襄城縣北汝河橡膠壩地基處理方案比選

高占遼 楊世鋒

(1.河南襄城縣水利局，河南襄城 452670;2.華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450011)

0 引言

橡膠壩屬薄壁柔性結(jié)構(gòu)，是隨著高分子合成材料的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型水工建筑物。一般都修建于平原地區(qū)或山丘的小型河道之上，而這些地區(qū)的地基土往往是密實度較低的砂土或是軟粘土，這種地基承載力通常不夠，不能滿足壩基的穩(wěn)定和強度要求，需要進行一定的地基處理。橡膠壩工程地基加固處理常用的方法有碾壓法、強夯法、墊層法、樁基礎(chǔ)、振動水沖法、排水固結(jié)法、沉井法、深層攪拌樁法等。

1 工程概況

襄城縣北汝河橡膠壩工程位于襄城縣余莊至鮑坡之間，設(shè)計壩高5 m，壩長190 m，壩頂高程81.7 m，蓄水庫容679萬 m3。工程修建后，保證周邊23萬畝農(nóng)田灌溉用水，解決縣城工業(yè)園區(qū)供水及環(huán)境用水，營造襄城縣城周邊良好的水生態(tài)環(huán)境;提高許昌城區(qū)工業(yè)生活用水和潁汝灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉的保證率;還可補充沿岸十里鋪鄉(xiāng)、庫莊鄉(xiāng)、城關(guān)鎮(zhèn)等區(qū)域的地下水源，減少地下水開采量，緩解當?shù)赜盟o張的局面。按《水利樞紐工程等別劃分標準》平原地區(qū)劃分，工程屬Ⅲ等工程，其主要建筑物按3級設(shè)計，次要建筑物按4級設(shè)計。主體包括三跨壩袋和一孔泄水閘，以及上游連接段，壩身段、下游連接段，泄水閘，管理設(shè)施布置在大壩右岸。

2 工程地質(zhì)

壩址區(qū)兩岸地形平坦，多為壤土覆蓋。但由于北汝河此河段常年抽砂，導(dǎo)致所選壩址處為一局部深坑，通過北汝河橡膠壩工程防洪評價，壩址處原河底高程為75.1 m，現(xiàn)狀壩址處河底高程為70.5 m～71.5 m，局部河底高程為68.5 m左右，平均坑深約4.6 m。故在修建橡膠壩工程時，要對橡膠壩基礎(chǔ)進行處理。

根據(jù)鉆探，在深度30.0 m范圍內(nèi)，揭露出地層巖性為第四系地層。由新至老依次為第四系全新統(tǒng)上段(Q24)輕粉質(zhì)壤土和下段(Q14)中粉質(zhì)壤土、細砂，上更新統(tǒng)(Q3)砂卵石等。

3 工程地基處理方案比較

結(jié)合工程特點及實際地質(zhì)狀況本次設(shè)計擬定兩個方案:回填土(方案一);回填卵石結(jié)合填筑埋石混凝土方案(方案二)。

3.1 回填土方案

基于以上地質(zhì)狀況，該工程考慮采用兩種回填土方案，一種為傳統(tǒng)的碾壓回填，另一種嘗試采用水中拋填方法。

1)傳統(tǒng)的碾壓回填。在開始回填之前先修筑圍堰做好基坑的排水工作，保證回填工作面在沒有水的情況下進行;通過現(xiàn)場試驗確定回填料最優(yōu)含水量、每層鋪土厚度以及壓實遍數(shù)等參數(shù);開始回填土前，將基底上的雜物和淤泥等清除干凈。最后通過施工機械逐層鋪筑、碾壓。碾壓回填的工藝流程見圖1。

圖1 碾壓回填工藝流程

2)水中拋填回填。水中拋填方案是將回填的砂土利用采砂船，將砂料拋填到采砂坑中，靠土料被水潤濕、崩解使土粒間互相移動和重新排列，最后利用排水固結(jié)法對回填區(qū)域進行密實加固處理。水中拋填法相對于傳統(tǒng)的碾壓法有一定的優(yōu)勢。與碾壓法比較工效高，節(jié)省勞力，受氣候影響小，雨天可照常施工，填土厚度大，且不需要專門的反復(fù)碾壓;同時該方案是在回填以后排水，排水量減少很多，在一定程度上降低了工程造價。最主要的是消除了碾壓法的遇水濕陷問題，水中拋填砂土后形成的地基與天然地基相似，相對可降低地基沉降不均勻系數(shù)。綜合比較就回填土方案來說，采用水中拋填砂土的方法比傳統(tǒng)碾壓回填方法好。

3.2 回填卵石結(jié)合填筑埋石混凝土方案

1)卵石料場的位置及儲量。壩基回填量為0.8萬m2左右，回填量較大，考慮經(jīng)濟因素，本次設(shè)計考慮從北汝河上游50 km處河床中挖取天然砂卵石作為回填料。通過實地勘察，料源儲備較大，可滿足工程需要。2)回填砂卵石參數(shù)。由于基礎(chǔ)回填需要良好的級配，天然砂卵石級配較差，且含有一定量的淤泥、細砂，達到回填要求，需要對天然砂卵石篩選處理，本工作需要在基礎(chǔ)開挖之前，儲備足夠卵石，以備回填。砂卵石地基承載力較大，通過試驗，地基承載力為320 kPa，足以滿足工程需要。為防止卵石回填高程過高導(dǎo)致橡膠壩底板出現(xiàn)應(yīng)力不均現(xiàn)象，在卵石之上回填3 m厚埋石混凝土，使地基材料的剛度自下而上逐漸增大。

4 工程地基處理方案比選

4.1 地質(zhì)條件

壩軸線位置地層覆蓋一層中粉質(zhì)壤土，從左岸到右岸中粉質(zhì)壤土覆蓋層逐漸加厚，最小覆蓋厚度為1.5 m左右，最厚覆蓋厚度為12 m左右，中粉質(zhì)壤土覆蓋層下部為無限深砂卵石。

采用方案一即回填土方案，可以保證土體與中粉質(zhì)壤土很好的結(jié)合，但在運行期間，可能會導(dǎo)致沉降量過大，影響工程效益;若采用方案二，由于地基為卵石及埋石混凝土基礎(chǔ)，承載力高，變形量小，可保證后期運行過程中壩底板的要求。

4.2 經(jīng)濟比較

從投資看，方案二優(yōu)于方案一。兩種回填方案投資見表1。

表1 方案投資比較表

從技術(shù)、經(jīng)濟角度綜合考慮，工程地基處理方案采用方案二即回填卵石結(jié)合填筑埋石混凝土方案。

5 結(jié)語

襄城縣北汝河橡膠壩工程，壩袋長190 m，壩高5 m，是目前國內(nèi)比較大的橡膠壩工程。該工程地質(zhì)條件特殊，文章對不同地基處理方案進行比選，確定合理可行的處理方案，滿足了工程設(shè)計需要。同時，通過本工程的設(shè)計為以后同類工程設(shè)計提供參考。

［1］高本虎.橡膠壩工程技術(shù)指南［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.

［2］祁慶和.水工建筑物［M］.第3版.北京：中國水利水電出版社，1997.

［3］牛志榮.地基處理技術(shù)及工程應(yīng)用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［4］袁光裕.水利工程施工［M］.第4版.北京：中國水利水電出版社，2005.