橋閘重建工程攔河閘基礎(chǔ)處理方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

許鳳華，張寶紅

（1.泊頭市水務(wù)局，河北 泊頭 062150；2.泊頭市大運(yùn)河水利建設(shè)有限公司，河北泊頭 062150）

1 工程概況

某橋閘位于某河流下游支流的中部，距離出海口12 km。橋閘作為該河流出海攔河閘中最重要的工程，具有多方面的功能。在實(shí)際工作中，該橋閘的功能主要是防潮、灌溉、供水，輔以交通和發(fā)電，是I等大（1）型綜合水利樞紐工程。在該橋閘工程的重新建設(shè)中，建筑物主要包括攔河閘、水電站、閘上交通橋、兩岸連接段，對(duì)于不同的組成部分具有不同的要求，每個(gè)組成部分充分發(fā)揮自己的作用，對(duì)整個(gè)橋閘工程產(chǎn)生重要的影響。攔河閘共32 孔，每孔寬12 m，泄洪總凈寬384 m；水電站安裝燈泡貫流式機(jī)組3 臺(tái)。閘上交通橋總長(zhǎng)476.7 m。由于工程所處的地質(zhì)條件較差、為淤泥質(zhì)軟弱土層地基，不利于施工的順利進(jìn)行，必須采取相應(yīng)的措施對(duì)其進(jìn)行加固處理，才能滿足工程建設(shè)的需要。另外，工程所在地區(qū)的地震烈度為8 度。在工程建設(shè)過(guò)程中，為了達(dá)到最佳的基礎(chǔ)處理效果，有必要采取相應(yīng)的策略優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對(duì)各項(xiàng)工作進(jìn)行科學(xué)合理的安排，以更好地指導(dǎo)實(shí)際工作，提高工程建設(shè)綜合效益。

2 攔河閘基礎(chǔ)處理方案

2.1 工程地質(zhì)條件

為了對(duì)攔河閘的基礎(chǔ)進(jìn)行更好的處理，首先要全面了解該工程的地質(zhì)條件，對(duì)其進(jìn)行深入的調(diào)查和分析，以全面掌握該區(qū)域的地質(zhì)情況。

（1）地質(zhì)特征。該工程所在地區(qū)為三角洲沖積平原，攔河閘建基面高程3.1 m，開挖深度1～3 m。建基面是第四系深厚沖積層，為中粗砂，厚度1～2 m；下部為淤泥質(zhì)軟土層，埋深約20 m。最下層是第四系海陸交互相堆積層，土質(zhì)比較均勻，并且具有較好的粘性。

（2）地質(zhì)條件給工程帶來(lái)的負(fù)面影響。不同的結(jié)構(gòu)層具有不同的特點(diǎn)，同時(shí)存在著不足之處，給工程建設(shè)帶來(lái)不利影響。就中粗砂來(lái)說(shuō)，它容易造成閘基滲漏和繞閘滲漏現(xiàn)象，在施工中需要采取相應(yīng)的措施以避免滲漏現(xiàn)象的發(fā)生，提高工程質(zhì)量。淤泥質(zhì)軟土層含水量過(guò)大、滲透性較差、壓縮性較高和強(qiáng)度較低，容易造成一系列的施工問(wèn)題，給工程建設(shè)帶來(lái)不利的影響。如，較大沉降變形、不均勻沉降等是該區(qū)域工程施工中比較常見的問(wèn)題。在施工中，如果出現(xiàn)這些情況，往往給基礎(chǔ)處理帶來(lái)嚴(yán)重的影響，需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，以避免沉降現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高地基處理的效果。此外，淤泥質(zhì)軟土層抗滑穩(wěn)定性較差，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何處理，是不能作為天然地基基礎(chǔ)的。因此，為了使其滿足施工要求，必須采取相應(yīng)的措施對(duì)其進(jìn)行處理，提高其抗滑穩(wěn)定性，使其滿足作為天然地基基礎(chǔ)的要求。

2.2 初步設(shè)計(jì)階段方案設(shè)計(jì)

（1）方案選擇。攔河閘基礎(chǔ)地基承載力不低于130 kPa，為了提高工程質(zhì)量，施工組通過(guò)全面仔細(xì)的研究，制定出不同的施工方案；同時(shí)，對(duì)比分析方案的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性，并考慮工程所應(yīng)該滿足的抗?jié)B、圍封要求，決定采用水泥攪拌樁復(fù)合地基方案。該方案的選用不僅適應(yīng)了基礎(chǔ)處理的具體需要，能夠滿足工程建設(shè)的要求，提高施工質(zhì)量，而且能夠加快施工速度，使工程建設(shè)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)完成并節(jié)約成本，提高工程效益。

（2）計(jì)算內(nèi)容和沉降量控制。水泥攪拌樁復(fù)合地基方案計(jì)算中參照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以更好地滿足施工的需要，提高工程質(zhì)量。具體計(jì)算內(nèi)容包括單樁豎向承載力特征值、復(fù)合地基承載力特征值、復(fù)合地基變形。為了確保計(jì)算的精準(zhǔn)度，必須對(duì)下臥層承載力進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)算，具體計(jì)算公式和參數(shù)取值源于相關(guān)規(guī)范。此外，對(duì)于攔河閘地基最大沉降量也要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行控制，要求最大沉降量不宜超過(guò)150 mm。

（3）最終方案確定。初步設(shè)計(jì)階段，最終方案確定如下：水泥攪拌樁Φ500@1 100 mm，呈正方形布置，平均設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)19 m，并且穿透淤泥和淤泥質(zhì)土層，其中最長(zhǎng)的樁長(zhǎng)為20 m。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到圍封樁的作用，該方案的置換率m=24.24%。經(jīng)計(jì)算，單樁豎向承載力特征值為97 kN，復(fù)合地基承載力特征值為145 kPa，復(fù)合地基沉降量為102 mm。通過(guò)計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)復(fù)合地基承載力、下臥層強(qiáng)度、沉降量取值合理，與相關(guān)規(guī)范要求相符合，證明該方案是切實(shí)可行的。

2.3 施工圖階段方案優(yōu)化

在該工程攔河閘基礎(chǔ)施工中，其顯著特點(diǎn)為面積大、施工任務(wù)多，需要處理的內(nèi)容較多。因此，在進(jìn)行方案優(yōu)化時(shí)，需要充分考慮工程建設(shè)的這方面特點(diǎn)，以更好地適應(yīng)施工的具體需要，提高工程建設(shè)質(zhì)量。通過(guò)計(jì)算得知，單樁豎向承載力特征值對(duì)復(fù)合地基承載力特征值的大小會(huì)產(chǎn)生影響，但決定因素是樁身材料強(qiáng)度。至于樁長(zhǎng)，它并不影響豎向承載力特征值，它能夠發(fā)揮的關(guān)鍵作用是控制攔河閘基礎(chǔ)的沉降。所以，為了降低工程建設(shè)成本、減少施工所耗費(fèi)的時(shí)間、促進(jìn)施工順利進(jìn)行，方案優(yōu)化時(shí)，在沉降滿足規(guī)范要求范圍之內(nèi)，以縮短樁長(zhǎng)為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到上述目的。

（1）方案一。第一，具體方案的設(shè)計(jì)。水泥攪拌樁Φ500@1 100 mm，采用正方形布置，平均設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為15 m。考慮到圍封樁作用，方案置換率m=24.24%，單樁豎向承載力特征值為97 kN，復(fù)合地基承載力特征值為145 kPa，復(fù)合地基的沉降量為161 mm。經(jīng)過(guò)計(jì)算，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求可以得知：復(fù)合地基承載力滿足相應(yīng)規(guī)范的要求，但是下臥層強(qiáng)度以及沉降量都不符合相關(guān)要求。這說(shuō)明此方案不符合施工要求，在施工中不能運(yùn)用。第二，對(duì)方案進(jìn)行分析。由計(jì)算方案一可知，淤泥質(zhì)軟土層地基承載力低，不能適應(yīng)施工需要。如水泥攪拌樁不能夠穿透到淤泥質(zhì)軟土層，為了滿足施工規(guī)范相關(guān)要求，必須改變這種強(qiáng)度較低的狀態(tài)。因此，只有加長(zhǎng)水泥攪拌樁長(zhǎng)度，提高土層承載力，使其不會(huì)發(fā)生較大的沉降，才可以符合相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。但是，考慮到下臥層強(qiáng)度都未能夠滿足相關(guān)要求，水泥攪拌樁必須穿透淤泥質(zhì)軟土層并且達(dá)到持力層，這樣才可以滿足下臥層強(qiáng)度的要求。

（2）方案二。第一，方案設(shè)計(jì)，考慮長(zhǎng)短樁交替布置方案。長(zhǎng)樁穿透淤泥質(zhì)軟土層到達(dá)持力層，使得下臥層強(qiáng)度能夠滿足要求。采用沉降量低于規(guī)范允許值的方式，對(duì)短樁長(zhǎng)度進(jìn)行控制，從而達(dá)到減少水泥攪拌樁工程量的目的。第二，方案分析。水泥攪拌樁Φ500@1 100 mm，采用正方形、長(zhǎng)短樁交替布置的布置方式，長(zhǎng)樁平均設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為19 m，短樁平均設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為15 m，方案上部的復(fù)合地基置換率為m=24.24%，下部的復(fù)合地基置換率為m=8.1%。其中，單樁豎向承載力特征值為97kN，復(fù)合地基承載力特征值為145 kPa，復(fù)合地基的沉降量為121 mm，都符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，這個(gè)方案是可以實(shí)施的，最終在實(shí)際工程實(shí)踐中運(yùn)用的正是這個(gè)方案。

2.4 方案比較分析

將初步設(shè)計(jì)階段和施工圖設(shè)計(jì)階段的處理方案進(jìn)行比價(jià)分析，見表1。設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)采取相應(yīng)的策略進(jìn)行優(yōu)化處理，攔河閘基礎(chǔ)處理不僅節(jié)約了工程造價(jià)，還大大減少了工作日，其中節(jié)約工程造價(jià)159.24萬(wàn)元、減少工時(shí)2 840工日。攔河閘基礎(chǔ)處理工程量大，面積比較寬，需要使用的時(shí)間長(zhǎng)，如果不采用優(yōu)化方案的方式，必然大大增加工程造價(jià)，延長(zhǎng)工程完成時(shí)間，對(duì)工程建設(shè)帶來(lái)多方面的不利影響。而通過(guò)對(duì)方案的優(yōu)化，不僅在一定程度上節(jié)約了攔河閘基礎(chǔ)處理的造價(jià)；而且，還大大地縮短了施工工期，為工程的后續(xù)施工爭(zhēng)取了工期。由于優(yōu)化了方案，后續(xù)工期就可以不用二期圍堰，有利于后續(xù)工程的施工，也間接地節(jié)約了二期圍堰的投資。

表1 攔河閘基礎(chǔ)水泥攪拌樁處理方案比較分析

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的分析可知，在上述橋閘重建工程中，由于采取相應(yīng)的策略，對(duì)基礎(chǔ)處理方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅使工程建設(shè)的周期得以縮短，還大大節(jié)約了投資，施工效果十分明顯。實(shí)踐表明，該方案的運(yùn)用是切實(shí)可行的，是成功的。此外，在深厚軟弱土層地基的處理與施工方面，該工程取得良好的效果，能夠?yàn)轭愃乒こ烫峁┙梃b與參考。尤其是在對(duì)其上面的建筑物基礎(chǔ)處理中，運(yùn)用水泥攪拌樁方案在將來(lái)的橋閘重建工程攔河閘基礎(chǔ)處理方面可以進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

[1]王禮瓶.金雞攔河閘重建工程右河床閘室樁基施工期水毀處理[J].水利工程設(shè)計(jì)，2009，（4）：25-27.

[2]林瑜.淺談攔河閘的外觀建筑設(shè)計(jì)[J].廣東水利水電，2002，（2）：57-58.

[3]林廣斌.淺析金雞攔河閘重建工程的環(huán)境保護(hù)與防治控制[J].廣西水利水電，2012，（4）：17-20.