秦靜

（浙江中禹工程技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概況

馬踏石閘位于長(zhǎng)江北岸菜子湖水系的三鴉寺湖出口，建于1968 年，1969 年竣工，是一座集防洪、灌溉、排水功能為一體的綜合性水利工程。在對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，馬踏石閘處于帶病運(yùn)行狀態(tài)，多處部位存在嚴(yán)重破損，需進(jìn)行除險(xiǎn)加固，并對(duì)各部位地基進(jìn)行處理，以此發(fā)揮馬踏石閘的整體效益。

拆除重建后的馬踏石閘工程規(guī)模為5孔×7 m，閘底板高程8.70 m，設(shè)計(jì)過(guò)水流量667 m3/s，20年一遇設(shè)計(jì)排洪水位迎湖側(cè)為15.92 m、迎河側(cè)為15.62 m，水閘工程級(jí)別為3級(jí)。

2 場(chǎng)地地質(zhì)條件與主要物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)

根據(jù)鉆探揭露，此場(chǎng)地地層自上而下簡(jiǎn)述如下：①層人工填土（）呈灰黃色，稍濕～濕，松散～稍密；②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（）呈灰～深灰色，很濕，軟塑，光澤反應(yīng)稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等，搖震反應(yīng)無(wú)，含少量腐殖質(zhì)；②1層粉質(zhì)黏土（）為②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的夾層，呈透鏡體狀分布，灰色，濕，軟～可塑；②2層粉砂（）為②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的夾層，呈透鏡體狀分布，灰色、灰黃色，飽和，松散；③強(qiáng)風(fēng)化砂巖（E1w）呈青灰色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄～中厚層狀構(gòu)造；④中風(fēng)化砂巖（E1w）呈青灰色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄～中厚層狀構(gòu)造。

根據(jù)野外鉆探、土工試驗(yàn)成果、《各層巖土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表》，參考規(guī)范，提出主要力學(xué)參數(shù)指標(biāo)建議值見(jiàn)表1。

表1 馬踏石閘除險(xiǎn)加固工程水閘地基土主要力學(xué)參數(shù)指標(biāo)建議值表

3 天然地基條件下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算

馬踏石閘除險(xiǎn)加固工程各部位在天然地基條件下的穩(wěn)定和沉降情況如下：①閘室抗滑穩(wěn)定滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。②閘室（左岸段）基底應(yīng)力及應(yīng)力比不滿(mǎn)足規(guī)范要求，需進(jìn)行地基處理。③天然土質(zhì)地基水閘最大沉降量不宜超過(guò)15 cm，且相鄰部位沉降差不宜超過(guò)5 cm。根據(jù)計(jì)算，采取天然地基水閘最大沉降量為20.28 cm＞15 cm，因此，此水閘不宜采用天然地基，應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行基礎(chǔ)處理。④左岸翼墻基底最大壓應(yīng)力大于地基允許承載力的1.20倍，應(yīng)對(duì)左岸翼墻底部地基進(jìn)行處理。⑤左岸抗旱站地基基礎(chǔ)為粉質(zhì)黏土，經(jīng)計(jì)算，基底應(yīng)力不滿(mǎn)足規(guī)范要求，因此抗旱站基礎(chǔ)底部需要地基處理。

4 地基處理設(shè)計(jì)

軟土地基常用的處理方法有墊層法、沉井基礎(chǔ)、深層攪拌法等。水閘的樁基礎(chǔ)，最常用的有鋼筋混凝土預(yù)制樁和水泥攪拌樁，兩個(gè)方案在工程中廣泛運(yùn)用，具體技術(shù)比較見(jiàn)表2。

表2 兩種樁基方案對(duì)比表

考慮到地基土沿兩岸方向分布極不均勻，故對(duì)于分縫左側(cè)閘室，此次設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁方案，右側(cè)閘室向下挖除0.50 m強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，以C20混凝土澆筑。

4.1 閘室樁基設(shè)計(jì)

4.1.1 布置方案

閘室底板下布置Φ800 水泥攪拌樁，間距1.10 m 梅花形布置，選用42.50R 水泥，水泥滲入量20%，水灰比0.50，置換率44.84%，共364根。

4.1.2 樁基計(jì)算

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，水泥攪拌樁單樁承載力特征值初步設(shè)計(jì)時(shí)可按照式（1）計(jì)算：

式中：Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；up—樁的周長(zhǎng)（m）；qsi—樁周第i層土的側(cè)阻力特征值（kPa）；lpi—樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土厚度（m）；αp—樁端阻力發(fā)揮系數(shù)，取0.5；qp—樁端阻力特征值（kPa）。Ap—樁的截面積（m2）。

單樁豎向承載力特征值除了滿(mǎn)足上式，還要滿(mǎn)足由樁身強(qiáng)度確定的單樁承載力不小于由樁周土與樁端土的抗力所提供的單樁承載力。由樁身強(qiáng)度確定的單樁承載力可按下式計(jì)算：

式中：fcu—與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊，邊長(zhǎng)為70.70 mm 的立方體在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d 齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPa），取1 200 kPa；η—樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.25。Ap—樁的截面積（m2）。

由以上公式求得由樁身強(qiáng)度確定的單樁承載力特征值為151 kN，由樁周土與樁端土的抗力所提供的單樁承載力特征值為660 kN，故單樁豎向承載力特征值取151 kN。水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值初設(shè)按下式計(jì)算：

式中：fspk—復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.90；Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；Ap—樁的截面積（m2）；β—樁間土承載力折減系數(shù)，取0.25；m—面積置換率；fsk—處理后的樁間土承載力系數(shù)，可取天然地基土承載力60 kPa；由上式計(jì)算的復(fù)合地基承載力特征值129.50 kPa。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，采用上述樁基布置方案進(jìn)行地基處理后，閘室地基可滿(mǎn)足承載力要求。

4.1.3 沉降計(jì)算

當(dāng)攪拌樁復(fù)合地基承受上部基礎(chǔ)傳遞來(lái)的垂直荷載后，所產(chǎn)生的垂直沉降S 包括樁土復(fù)合層本身的壓縮變形S1和樁土復(fù)合層底面以下天然地基土的沉降量S2，即S=S1+S2。經(jīng)計(jì)算，對(duì)地基進(jìn)行水泥攪拌法處理后，其沉降量可滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4.2 左岸上、下游翼墻樁基設(shè)計(jì)

上游左岸翼墻基礎(chǔ)采用Φ800水泥攪拌樁處理，縱向間距1.40 m，橫向1.30 m，選用42.50R 水泥，滲入量20%，水灰比0.50，置換率30.08%，共計(jì)48根。

下游左岸翼墻結(jié)構(gòu)為C25鋼筋混凝土懸臂式擋墻，基礎(chǔ)采用Φ800水泥攪拌樁處理，間距1.20 m布置，選用42.50R水泥，水泥滲入量20%，水灰比0.50，置換率31.91%，共計(jì)72根。

4.3 上、下游河道護(hù)岸地基處理

水閘下游左側(cè)河道護(hù)岸長(zhǎng)度51 m，與翼墻銜接，下游左岸其基礎(chǔ)處理方式同下游左側(cè)翼墻，采用Φ800水泥攪拌樁處理，間距1.60 m 布置，選用42.50R 水泥，水泥滲入量20%，水灰比0.50，置換率24.12%，共計(jì)93根。

4.4 管理房地基處理

水閘管理房位于水閘右側(cè)管理區(qū)內(nèi)，管理房長(zhǎng)9.50 m，寬8.50 m，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。管理房基礎(chǔ)采用空箱結(jié)構(gòu)，底板下挖除0.50 m強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，以C20混凝土澆筑。

4.5 抗旱站地基處理

考慮對(duì)基礎(chǔ)底面下3 m范圍的粉質(zhì)黏土換填灰土，處理后即可滿(mǎn)足承載力要求。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合馬踏石閘地質(zhì)情況與各部位地基情況調(diào)查，選擇水泥攪拌樁地基處理，符合規(guī)范，確保馬踏石閘正常運(yùn)行。