水閘護岸工程地基處理設計方案分析

王志國

(撫順縣水利事務服務中心，遼寧 撫順 113006)

1 工程概況

撫順市某水閘工程位于渾河一級支流入河口附近，主要包括3孔鋼筋混凝土涵閘，中孔為通航孔，凈寬12.0m，兩側設凈寬4.5m景觀人行孔。設計6m×6m×2扇的橫拉鋼體門作為船閘閘門，啟閉機類型為雙作用集成平推式，建設的充水橡膠滾水壩長35m，直徑1.5m。為滿足環(huán)境保護與工程管理要求，建設液壓式啟閉房、充排水泵房和管理用房，水閘主要建筑物為3級，工程防洪設計標準100a一遇。該水閘屬于集調(diào)節(jié)景觀水位、溝通、防洪、控制、景觀休閑、生態(tài)園林、游船通航等功能于一體的綜合性工程。

水閘左岸下游80.0m處設計水工護岸重力式擋土墻，施工材料為C25埋石混凝土，建成后與河道主槽銜接，臨水側護岸頂板、底板高程25.2m和16.0m。

該工程地處渾河一級支流上游，場地內(nèi)地勢較為平坦，結合室內(nèi)土工試驗、靜力觸探測試和現(xiàn)場鉆土檢測結果，勘察深度內(nèi)自上而下的地質土層分布情況為：①人工填土，此類土體以黏性土為主要成分，土質松散呈灰褐色，微透水，力學性能及抗沖刷性一般；沿舊堤堤身填筑土多為淤泥質粉質黏土，稍濕，呈淺灰褐色且填筑時間較長。②淤泥質土，這類土體以黏粒土為主要成分，局部含有少量朽木、有機質、粉細砂及貝殼等物質，透水性為微透水，孔隙比大、壓縮性好且力學強度低，工程性質及抗沖刷能力差，局部夾有薄層細砂；工程中該地質土層厚6.0-10.5m，廣泛分布于場地表層。③淤泥質黏土，此類土體以黏粒土為主要成分，局部夾有少量的砂、貝殼碎屑、腐殖質等，呈青灰色，微透水，力學強度較低；該地址土城最大厚度7.0m，一般為0-4.5m厚。④粉質黏土，土質細滑，土層可見褐色斑點，多灰色或灰黃色，手搓有粉質感，透水性為微-弱透水，工程性質與抗沖刷能力一般；工程中該地質土層最大厚度7.1m，一般為0.5-3.0m，廣泛分布于場地內(nèi)。⑤砂卵石，此層地質土城稍密狀，多黃色和灰黃，卵石磨圓度較好，最大粒徑達到10cm，大多為2-5cm，土體整體質量和力學性能較好。工程中主要分布于下游及閘室區(qū)域，最大厚度10.6m，大多為4.0-6.0m?？傮w來說，場地內(nèi)土質壓縮性好、強度低且孔隙比高，符合深厚軟基的典型特征，各土層力學性能如表1。

2 擋土墻結構及軟基處理方案

受地形特征、洪水作用及水閘泄流等條件限制，護岸結構不宜選用坡式。結合水閘泄流抗沖要求和現(xiàn)場地形地質條件擬比選兩種護岸結構型式，方案一：重力式擋土墻護岸，這種護岸型式類似于明渠筑墻，護岸材料為C25埋石混凝土，加固基坑臨時邊坡和擋土墻基礎以滿足結構安全穩(wěn)定要求。方案二：基坑臨時邊坡加固與護岸永久結構相結合的護岸型式。

表1 土層物理力學指標值

2.1 C25埋石混凝土重力式擋土墻方案

擋水墻背水面順坡比1:0.5，設計直立迎水面，頂寬1.0m；C30鋼筋混凝土底板坐落于淤泥層上，水泥深層攪拌樁樁端置于砂卵石層上，樁長12.6m、樁徑600mm，平面布置形式為矩形，樁間縱、橫間距1.0m和1.2m，復合基礎承載力經(jīng)攪拌樁加固處理不低于160kPa。

結合施工現(xiàn)場布置情況，臨時基坑邊坡穩(wěn)定性差且為淤泥層，護岸擋土墻基坑開挖時必須實施邊坡加固支護，否則將增大占地面積、后續(xù)回填量、基礎開挖量以及基坑展開面，開挖邊坡靠自然穩(wěn)定比較平緩。通過分析護岸擋土墻整體穩(wěn)定性可知，利用水泥深層攪拌樁加固護岸基礎范圍的地基土無法滿足抗滑穩(wěn)定性要求，必須向擋土墻基礎兩側擴大地基加固范圍。因此，擬將4排水泥深層攪拌樁增設于護岸背水側基礎上，同時可在一定程度上防護基坑開挖邊坡。當前，機械成樁為工程中最常用的制樁方式，樁長一般為18.0m，由于樁基垂直偏差與樁長密切相關，考慮到墻厚基坑邊坡圍護樁設計樁頂高程和水泥攪拌樁施工平臺高程，擬將1排水泥深層攪拌樁增設于臨水側基礎上。建成后，C25埋石混凝土重力式擋土墻夯填砂性土至墻頂高程25.2m。

2.2 鉆孔灌注樁支護的永臨結合方案

開挖筑成的基坑邊坡穩(wěn)定性差，并且河道邊坡較高，為保證邊坡安全穩(wěn)定需實施工程加固措施，可以考慮邊坡開挖加固措施與護岸永久結構結合的方式：將混凝土和鋼筋混凝土鉆孔灌注樁結合，科學布置護岸永久結合及河道開挖邊坡[6]。

河道開挖前應先形成一道地下連續(xù)墻，將一排鋼筋混凝土鉆孔灌注樁施打于護岸設計軸線內(nèi)側1.0m位置，樁間距與直徑均為800mm。穿砂卵石層后鉆孔灌注樁樁端置于下伏的強風化花崗巖，樁長平均為24.5m。擬將4排和2排水泥深層攪拌樁分別布設于鉆孔灌注樁連續(xù)墻背水側、臨水側，由此擴大基礎加固范圍，保證河道開挖后護岸的抗傾覆穩(wěn)定和抗滑移穩(wěn)定。

河道斷面開挖完工后，擬利用C30鋼筋混凝土側墻加固鉆孔灌注樁連續(xù)墻迎水面，澆筑墻厚0.8m；以增設的水泥深層攪拌樁第一排位置為基準將墻頂向背水側延伸2.0m，運用形成的鋼筋混凝土冠梁提高擋土墻結構整體性。采用C25埋石混凝土戴帽澆筑于冠梁臨水側，形成的擋土墻可以滿足防洪要求，用砂性土回填墻后至擋土墻頂高程。

2.3 方案優(yōu)選

從工程經(jīng)濟的角度分析，10m長度方案一、二的投資為22.86萬元和38.20萬元。開挖前，方案二采用鉆孔灌注樁加固河道護岸邊坡，其基礎開挖量少、回填工程量少且不必考慮后期開挖可能遇到的軟弱邊坡問題，然而為保證整體穩(wěn)定性還要對擋土墻上、下游附近軟土進行延伸加固，其工藝復雜，工程投資較大。開挖過程中，利用方案一可能會遇到邊坡穩(wěn)定問題，但對基坑邊坡按照分臺開挖且結合擋土墻基礎穩(wěn)定性同步實行加固支護，可以確保邊坡的安全問題[7-9]。

綜上分析，選取C25埋石混凝土重力式斷面作為護岸擋土墻設計推薦的結構形式，利用開挖-筑墻-回填施工方案和水泥深層攪拌樁加固基礎，通過分臺開挖基坑保證結構整體穩(wěn)定。

4 軟基處理穩(wěn)定復核

擋土墻基底應力、沿基底面的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為擋土墻穩(wěn)定計算的主要內(nèi)容，工程中選用水泥深層攪拌樁加固擋土墻基礎，直徑為600mm，考慮到深厚淤泥層位于擋土墻基礎下方的實際情況，為保證整體抗滑穩(wěn)定還要對擋土墻進行復核。

4.1 承載力計算

計算兩種工況下?lián)跬翂Φ幕讘?、抗傾及抗滑穩(wěn)定性，結果如表2。從表2可知，地基土加固后擋土墻沿基底面的抗傾覆穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定均達到規(guī)范要求。依據(jù)表2計算值，工況1的擋土墻基底應力平均值、最大值為101.5kPa和125.8kPa，利用規(guī)范推薦公式計算加固后的復合地基承載力為170.3kPa，可以達到地基承載要求。

表2 承載力計算值

4.2 抗滑穩(wěn)定計算

運用瑞典圓弧法計算不同工況下護岸擋土墻的整體抗滑穩(wěn)定性，具體如下：①工況1，施工完建期河床出露，以正常地下水位3.80m、多年平均最低潮位為墻背場地地下水位和迎水面水位。②工況2，以年最高潮位驟降至-1.2m、正常地下水水位3.80m作為迎水面和墻背側水位。

采用水泥深層攪拌樁對護岸擋土墻進行加固，樁徑600mm，以橫、縱間距為1.2m和1.0m的矩形平面布置，軟土加固置換率達到24.8%。根據(jù)取芯試驗要求，取φ=24°、C=260kPa作為深層攪拌樁樁身物理力學指標，樁身抗壓強度不低于1.0MPa，復合基物理力學等效指標利用面積比法換算為φ=6.5°、C=65.2kPa，選用地質建議值為其它土層物理指標。

通過計算分析，工況1、工況2的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.26和1.27，可見擋土墻加固后能夠達到工程要求的抗滑穩(wěn)定要求。

5 結 論

現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，護岸工程完建后未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，擋土墻位移量較小能夠滿足結構抗滑穩(wěn)定要求。深厚軟土區(qū)水工擋土墻存在基坑開挖邊坡穩(wěn)定性差、基建土質條件差等問題，采用水泥深層攪拌樁加固擋土墻地基取得了較好的效果，符合經(jīng)濟合理性要求；適當提高攪拌樁樁頂高程及擴大擋土墻背水側加固方案，可有效解決基坑開挖邊坡支擋和擋土墻整體穩(wěn)定問題，該方案經(jīng)濟、社會效益顯著，安全可靠且施工簡便。