鄭州龍湖出口4#控制閘地基處理效果與評價

（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

鄭州龍湖出口4#控制閘地基處理效果與評價

□張焱

（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

鄭州引黃灌溉龍湖調(diào)蓄工程出口4#控制閘采用拱形閘門，橫向布置為3孔閘室，閘室每孔凈寬24 m，閘底板全寬100 m，閘室長30 m。閘基位于第④層細砂上，存在閘基滲透穩(wěn)定問題和地震液化問題及不均勻沉降問題，處理方式采用地下連續(xù)墻封圍+水泥土攪拌樁處理法，處理后的復合地基消除了地震液化，其承載力特征值、最大沉降量及相臨區(qū)沉降差均滿足設(shè)計要求；復合地基滲透系數(shù)＜1.00×10-5cm/s，具微透水性。證明該出口控制閘地基處理是合理可行的；其經(jīng)驗可以供同類工程參考。

地基處理；液化；水泥土攪拌樁；高壓旋噴樁連續(xù)墻

1 工程概況

鄭州市龍湖工程位于鄭州市城區(qū)的東北部——鄭東新區(qū)，根據(jù)龍湖水系主湖區(qū)的總體規(guī)劃成果，龍湖主湖區(qū)水域面積為5.60 km2，水岸線長度21.66 km，正常蓄水位為85.50 m，平均水深4.50 m，最大水深7.00 m，相應庫容2680萬m3。龍湖主湖區(qū)工程下游分別與魏河、東風渠連接，出口共設(shè)有4條河道，其中河道1、河道2、河道3位于主湖區(qū)南側(cè)，分別連通東風渠；河道4位于主湖區(qū)東南角，連接魏河故道，4座出口控制閘分別布置在這4條出口河道上。

根據(jù)水系布置、水位和景觀等要求，4#出口控制閘采用拱形閘門，橫向布置為3孔閘室，均采用一孔一聯(lián)U型結(jié)構(gòu)，閘室每孔凈寬24 m，縫墩寬4.50 m，邊墩寬5m，閘底板全寬100 m，閘室長30 m，閘底板高程82.50 m，底板厚度2.50 m，墩頂高程86 m，與河道一級平臺高程一致。當龍湖水位不高于85.50 m時關(guān)閉閘門擋水；龍湖水位高于85.50 m時開啟閘門泄洪，基本上按龍湖入流下泄；龍湖水位高于85.76 m時閘門全開泄洪。

據(jù)水工模型試驗當龍湖水位85.76 m，外河水位85.12 m，閘門開啟15°時過流量達到最大，單孔流量189.50 m3/s。出口4#控制閘主要功能為攔蓄龍湖水，龍湖水體交換時控泄龍湖水入魏河故道。

2 地質(zhì)條件及評價

2.1 地層巖性

在鉆孔揭露范圍內(nèi)，場區(qū)地基主要由第四系全新統(tǒng)（Q4）和第四系上更新統(tǒng)（Q3）沖積而成的壤土和砂組成。據(jù)土的物理力學性質(zhì)的差異可分7層，由新到老分述如下：

①層：人工填土（QS），淺黃色～黃色，稍濕～濕，以輕粉質(zhì)壤土為主；構(gòu)成魏河兩岸堤防，厚1.00～13.70 m，平均5.77 m；層底高程73.64～84.98 m。

②層：粉細砂（Q4al）褐黃色、黃色，濕～飽和，稍密～中密，層厚2.40～14.50 m，平均厚度10.23 m；層底高程69.48～72.63 m。

③層：重粉質(zhì)壤土（Q4al），褐黃色、黃褐色、褐紅色，可塑狀，層厚0.40～1.90 m，平均厚度0.82 m；層底高程69.08～72.10 m。

④層：中細砂（Q4al），褐黃色、灰黃色、灰色，濕～飽和，稍密～中密，砂質(zhì)不純，局部夾輕、重粉質(zhì)壤土薄層；層厚13.10～17.90 m，平均厚度15.10 m；層底高程54.25～57.38 m。

⑤層：重粉質(zhì)壤土（Q3al），褐黃色、灰黃色，雜少量灰綠色，可塑狀；層厚0.50～4.40 m，平均厚度2.41 m；層底高程50.77～55.41 m。

⑥層：細砂（Q3al），褐黃色、黃色，飽和，密實；層厚3.90～6.00 m，平均厚度4.98 m；層底高程45.17～48.05 m。

⑦層：重粉質(zhì)壤土（Q3al），褐黃色、黃褐色，硬塑狀，該層未打穿，最大揭露厚度8.00 m。

2.2 水文地質(zhì)條件

工程場區(qū)地下水為第四系孔隙潛水，主要接受大氣降水、側(cè)向徑流及魏河河水補給，消耗于人工開采和側(cè)向徑流；含水層主要為細砂層，具中等透水性?？辈炱陂g測得鉆孔地下水位埋深3.00～9.00 m，高程77.31～78.59 m。另測得場地附近井水位高程77.59～78.19 m，呈北高南低趨勢。

水質(zhì)分析成果表明地下水PH值7.34，屬中性水；礦化度為682.88 mg/L，為淡水；總硬度28.31 H°，屬極硬水。地下水類型為重碳酸氯化鎂鈣鈉型水，地下水對混凝土無腐蝕性，但對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有弱腐蝕性。

2.3 工程地質(zhì)評價

出口4#控制閘閘基建基面位于第④層細砂上部，該層承載力特征值120 kPa，基本滿足上部荷載要求，但該層局部夾輕、重粉質(zhì)壤土薄層，地基不均一；閘基粉細砂具中等～強透水性，存在閘基滲漏問題和滲透穩(wěn)定問題，需采取防滲措施；閘基地震液化等級為輕微～嚴重液化，液化深度16.50 m，應進行抗液化處理。

3 地基處理

地基處理方式采用地下連續(xù)墻封圍+水泥土攪拌樁處理法。水泥品種采用普通硅酸鹽水泥，水泥等級宜采用42.5級或42.5R級，水泥摻入量選用15%，水灰比可為0.45～0.55，并根據(jù)土體不同含水量、不同水灰比進行試驗。相關(guān)指標要求：水泥土攪拌樁90d無側(cè)限抗壓強度≥1500 kPa，復合地基滲透系數(shù)＜1×10-5cm/s。

3.1 清基與回填

因閘室基底面與閘室上下游連接段底板下緣存在一定高差，若進行直立開挖時，由于閘基地層為細砂層，局部易出現(xiàn)塌滑現(xiàn)象，導致深層攪拌樁樁體發(fā)生剪切破壞。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，閘室四周與相鄰連接段開挖邊坡確定為1∶1。開挖時，應注意相鄰樁體的保護。開挖斷面回填水泥土加石。土類為壤土，碎石采用級配碎石，占總質(zhì)量的30%，碎石粒徑≤20 mm。水泥占總質(zhì)量的10%，水泥強度等級為42.5級，壓實度≥100%。

閘室上下游連接段應在現(xiàn)狀地面基礎(chǔ)上進行清基，清基厚度≥30 cm。其上回填3%水泥土至上下游底板基底面，壓實度為98%。

3.2 連續(xù)墻封圍

工程場區(qū)存在地震液化問題，為消除液化沉陷采取連續(xù)墻圍封工程處理措施。閘室邊界處高壓旋噴注漿成墻，與龍湖防滲墻形成圍封。龍湖防滲墻為塑性混凝土防滲墻墻長189.72 m，墻深33.00～40.00 m不等；高壓旋噴注漿經(jīng)試樁試驗，確定樁直徑為1.40 m，樁距為0.90 m，注漿深度為13.00 m，樁底高程為66.70 m。相鄰樁搭接長度≥0.40 m。

3.3 水泥土攪拌樁

4#出口控制閘考慮到拱形閘門對地基不均勻沉降要求最高，為提高地基承載力及均一性，采用水泥土攪拌樁工程處理措施，水泥土攪拌樁設(shè)計底為高程72.70 m，樁長約7.00 m，處理范圍為閘室底板兩側(cè)以外各8.00 m范圍，即116.00 m×46.00 m。處理范圍以內(nèi)水泥土攪拌樁采用矩形布置，樁間距為1.30 m，樁徑為0.50 m。

4 效果與評價

4.1 龍湖防滲墻檢測

4.1.1 檢測內(nèi)容

采用鉆芯法檢測塑性混凝土防滲墻抗壓強度，采用鉆孔彈模測試檢測塑性混凝土防滲墻彈性模量，采用鉆孔注水試驗檢測塑性混凝土防滲墻的滲透系數(shù)，采用彈性波CT檢測塑性混凝土防滲墻墻體完整性。

4.1.2 檢查結(jié)果

根據(jù)閘前塑性混凝土防滲墻的檢測成果，結(jié)合該工程設(shè)計指標，得出如下結(jié)論：

塑性混凝土防滲墻墻體抗壓強度推定值為2.20 MPa，滿足設(shè)計要求；塑性混凝土防滲墻墻體彈性模量在560～630 MPa之間，滿足設(shè)計要求；塑性混凝土防滲墻墻體滲透系數(shù)在6.65× 10-7～7.39×10-7cm/s之間，滿足設(shè)計要求；塑性混凝土防滲墻墻體波速在1980～2460 m/s之間，墻體完整、連續(xù)性較好。

4.2 水泥土攪拌樁檢測

4.2.1 檢測內(nèi)容

成樁3 d內(nèi)，采用輕型動力觸探法，檢查上部樁身均勻性；成樁7 d后，采用淺部開挖樁頭進行檢查，開挖深度宜超過停漿面下0.50 m，檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑；成樁28 d后，采用鉆取芯樣法，作水泥土抗壓強度試驗；采用復合地基靜載荷試驗，確定復合地基承載力特征值，判定其是否滿足設(shè)計要求；采用單樁豎向抗壓靜載荷試驗，確定單樁豎向承載力特征值，判定其是否滿足設(shè)計要求。

4.2.2 檢查結(jié)果

根據(jù)地基處理后的檢測成果，結(jié)合工程設(shè)計指標，得出如下結(jié)論：

水泥土攪拌樁上部樁身攪拌均勻，未發(fā)現(xiàn)空心及不均勻現(xiàn)象；水泥土攪拌樁抗壓強度推定值為1.80 Mpa；復合地基承載力特征值為200 kPa，300 kPa壓力作用下最大沉降量29.73 mm、相臨區(qū)沉降差1.28 mm、6.58 mm，滿足設(shè)計要求；單樁豎向抗壓承載力特征值為135 kN，滿足設(shè)計要求；復合地基滲透系數(shù)＜1.0× 10-5cm/s，具微透水性，可滿足防滲要求。

4.3 高壓旋噴樁連續(xù)墻檢測

4.3.1 檢測內(nèi)容

成樁28 d后，鉆取芯樣作水泥土抗壓強度試驗；高壓旋噴樁連續(xù)墻采用注水試驗檢測滲透系數(shù)，為評價防滲墻體的滲透特性和設(shè)計滲控措施提供基本資料；完整性檢測，對連續(xù)墻進行彈性波CT檢測。

4.3.2 檢查結(jié)果

根據(jù)高壓旋噴樁連續(xù)墻的檢測成果，結(jié)合工程設(shè)計指標，得出如下結(jié)論：

高壓旋噴樁連續(xù)墻抗壓強度推定值為4.90 MPa；高壓旋噴樁連續(xù)墻墻體波速多數(shù)在1250～1550m/s之間，墻體完整、連續(xù)性較好；高壓旋噴樁連續(xù)墻滲透系數(shù)在5.34×10-7～6.61×10-7cm/s之間，滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)論

對地基采取地下連續(xù)墻封圍+水泥土攪拌樁的工程處理措施后，經(jīng)對水泥樁、高壓旋噴墻及龍湖防滲墻檢測，復合地基消除了地震液化，其承載力特征值、最大沉降量及相臨區(qū)沉降差均滿足設(shè)計要求；復合地基滲透系數(shù)＜1.00×10-5cm/s，具微透水性。

2013年5月出口4#控制閘開始進場施工，并于2015年10月通過驗收，現(xiàn)已經(jīng)過了一個水文年的考驗，運行狀態(tài)良好，說明該閘地基處理方式是合理的、可行的；其經(jīng)驗可以供同類工程參考。

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1673-8853（2017）04-0081-02

2017-2-3編輯：劉青

張焱（1979.8-）中級工程師，主要從事工程地質(zhì)與水文地質(zhì)方向工作。