水泥土攪拌樁復合地基在水閘設(shè)計中的應用

白 露，孔維艷

（山東省海河淮河小清河流域水利管理服務(wù)中心，山東 濟南 250100）

在魯北平原地區(qū)，建于河道上的攔河閘或河流入?？谔幍膿醭遍l等，地基基礎(chǔ)多為松散或軟弱的沉積層，土層常常分布不均勻，土體的抗剪強度低，承載能力不足，壓縮性較大，使得基礎(chǔ)在上部荷載作用下產(chǎn)生過大的沉降量或沉降差，從而導致地基產(chǎn)生不均勻沉降，閘室底板和閘基土變形不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生“脫空”現(xiàn)象。在水閘運行過程中，由于上下游水頭差的作用，閘基容易產(chǎn)生滲流、管涌破壞，閘室產(chǎn)生裂縫、沉降、傾斜等工程病險問題，嚴重影響水閘結(jié)構(gòu)安全和正常使用。

因此，在軟土地基上修建水閘工程,地基處理是非常重要的。與其他地基處理方法對比，水泥土攪拌樁復合地基工程造價低，進場設(shè)備簡單，施工速度快，施工工藝較為成熟，在短時間內(nèi)完成水下作業(yè)施工方面具有優(yōu)勢。與此同時，水泥土攪拌樁復合地基適應變形能力好，在增大變形模量，提高地基承載力方面具有良好的工程性能，是一種較理想的地基處理技術(shù)，近年來在水閘工程中應用廣泛。

1 工程概況

陵縣三里河閘是篤馬河下游41+600處一座中型河道節(jié)制閘，承擔著汛期調(diào)節(jié)泄洪、防止內(nèi)澇及沿岸灌溉用水任務(wù)。設(shè)計灌溉面積1 200 hm2，實際灌溉面積800 hm2，受益范圍為陵城區(qū)陵城鎮(zhèn)、神頭鎮(zhèn)、糜鎮(zhèn)3鎮(zhèn)。運行40多年來，在保證防洪安全、防止內(nèi)澇和沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)灌溉中發(fā)揮了巨大作用，效益顯著。

2 工程任務(wù)及規(guī)模

2.1 工程任務(wù)

篤馬河三里河閘除險加固工程，為充分考慮利用河道兩岸連接設(shè)施，避免產(chǎn)生新增永久占地，設(shè)計采用原閘址（位于篤馬河樁號41+600）拆除改建，增設(shè)交通橋和場內(nèi)路面硬化，增加監(jiān)測、監(jiān)控等安全設(shè)施。改建閘室軸線與河道中泓線正交。順河向閘室及上下游連接段中心線，與河道中心線重合。

工程建設(shè)運行后可充分發(fā)揮水閘汛期開閘泄洪、非汛期蓄水灌溉功能，保障區(qū)域防御洪澇災害的能力，保護和提高糧食綜合生產(chǎn)能力。

2.2 工程規(guī)模

篤馬河陵縣段河道治理已按照批復的《徒駭、馬頰河系防洪規(guī)劃報告》中“61年雨型”防洪、“64年雨型”排澇標準實施設(shè)計并施工，治理后達到了設(shè)計斷面標準。

根據(jù)《徒駭、馬頰河系防洪規(guī)劃》，三里河閘設(shè)計防洪標準為“61年雨型”，防洪流量為149.5 m3/s，相應閘上水位為17.1 m；排澇標準為“64年雨型”，排澇流量為97.5 m3/s，相應閘上水位為15.8 m；設(shè)計蓄水位15.6 m，設(shè)計蓄水量210萬m3，年調(diào)蓄水量630萬m3。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000），設(shè)計工程規(guī)模為中型。

3 閘室沉降計算

閘室設(shè)計采用整體式平底板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板長10 m，寬23.5 m，底板前、后趾處，地基最大、最小應力分別為Pmax=116.37 kPa，Pmin=77.68 kPa，平均應力為97 kPa。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告揭示，閘基地層分別為④層飽和黏土、⑤層細砂及⑥、⑦層壤土。依據(jù)《水工建筑物地基設(shè)計規(guī)范》（SLT792-2019）和《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001），閘室的沉降量計算采用分層總和法，結(jié)合工程實際情況，基底以下各土層的壓縮模量選擇采用彈性模量經(jīng)驗值進行沉降計算。計算深度取15 m，滿足規(guī)范對沉降計算深度的要求。

經(jīng)計算，閘室最大沉降量為14.9 cm，滿足《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2016）中8.3.6條不宜超過15 cm的要求。但結(jié)合老閘病險情況，同時考慮與同類工程進行橫向?qū)Ρ?，其沉降量偏大，設(shè)計采用地基處理措施減小沉降量。

4 閘室地基處理及沉降復核計算

4.1 病險情況

原閘在初建時，由于受當時經(jīng)濟、技術(shù)等因素制約，軟基基礎(chǔ)未處理好，造成閘門底部出現(xiàn)淘空現(xiàn)象，后來已采取補救措施。水閘運行近四十年，地基產(chǎn)生不均勻沉降，閘底板裂縫，閘墩發(fā)生位移、沉降。根據(jù)閘址處工程地質(zhì)實際情況和原閘病險情況分析，除險加固工程設(shè)計采用水泥土攪拌樁復合地基進行地基處理。

4.2 地基處理設(shè)計

1）水泥土攪拌樁。水泥土攪拌樁復合地基是在天然地基中，采用水泥、石灰等固化劑加固地基的地基處理技術(shù)，為半剛性樁復合地基。在工程項目建設(shè)中被廣泛應用于水閘、泵站、堤防等水利工程中。

2）水泥土攪拌樁布置。在三里河閘除險加固設(shè)計中，為保證閘室整體穩(wěn)定，解決閘室不均勻系數(shù)偏大、沉降量大等工程問題，采用水泥土攪拌樁復合地基對閘基進行加固處理。

水泥土攪拌樁設(shè)計水泥摻量不小于15%，水泥土強度不小于1.80 MPa?；撞捎脴稄?.5 m，樁間距1.5 m的水泥土攪拌樁基礎(chǔ)，正三角形布置，面積置換率10%。計算樁長8.0 m，樁底高程為-0.7 m。設(shè)計中基礎(chǔ)不設(shè)置褥墊層，樁頂進入混凝土墊層內(nèi)100 mm。

3）地基承載力驗算。根據(jù)承載力公式進行計算，水泥土攪拌樁單樁承載力為82.47 kN，復合地基承載力特征值為126.41 kPa，承載力滿足規(guī)范要求。

4）沉降復核計算。經(jīng)試驗計算，閘室地基平均應力為97 kPa。根據(jù)《水工建筑物地基設(shè)計規(guī)范》（SLT792-2019）和《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）的要求，復合地基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)采取0.78，復合土層的壓縮模量采用《水工建筑物地基設(shè)計規(guī)范》（SLT792-2019）中的公式（2-5）計算，得到④、⑤、⑥、⑦層復合土層的壓縮模量分別為：46 MPa、55 MPa、55 MPa、55 MPa。經(jīng)計算閘室復合地基最終沉降量10.9 cm。通過對比分析，采用水泥土攪拌樁復合地基，閘室沉降量得到了明顯改善。

5 結(jié)論

目前，復合地基在地基處理方法中的應用越來越多，特別是水泥土攪拌樁作為一種加固軟土地基的地基處理技術(shù)，在解決地基承載力不足、沉降變形大等問題中效果良好。同時它是一種半剛性樁復合地基，相比于柔性樁復合地基和剛性樁復合地基具有一定的自身優(yōu)勢，可以有效的保證基礎(chǔ)底板與土體的接觸，避免底板脫空，造成滲流或管涌破壞，與此同時，還可以有效避免結(jié)構(gòu)邊緣處產(chǎn)生沉降差等。因此，值得在中小型水利工程中大力推廣應用。