李倩雯，李利紅，吳建偉

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014）

營(yíng)子閘軟土地基處理方案優(yōu)選

李倩雯，李利紅，吳建偉

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014）

近年來(lái)，水利工程中廣泛采用水泥土攪拌法進(jìn)行軟土地基處理，節(jié)省工程費(fèi)用，取得了較好的效果，但在化學(xué)腐蝕性環(huán)境中，其適用性和耐久性有待現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步考證。本文通過(guò)營(yíng)子閘地基處理案例進(jìn)行了分析和探討。

水閘；化學(xué)腐蝕性環(huán)境；軟土地基處理

營(yíng)子攔河閘位于濟(jì)南市商河縣白橋鄉(xiāng)小營(yíng)子村東，處于徒駭河中下游，控制流域面積8542km2，是一座具有蓄水、灌溉及調(diào)節(jié)洪澇水綜合利用的大（2）型河道攔蓄工程。該閘1971年8月建成，2013年5月經(jīng)水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心的核查，評(píng)定為四類閘。

除險(xiǎn)加固前該閘共17孔，每孔凈寬5.8m，閘墩厚0.8m，閘室分離式結(jié)構(gòu)，鋼筋砼灌注樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)“61年雨型”，洪水流量1190.0m3/s；排澇標(biāo)準(zhǔn)為“64年雨型”，排澇流量780.0m3/s。設(shè)計(jì)蓄水量2020萬(wàn)m3，實(shí)際灌溉面積2萬(wàn)hm2。

除險(xiǎn)加固采用拆除老閘在原閘址重建新閘方案。水閘共設(shè)9孔，單孔凈寬12.0m，閘墩厚1.5 m，閘室采用鋼筋砼分離式結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，設(shè)計(jì)洪水流量1231.0m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，校核洪水流量1441.0m3/s；排澇標(biāo)準(zhǔn)、排澇流量同除險(xiǎn)加固前一致。工程合理使用年限為50年。營(yíng)子閘主要建筑物級(jí)別2級(jí)。地震設(shè)計(jì)烈度為6度。

1 地層巖性及水文地質(zhì)條件

該閘勘探深度范圍內(nèi)揭露地層均為第四系松散堆積層，主要為第四系全新統(tǒng)沖積堆積的砂壤土、壤土、黏土、粉細(xì)砂及第四系上更新統(tǒng)沖積洪積堆積的黏土、砂壤土等。地層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)上部地基松軟下部地基較硬的特征。②層黏土、②-1層砂壤土（呈松散狀態(tài)，透鏡體狀分布），兩層層厚共約7m，其壓縮模量為4MPa，具高壓縮性土特性，標(biāo)貫擊數(shù)4～5左右，具軟土特征，且不沖流速較小，地基抗沖刷能力較差，不宜作為建筑物天然地基持力層。

據(jù)水質(zhì)分析成果，場(chǎng)區(qū)地下水化學(xué)類型為Cl－SO4—Na型，其Cl-含量493.0mg/L，SO42-含量591.9mg/L，Na+含量306.0mg/L，侵蝕性CO2含量9.3mg/L，pH值7.34。場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)混凝土具硫酸鹽性中等腐蝕，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。場(chǎng)區(qū)河水化學(xué)類型為SO4－Cl—Na型，其Cl-含量302.4mg/L，SO42-含量416.7mg/L，Na+含量208.7mg/L，侵蝕性CO2含量18.6mg/L，pH值7.71。場(chǎng)區(qū)河水對(duì)混凝土具硫酸鹽性中等腐蝕、碳酸性弱腐蝕，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

2 穩(wěn)定計(jì)算成果

選取閘室上游翼墻為計(jì)算單元。計(jì)算工況三種：施工完建情況、正常運(yùn)用情況、洪水情況。三種工況下的上游翼墻穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表1。

翼墻底板開挖底高程為7.99m，左岸基底位于②層黏土上，右岸基底位于②層黏土、②-1層砂壤土上。②層黏土土質(zhì)不均，具中等~高壓縮性；②-1層砂壤土呈松散狀態(tài)，厚度較小，具中等壓縮性，均為第四系新近沉積，地基承載力特征值均為100kPa。

由表1穩(wěn)定計(jì)算成果顯示，施工完建情況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于允許值，三種工況基底應(yīng)力平均值均大于地基承載力特征值，且最大值大于1.2倍地基承載力特征值。不滿足《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，需要進(jìn)行地基處理。

表1 上游懸臂式翼墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

3 地基處理方案比較

水利工程軟土地基加固處理措施較多，結(jié)合本工程實(shí)際情況，選取以下兩種方法進(jìn)行方案比選。

3.1 鋼筋混凝土灌注樁方案

3.1.1 方案設(shè)計(jì)

采用摩擦型鋼筋混凝土灌注樁，樁的根數(shù)和尺寸按承擔(dān)底板底面以上全部荷載確定，樁群平面布置形心與底板底面以上基本荷載組合的合力作用點(diǎn)接近，單樁豎向荷載最大值與最小值之比小于規(guī)范允許值，樁頂不可恢復(fù)的水平位移值控制不超過(guò)0.5cm。經(jīng)計(jì)算，上游翼墻鋼筋混凝土灌注樁樁徑采用0.8m，翼墻圓弧段布置53根，樁長(zhǎng)17.0m，樁間距2.4m，交錯(cuò)布置；翼墻垂直段布置12根，樁長(zhǎng)17.0m，矩形布置樁間距2.9m、2.6m。

3.1.2 方案特點(diǎn)

1）鋼筋混凝土灌注樁在提高承載力、減少沉降量方面作用顯著。通過(guò)計(jì)算分析，采用鋼筋混凝土灌注樁地基總沉降量為23.1mm，采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基總沉降量為82.0mm。鋼筋混凝土灌注樁樁基沉降量只有水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降量的1/3。

2）在腐蝕環(huán)境中，鋼筋混凝土灌注樁體耐久性比水泥土攪拌樁體好。

3）建筑物基礎(chǔ)是工程安全性的重點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，不具有可修復(fù)性，出現(xiàn)問(wèn)題處理起來(lái)難度大，很難達(dá)到理想程度，采用鋼筋混凝土灌注樁保證率可靠度高。

4）上游翼墻鋼筋混凝土灌注樁工程費(fèi)用101.2萬(wàn)元，高于水泥土攪拌法復(fù)合地基費(fèi)用。

3.2 水泥土攪拌樁復(fù)合地基方案

3.2.1 方案設(shè)計(jì)

水泥土攪拌樁長(zhǎng)度應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基承載力和變形的要求，并穿透軟弱土層到達(dá)地基承載力相對(duì)較高土層。樁平面布置根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及地基承載力和變形要求，采用等邊三角形布樁。經(jīng)計(jì)算，水泥土攪拌樁樁徑采用0.6m，樁間距1.0m，等邊三角形布置，樁長(zhǎng)17.0m，上游翼墻單側(cè)共布設(shè)470根樁。翼墻底板下設(shè)水泥土褥墊層厚0.3m。

3.2.2 方案特點(diǎn)

1）水泥土攪拌樁利用水泥為固化劑，通過(guò)攪拌機(jī)械，就地將地基土和固化劑強(qiáng)制攪拌，形成水泥土樁體，由于固化劑與土之間產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使水泥土樁體具有一定強(qiáng)度，水泥土樁體與樁間土一起組成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的復(fù)合地基，從而提高地基土的強(qiáng)度和增大變形模量，以滿足工程需要。

2）原營(yíng)子攔河閘地面以下基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土灌注樁，樁徑1.0m，樁長(zhǎng)13.7m，灌注樁平面布置不詳。在原閘址重新建設(shè)新閘，原地基中的鋼筋混凝土灌注樁可能影響新閘基礎(chǔ)處理，若采用水泥攪拌法復(fù)合地基不能達(dá)到有效設(shè)計(jì)效果。

3）水泥攪拌樁費(fèi)用82.3萬(wàn)元，低于鋼筋混凝土灌注樁費(fèi)用。

4 地基處理方案選定

通過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，水泥土攪拌樁具有投資省的優(yōu)勢(shì)，但考慮到?jīng)]有工程區(qū)域水泥攪拌樁現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)資料，在硫酸鹽腐蝕性環(huán)境中水泥土攪拌樁的耐久性不能確定；且存在原營(yíng)子閘鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)留存地基中，其復(fù)合地基施工質(zhì)量可靠性不能保證問(wèn)題。因此，營(yíng)子閘地基處理方案推薦采用鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)。

（責(zé)任編輯趙其芬）

TV551.3

B

1009-6159（2017）-01-0003-02

2016-10-28

李倩雯（1963—），女，研究員