2 工程布置及地質(zhì)條件

淝河倒虹吸由進口漸變段擋墻、進口閘室段、倒虹吸管身段、出口閘室段以及出口漸變段擋墻等組成。

2.1 進口漸變段擋墻

進口漸變段擋墻長48 m，該段為迎水面坡度為1∶2的仰斜式斜坡?lián)鯄^渡為直立重力式擋墻的扭面。布置在右岸Ⅱ級階地近河底地帶，地面高程128.5～128.8 m，地形平坦。

進口漸變段擋墻由總干渠梯形斷面漸變至矩形斷面，并與進口檢修閘相連。渠頂高程為134.172 m。設(shè)計渠底板高程由 125.596 m，以6.12%坡降至高程122.66 m，該段為半挖半填，最大開挖深度約6.1 m，渠堤最大填方高度約5.9 m。渠坡主要為第四系上更新統(tǒng)沖積層 （alQ3）重粉質(zhì)壤土和粉質(zhì)黏土。

2.2 進口檢修閘室段

進口檢修閘為開敞整體式平底板閘，長16 m，布置在右岸Ⅱ級階地，緊鄰進口漸變段擋墻。地面高程128.3～128.5 m，地形平坦。

閘底板高程122.66 m底板厚度為2.0 m。閘室開挖深度約為6.0 m，閘基主要為粉質(zhì)黏土。持力層厚度約6 m，力學(xué)強度能夠滿足閘室的設(shè)計應(yīng)力要求。

2.3 倒虹吸管身段

倒虹吸管身段始于右岸Ⅱ級階地近河地帶，經(jīng)過淝河河床及漫灘，止于左岸Ⅰ級階地前部。該段右岸Ⅱ級階地地面高程127.1～128.3 m，左岸Ⅰ級階地階面高程為125.9～126.5 m，河床及漫灘地面高程123.5～126.5 m。

倒虹吸管身段水平投影長254 m，其中進口斜坡段長52.68 m，底板由122.66 m，高程按1∶4.11的斜坡降至111.90 m高程，水平管段長140 m，出口斜坡段長62.40 m，底板高程111.90 m，按1∶4的斜坡升至125.396 m高程。

倒虹吸管身大部分坐落在第四系上更新統(tǒng)沖積層 （alQ3）的粉質(zhì)黏土層和第四系全新統(tǒng)下部沖積層 （alQ41）的砂礫石層上。地基土體強度滿足地基設(shè)計應(yīng)力要求。

2.4 出口檢修閘室段

出口檢修閘為開敞式平底板閘，長26 m，位于淝河左岸Ⅰ級階地，地面高程125.9～126.6 m，地形平緩。閘底板高程125.396 m，底板厚度為2.0 m，閘室坐落在第四系全新統(tǒng)下部沖積厚約6.5 m的砂礫石層與重粉質(zhì)壤土及粉質(zhì)黏土上。

2.5 出口漸變段擋墻

出口漸變段擋墻長度為60 m，該段為直立重力式擋墻過渡為迎水面坡度為1∶2的仰斜式斜坡?lián)鯄εっ?。布置于左岸面Ⅰ級階地及右岸Ⅱ級階地上，地形平緩開闊。地面高程一般125.9～127.6 m。

按渠堤頂高程133.972 m，渠底高程125.396 m的設(shè)計方案，主要為填方段，開挖深度約2.5 m，填方高度7～8 m。渠堤地基為第四系全新統(tǒng)沖積層（alQ41）的砂礫石和第四系上更新統(tǒng)沖擊層 （alQ3）的粉質(zhì)黏土上。

工程區(qū)各類土體的力學(xué)參數(shù)建議值如表1。

表1 土、巖體力學(xué)參數(shù)建議表

據(jù)表1可知，進口檢修閘和進口擋墻坐落在粉質(zhì)黏土及部分重粉質(zhì)壤土層上，承載力標準值為170～200 kPa；出口檢修閘和出口擋墻坐落在部分粉質(zhì)黏土及部分砂礫石土層上，承載力標準值為180～290 kPa?？紤]到進、出口擋墻地基承載力不滿足要求，以及擋墻、閘室間的不均勻沉降，故對進、出口擋墻，出口閘室段進行地基處理。

3 基礎(chǔ)處理原設(shè)計方案

3.1 原設(shè)計方案概況

原設(shè)計方案為強夯方案。強夯法處理地基是利用夯錘自由落下產(chǎn)生的沖積能和沖擊波使地基密實，考慮到上更新統(tǒng)沖擊層 （alQ3）砂礫石層已滿足地基要求，故只處理其上的土層。進口檢修閘和進口擋墻基礎(chǔ)下的粉質(zhì)黏土及重粉質(zhì)壤土層厚度約7.5 m，出口檢修閘和出口擋墻基礎(chǔ)下粉質(zhì)黏土及alQ42砂礫石土層厚度約8.5 m?？紤]建筑物基礎(chǔ)面土層以上1.5 m的夯擊保護范圍，進、出口段強夯的有效深度分別為9.0 m和10.0 m。

強夯的單位夯擊能應(yīng)根據(jù)地基土類別、結(jié)構(gòu)、類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮并通過現(xiàn)場試驗確定，考慮到兩段的土層情況，依據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，選用8 000 kN·m的單擊夯擊能。強夯處理范圍為基礎(chǔ)外緣6 m寬度范圍內(nèi)的面積，并適當放寬，強夯處理面積為1.9萬m2。

3.2 現(xiàn)場試夯情況

強夯生產(chǎn)性試驗區(qū)選在淝河倒虹吸進口段TS238+127—TS238+155樁號間，共布置夯點 49個，其中第1遍夯點16個，第2遍夯點9個，第3遍夯點24個。

現(xiàn)場強夯試驗結(jié)果如下：

（1）夯坑過深，起錘困難，使得填料量過大。

（2）因填料量過大且頻繁填料，導(dǎo)致相鄰兩次夯擊沉降差不能準確反映基礎(chǔ)處理效果，使得夯擊數(shù)據(jù)失真。

（3）夯坑周圍隆起量過大，夯擊效果減弱。

（4）最后兩擊沉降差不能滿足設(shè)計、合同及規(guī)范要求。

以上試驗結(jié)果可以確定：需要進一步調(diào)整強夯設(shè)備及試夯參數(shù)，直至滿足設(shè)計要求為止。每次試驗都需要調(diào)整參數(shù)和設(shè)備，由此引起試驗周期、費用大幅增加，相應(yīng)工期也需要延長，增加許多不確定性。同時由于夯擊能較大，可能發(fā)生震動擾民現(xiàn)象，故變更基礎(chǔ)處理方案。

4 CFG樁基礎(chǔ)處理方案

鑒于上述原因，并結(jié)合本工程的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及現(xiàn)場實際施工條件，經(jīng)過比較、分析，最終確定采用具有工期短、施工速度快、工程質(zhì)量容易控制以及工程造價低等諸多優(yōu)點的CFG樁復(fù)合地基處理方案。

CFG樁布置的范圍為淝河倒虹吸進口擋墻基礎(chǔ)、出口閘室底板、出口擋墻基礎(chǔ)的輪廓線內(nèi)，并在基礎(chǔ)輪廓線外布置1排保護樁。樁直徑50 cm，間距1.6 m，梅花形 （正三角形）布置。樁端深入至砂礫石及礫質(zhì)砂層，進口擋墻基礎(chǔ)下樁端高程

112.0 m，出口閘室底板、出口擋墻基礎(chǔ)下樁端高程112.50 m，樁頂設(shè)置40 cm厚級配碎石褥墊層。

另外，分別選取進 （出）口擋墻、進 （出）口節(jié)制閘等部位進行沉降變形計算。計算結(jié)果見表2。

表2 沉降變形計算結(jié)果表 cm

計算結(jié)果表明，進行CFG樁基礎(chǔ)處理后，進口擋墻段、出口閘室段、出口擋墻段沉降量、不均勻沉降差、相鄰建筑物間沉降差均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

強夯法加固地基具有設(shè)備簡單、投資省、施工方便，等特點，但其場地適用性及合理試夯參數(shù)需由試夯決定，對于基礎(chǔ)承載力要求較高的壤土地基更需周詳考慮，工期緊張時尤應(yīng)謹慎。CFG樁復(fù)合地基具有工期短、施工速度快、工程質(zhì)量容易控制、工程造價較低等特點，不失為一個水工建筑物基礎(chǔ)處理的好方法。

于 野 男 工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

趙新波 男 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

陳 浩 男 工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

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