棗莊市裴橋節(jié)制閘地基處理工程設(shè)計(jì)

唐茂剛，劉浩然

（1.棗莊智信水利有限公司，山東 棗莊 277000；2.水發(fā)設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

棗莊市裴橋節(jié)制閘（以下簡稱節(jié)制閘）位于嶧城區(qū)大沙河上，設(shè)計(jì)閘后附橋。節(jié)制閘設(shè)計(jì)為6孔，孔口尺寸為10.0m×6.1m，攔蓄水量為199.9萬m3，最高擋水位51.20m，閘底板高程45.30m，底板厚1.70m。

1 閘址地形地貌

節(jié)制閘位于中低山丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)地形起伏較大，河谷、沖溝較發(fā)育，節(jié)制閘所處的嶧城區(qū)大沙河為低山丘陵地貌中的山區(qū)河流。節(jié)制閘閘址處河谷左側(cè)緊鄰壇山西腳，地勢(shì)由河岸向外逐漸增高，地面高程52.60～53.90m；河谷右側(cè)為山間剝蝕堆積臺(tái)地，地勢(shì)較平緩，地面高程50.12～52.46m；河谷寬約95.0m，為不對(duì)稱型河谷，其中主河床緊靠右岸，寬約60.0m，河底高程44.47～45.30m，左岸漫灘寬約35.0m，地貌高程46.02～48.29m?？碧狡陂g閘址區(qū)地下水位45.67m。

2 閘址構(gòu)造穩(wěn)定性分析

節(jié)制閘場(chǎng)區(qū)位于魯西中臺(tái)?。á?）、魯西拱斷束（Ⅲ8）、尼山穹斷束（Ⅳ27）南端的韓莊～四戶凹陷內(nèi)，距場(chǎng)區(qū)較近主要構(gòu)造有沂沭斷裂帶、嶧山斷裂、嶧城斷裂。

1）沂沭斷裂帶是我國東部地區(qū)的深大斷裂，處于郯廬斷裂帶的中段，南起郯城，北入渤海，縱貫山東中部，是魯東和魯西地層的分界線，控制著區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，具長期活動(dòng)、繼承性活動(dòng)、晚近期活動(dòng)等特征，是一條巨型新華夏系斷裂帶，主要有四條主干斷裂組成，其中鄌郚——葛溝斷裂是沂沭斷裂帶深大斷裂之一，位于該斷裂束的最西側(cè)，距閘址約45km。

2）嶧山斷裂北起肥城，經(jīng)代陽、罡城、曲阜、界河、官橋至微山湖，長約180km，走向不穩(wěn)定，呈鋸齒狀分布，總體走向NW350°，擺動(dòng)范圍從NW330°～NE25°傾向 W，傾角 76°～86°。該斷裂大部分被第四系地層所覆蓋，斷面破碎強(qiáng)烈且寬大，斷層角礫較疏松，涌水量大，抽水試驗(yàn)證實(shí)斷裂面貫通性好，表明為張性斷裂。該斷裂距閘址區(qū)約55km。

3）嶧城斷裂西起薛城西南，經(jīng)嶧縣，東至蘭陵南，長約 67km，走向 E90°～SE100°，傾向 S，北側(cè)多為泰山群、土門群與寒武系，南側(cè)為寒武～奧陶系、下第三系官莊組，產(chǎn)狀穩(wěn)定，延伸遠(yuǎn)，為正斷裂。該斷裂位于閘址北約3.0km。

《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）表明工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，相應(yīng)于地震基本烈度Ⅶ度。

節(jié)制閘場(chǎng)區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性主要受沂沭斷裂帶控制，根據(jù)區(qū)域地震活動(dòng)的時(shí)間分布特征分析，未來100年內(nèi)，將處在地震周期圖的谷值階段，基本位于較穩(wěn)定地塊。近場(chǎng)區(qū)8km范圍內(nèi)沒有全新世活動(dòng)斷層，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分級(jí)屬穩(wěn)定性較好區(qū)，場(chǎng)地適宜節(jié)制閘建設(shè)。

3 閘址地層巖性特征及分布規(guī)律

節(jié)制閘閘址區(qū)勘探深度內(nèi)揭示地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積的壤土、上更新統(tǒng)沖洪積堆積的含細(xì)粒土粗砂，下伏基巖為古生界寒武系下統(tǒng)饅頭組石灰?guī)r。

1）層壤土（Q4al+pl）：灰黃色、銹黃色，硬塑，含姜石3～5%，粒徑 φ0.3～3.0cm，局部姜石聚集成團(tuán)窩；管狀孔隙發(fā)育，空間分布不均，孔隙直徑0.2～1.0mm；大部分地段土體具蒜瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)。該層分布于兩岸地表，厚度0.50～5.50m，層底高程44.87～46.30m。標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N63.5一般為4～6擊，平均值5擊；壓縮系數(shù)a1-2平均值為0.163MPa-1，壓縮模量ES平均值為10.8MPa，具中等壓縮性。

2）層含細(xì)粒土粗砂（Q3al+pl）：灰褐色、黃褐色，飽和，松散～稍密，砂質(zhì)不純，細(xì)粒土含量6.5～10.3%，級(jí)配良好，含礫石、卵石約20～25%，直徑2～10mm。該層主要在河道內(nèi)揭露，厚度差別較大，局部夾壤土透鏡體，層厚2.50～4.10m，層底高程40.37～42.97m。該層標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N63.5一般為6～14擊，松散～稍密狀態(tài)，小值平均值6擊，滲透系數(shù)為0.04cm/s，具強(qiáng)透水性。

2-1層壤土（Q3al+pl）：黃褐色，硬塑，粉粒含量較高，見鐵錳質(zhì)條紋。該層呈透鏡體狀分布于②層含細(xì)粒土粗砂層中，厚度0.90～1.10m，層底高程42.07～43.97m。標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N63.5為7擊。

3）石灰?guī)r（∈1m）：灰白色、青灰色，巖芯呈柱狀，柱長10～120cm，巖體呈厚層～巨厚層狀，塊狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)致密，喀斯特及裂隙發(fā)育，分布無規(guī)律，溶蝕現(xiàn)象明顯，并充填泥質(zhì)物。PS1鉆孔1.90～2.30m、PS2鉆孔 6.60～9.80m發(fā)育為溶洞，PS2鉆孔2.50～3.10m發(fā)育為高角度裂隙，溶洞和裂隙內(nèi)均充填黏土。根據(jù)壓水試驗(yàn)資料，石灰?guī)r巖體透水率24.33～61.33Lu，具中等透水性。該層勘探深度內(nèi)未揭穿，控制厚度7.10～10.00m，控制底高程31.87～35.87m。石灰?guī)r巖層產(chǎn)狀 NE5°∠20°。

4 閘址工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

1）節(jié)制閘設(shè)計(jì)底板位于含細(xì)粒土粗砂和石灰?guī)r上部，閘基座于兩種巖土層之上，且工程地質(zhì)性質(zhì)差別較大，地基承載力、摩擦系數(shù)、抗剪強(qiáng)度均不同，易產(chǎn)生不均勻沉降，且含細(xì)粒土粗砂為強(qiáng)透水層，易產(chǎn)生滲透破壞，影響閘基穩(wěn)定。

石灰?guī)r為較堅(jiān)硬巖石，巖體較完整，力學(xué)強(qiáng)度高，可作為地基持力層，但巖溶較發(fā)育。

2）閘基揭露石灰?guī)r巖體透水率為24.33～61.33Lu，具中等透水性，存在閘基滲漏且基巖裂隙水揚(yáng)壓力，對(duì)閘基頂托，不利于閘基穩(wěn)定。

3）閘基含細(xì)粒土粗砂滲透穩(wěn)定性差，滲透變形型式為管涌。在出口無保護(hù)條件下，其允許滲流坡降水平段采用0.13，出口段采用0.40。

4）河道上部揭露的含細(xì)粒土粗砂抗沖刷能力差，易被河水沖刷掏蝕，不宜作為閘后橋墩的天然地基。

綜上分析，節(jié)制閘及閘后交通橋基礎(chǔ)不宜采用天然地基，應(yīng)采取工程處理措施。

5 閘址地基處理設(shè)計(jì)

1）清除節(jié)制閘基礎(chǔ)下含細(xì)粒土粗砂，使基礎(chǔ)全部座于石灰?guī)r上，石灰?guī)r地基承載力特征值建議3000kPa，滿足上部荷載要求。石灰?guī)r與混凝土間的摩擦系數(shù)建議值0.65，混凝土與巖體的抗剪斷強(qiáng)度建議值 f′=1.10，C′=0.95MPa，閘基滿足抗滑穩(wěn)定要求。

2）石灰?guī)r巖溶較發(fā)育，具中等透水性，存在閘基滲漏及地下水對(duì)閘基頂托，采取對(duì)閘基巖石灌漿處理措施。經(jīng)灌漿處理，減小閘基滲漏量，滲透穩(wěn)定滿足要求。

3）閘基下含細(xì)粒土粗砂滲透穩(wěn)定性差，全部清除。

4）閘后交通橋動(dòng)荷載較大，清除河道上部含細(xì)粒土粗砂層，使基礎(chǔ)座于石灰?guī)r上；亦可采用嵌巖樁基礎(chǔ)，樁端置于石灰?guī)r上，石灰?guī)r飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值50.0MPa。

5）勘探期間閘址區(qū)地下水位45.67m，地下水位較高，基坑開挖需采取降水措施。采用上下游設(shè)置圍堰，封堵河道地表水；在基坑周邊布置10眼降水井，并做好反濾，通過降水井把地下水位降低至基礎(chǔ)開挖地面下不少于1m。

通過上述工程措施，節(jié)制閘工程地質(zhì)處理設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)、合理、可行。