楊禎和

（湛江市雷州青年運河管理局西海河管理所，廣東 廉江 524400）

1 工程概述

司前鎮(zhèn)水閘始建于1970年左右，原先水閘設(shè)計由6副閘孔構(gòu)成，總凈寬度約19m，由于使用年限長，原來地基承載不足，在運營年限過久和超荷載通行的情況下，水閘各處不同程度出現(xiàn)變形、開裂和不均勻沉降的各種損毀現(xiàn)象。受交通條件限制，原址重建該水閘施工難度較大，所以通過此次規(guī)劃移址新建一座新閘，來實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的防洪排澇同時兼顧取水灌溉和交通通行的目的。

新建水閘設(shè)計選用的整體敞開式水閘結(jié)構(gòu)。新建水閘由凈孔寬達8m的3組孔構(gòu)成。綜合考慮到河底的平均高程和考慮到地基基礎(chǔ)的沉降等因素，最終設(shè)計閘頂高程3.6m，交通橋?qū)挾葹?m，防浪墻頂部高程4.6m。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 巖性特征

經(jīng)過對現(xiàn)場場地的勘察和分析。得出現(xiàn)場范圍內(nèi)的土層從上至下劃分為第四系土層和第三系。具體可劃分如下：

2.1.1 第四系地層

1）粉質(zhì)黏土：主要由粉、黏粒組成，為塘基土。

2）淤泥：含粉細砂、貝殼和腐植質(zhì)。局部為淤泥質(zhì)土，具有高壓縮性、高靈敏度土質(zhì)極差的特點。

3）粗砂：飽和，中密狀態(tài)。主要由粗粒石英砂組成，含各級砂及粉、黏粒。

2.1.2 第三系巖層

1）強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：巖石礦物顆粒細小，主要以黏土礦物及石英、云母等為主；巖石風(fēng)化強烈，呈半巖半土狀。

2.2 水文特征

工程區(qū)域地勢較低,且地下水埋藏較淺。場中粉質(zhì)黏土為主含有土壤的中上層滯水,淤泥層主要包含結(jié)合水，主要含水層為粗砂礫層，其中有主要為孔隙水，具有強承壓水能力，侵蝕能力較好，大的風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖則為主含有裂隙水。終孔后測得兩個鉆孔地下水穩(wěn)定水位分別為1.50m、1.70m。地下水一般來自大氣降雨和橫向潛流的供應(yīng)，消耗于日常蒸發(fā)水和橫向逕流排泄[2]。

2.3 存在的問題

歷來洪（潮）澇災(zāi)害頻繁，強臺風(fēng)經(jīng)常帶來大暴雨，給當(dāng)?shù)卦斐闪藝乐氐慕?jīng)濟損失。工程所在河流兩岸堤防高程普遍較低，一旦有遇到潭江較高的洪潮，將造成巨大經(jīng)濟損失，洪潮災(zāi)害已威脅到當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?、生產(chǎn)和生命以及國家財產(chǎn)[3]。因此，重建閉口閘，使其與加固達標后的江堤組成一個防洪、擋潮、交通體系，水閘能及時關(guān)閘防洪擋潮，保護圍內(nèi)人民的生命生產(chǎn)安全。排澇指圍內(nèi)河涌因暴雨產(chǎn)生澇水時，水閘能及時排泄?jié)乘胪夂?，以保護圍內(nèi)不受淹或者盡可能的少受淹。

3 水閘設(shè)計計算

根據(jù)項目附近的水文站點的數(shù)據(jù)。結(jié)合地區(qū)河涌地勢的分布特征，確立了水閘的內(nèi)外特征水位如表1所示。

表1 水閘內(nèi)、外特征水位表

3.1 水閘設(shè)計流量

根據(jù)工程現(xiàn)場實際調(diào)查，結(jié)合周邊類似工程，分析重建閘前后的內(nèi)澇情況。該工程地勢屬于平原河網(wǎng)區(qū)，兩岸圍內(nèi)地形較低，當(dāng)未建水閘之前，上游洪水與洪潮頻繁遭遇，受洪潮頂托，水位壅高，導(dǎo)致兩岸堤圍內(nèi)澇水無法自排，發(fā)生內(nèi)澇；建閘之后，可以有效抵擋洪潮，但是在臺風(fēng)暴雨期間，水閘需要開閘排洪，受洪潮頂托，水位壅高，不利于圍內(nèi)排水，如果水閘關(guān)閉，自身集雨面積產(chǎn)生的洪水有時仍會導(dǎo)致內(nèi)澇發(fā)生[4]。重建水閘工程設(shè)計流量是以圍內(nèi)最高水位控制，遭遇外江5a一遇3d潮型平均水位推求的過閘流量。由表2可知，水閘設(shè)計流量為95.4m3/s，大于10a一遇洪峰流量92.5m3/s，滿足10a一遇排澇要求。

表2 水閘設(shè)計流量成果表

3.2 閘頂高程計算

設(shè)計工況按照正常防汛擋潮和校準后防汛擋潮兩種進行計算。若在設(shè)計防汛擋潮工況下，取最大潮水位3.13m為水閘外設(shè)計水位。取最高潮水位下的日均最大風(fēng)力值的1.5倍為設(shè)計值，V0=24m/s；在校核防洪擋潮工況下，閘外的設(shè)計水位取3.4m。

經(jīng)計算水閘閘頂高程取兩種工況最大值，為4.13m，綜合設(shè)計新建水閘的頂部高程應(yīng)高于兩岸堤防高程，所以此次新建水閘設(shè)計墻頂高程為4.40m，設(shè)計閘頂高程為4.40m。

4 主要建筑物穩(wěn)定性分析

4.1 滲流穩(wěn)定計算

水閘的基礎(chǔ)防滲輪廓主要由刺壁、底板、齒墻等構(gòu)成，基礎(chǔ)防滲輪廓全長為37.2m。對于淤泥質(zhì)土層，設(shè)計滲流坡降的允許值在水平段約0.3，在出口段值0.55；根據(jù)表3的計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，計算特定工況下的滲透坡降已經(jīng)規(guī)范限定值，說明水閘滿足滲流穩(wěn)定的要求 。設(shè)計將擋潮情況作為線性的滲流穩(wěn)定性計算工況，其他情況為閘房穩(wěn)定性分析和滲透流壓力參數(shù)之用。

表3 滲流穩(wěn)定計算成果表

4.2 水閘穩(wěn)定計算

閘室的計算時應(yīng)采用如下公式對其抗滑穩(wěn)定和基底應(yīng)力復(fù)核：

1）抗滑穩(wěn)定可采用以下公式計算：

式中：Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；ΣG為作用于閘室上全部豎向荷載；ΣH為作用于閘室上全部水平向荷載；f為閘室基底面與地基之間摩擦系數(shù)。

2）閘室基底應(yīng)力計算：

式中：Pminmax為閘室基底應(yīng)力的最大或最小值；ΣM為作用于閘室上的全部豎向或水平荷載對于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩；W為閘室基礎(chǔ)底面對于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的截面矩；A為閘室基礎(chǔ)底面的面積。

3）地震力：

綜合考慮地震慣性的代表數(shù)值，應(yīng)采用靜力方法進行預(yù)測。通常情形下，對水工構(gòu)筑物的修改設(shè)計時所考慮的抗震作用力：建筑墻體本身和作用于其的作用力導(dǎo)致的水平和地震動的壓力、抗震破土荷載、地震慣性運動。

根據(jù)地勘資料表明，該項目地基坐落于淤泥土層，其強度僅有40kPa。從設(shè)計成果表4中可知，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)和不同荷載下水閘均滿足抗滑穩(wěn)定和規(guī)范要求。但最大地基平均應(yīng)力為53.32kPa，最大基底應(yīng)力為54.30kPa，不符合最大地基承載力1.2倍的條件進而不滿足要求。所以需要對本工程的技術(shù)基礎(chǔ)處理。

表4 水閘穩(wěn)定計算成果表

5 復(fù)合地基試樁試驗

工程試驗樁數(shù)量為3根，采用4攪2噴的方法。水泥攪拌樁在施工時大致分成干粉噴法和濕漿粉噴法兩種。在廣東地區(qū)的水泥土攪拌樁試驗的大量應(yīng)用實踐中，發(fā)現(xiàn)干法加固的地基其質(zhì)量會發(fā)生比較大的波動，樁形成后自身的強度不滿足要求，更有甚出現(xiàn)成樁斷樁經(jīng)常。多會因為在澆筑時的攪拌不均進行導(dǎo)致單樁承載力和整體復(fù)合地基承載力不足。根據(jù)珠三角地區(qū)施工的成樁質(zhì)量的經(jīng)驗，綜合考慮決定試驗樁采用漿噴（濕法）施工。

5.1 試驗?zāi)康募耙?/h3>

攪拌樁試驗有以下3個目的：

1）獲得水泥土抗壓強度的現(xiàn)場試驗值。

2）抽芯試驗測定試驗樁的完整性。

3）復(fù)核單樁承載力特征值的設(shè)計要求。

采用鉆芯法對本次3根試驗樁應(yīng)全部進行抽芯試驗，進而保證水泥土單樁承載力特征值和抗壓強度現(xiàn)場試驗值試驗值的數(shù)據(jù)真實。測試時應(yīng)提供測試拌和體的深度、以及測試樁的高度能否達到工程要求；樁身水泥土的強度；判定樁身的完整性；樁身的成樁搭接和均勻性。

先設(shè)置試驗樁來設(shè)計水泥土的抗壓強度實驗，對各樁進行室內(nèi)的抗壓強度試驗，然后抽取上部、中部、下部各3個芯樣。選取3組樣芯來進行抗壓強度測試，取平均值最靠近設(shè)計值fcu (1.56MPa)的單樁來繼續(xù)進行單樁豎向強度測試。以《建筑工程基樁檢測技術(shù)標準》中的要求試驗，使用豎向抗壓靜載測試的方法，測試用的最高承載力量為單樁或綜合基礎(chǔ)設(shè)置壓力的二倍。

5.2 攪拌樁基礎(chǔ)計算

對散體材料增強體復(fù)合地基應(yīng)按下式計算:

式中:fspk為復(fù)合地基承載力特征值(kPa)，處理前海;n為復(fù)合地基樁土應(yīng)力比；m為面積置換率。

通過下表5的計算成果來看,設(shè)計基礎(chǔ)的基底最大平均應(yīng)該為53.32kPa，復(fù)合地基力特征值fspk=72kPa,滿足最大承載力要求；同時最大基底應(yīng)力為54.30kPa，滿足要求，所以攪拌樁試驗基底應(yīng)力及不平衡強度均符合規(guī)范要求。

表5 水泥土攪拌樁設(shè)計參數(shù)表

5.3 地基沉降計算

借鑒水閘地基土的沉降經(jīng)驗，可以選擇有不利工況點來計算最終沉降量。本次施工水閘構(gòu)造為現(xiàn)澆全尺寸混凝土結(jié)構(gòu)，分析后選擇的最終計算點為閘內(nèi)外涌底的重點。計算得出臨江一側(cè)的最終沉降量為0.28m，而內(nèi)涌一側(cè)最終沉降量0.27m?？紤]到應(yīng)降低基礎(chǔ)沉降會導(dǎo)致的不利影響，所以此次設(shè)計沉降量預(yù)留值增加0.2m。設(shè)計水閘頂部高程為3.6m。閘室地基土最終沉降以下式計算方法：

式中：S為最終沉降量，mm；m為地基沉降量修正系數(shù)，本項目取1.3；hi為第i土層的厚度，mm。

在這種情況下的基地壓力最大，由此計算的沉降也最大。水閘地基在沉降過程中荷載是經(jīng)常變化的，但計算地基的沉降量，一般只取完建期的荷載情況。臨江側(cè)基點沉降量0.278m，內(nèi)涌側(cè)基點沉降量0.277m，水閘內(nèi)外涌沉降差0.001m。

6 結(jié) 論

水閘重建工程是一項綜合性極強的水利工程，具備防洪、控制水流量、調(diào)節(jié)水位等功能，是地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。根據(jù)基礎(chǔ)閘門的位置分布和地基的應(yīng)力情況，試驗結(jié)果顯示，該沉井基礎(chǔ)閘門整個構(gòu)造的位移，剛度和穩(wěn)定性都符合了現(xiàn)行標準要求，在實際設(shè)計中，建議先進行沉井基礎(chǔ)閘門構(gòu)造的數(shù)值模擬。綜上本工程的實施能有效緩解排澇問題對經(jīng)濟建設(shè)及社會發(fā)展產(chǎn)生的隱患,提高居民生活水平和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，具有巨大的潛在經(jīng)濟效益和社會價值。