小洪河閘施工過(guò)程中地基處理方案的優(yōu)化

（安徽省亳州市水利工程隊(duì) 亳州 236800）

1 工程概況

新建小洪河閘位于安徽省亳州市華佗鎮(zhèn)大王村和魏崗鎮(zhèn)崔莊村交界處的小洪河上，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)10年一遇，設(shè)計(jì)排澇流量591.9m3/s；設(shè)計(jì)泄洪標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，設(shè)計(jì)泄洪流量728.30m3/s。小洪河閘為中型水閘，其主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)。小洪河閘設(shè)計(jì)共9孔，單孔凈寬7.5m，總凈寬67.5m。閘室采用鋼筋混凝土筏式結(jié)構(gòu)，3孔一聯(lián)，共3聯(lián)。閘室底板頂高程31.0m，底板厚1.5m。

根據(jù)初步設(shè)計(jì)階段地質(zhì)勘察成果，勘探深度范圍內(nèi)分布的地層有7層，即:第（1）層為淤泥質(zhì)土；第（2）層為輕粉質(zhì)壤土；第（3）層為粉質(zhì)粘土；第（4）層為粉質(zhì)粘土；第（5）層為重粉質(zhì)砂壤土；第（6）層為粉砂；第（7）層為粉質(zhì)粘土。上部（1）～（2）層為第四紀(jì)新近淤積及沖積層，（3）～（7）層為第四紀(jì)晚更新世沖積層。閘基持力層位于第（1）層淤泥質(zhì)土層，該層不均勻，層底高程為22.17～32.97m，平均高程為29.33m，層厚為0.60～8.50m，平均厚度為2.78m。地勘資料表明，閘室及岸翼墻范圍內(nèi)基礎(chǔ)淤泥質(zhì)土層分布較均勻，消力池末端淤泥質(zhì)土層最后達(dá)8.5m。

初設(shè)階段對(duì)小洪河閘基礎(chǔ)采用換填水泥土的地基處理方案，閘室、岸墻換填深度3.5～4.0m，翼墻換填深度2.5m。

2 地基處理方案優(yōu)化

該工程于2016年4月28日開(kāi)始圍堰填筑，2016年5月9日圍堰合攏開(kāi)始排水，2016年5月30日開(kāi)始基坑開(kāi)挖，基坑開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)主河槽范圍閘室下部淤泥質(zhì)土深度開(kāi)挖4m深后仍未見(jiàn)底，鑒于開(kāi)挖地質(zhì)成果與初設(shè)存在較大出入，決定在原有鉆孔基礎(chǔ)上，進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘察工作。

補(bǔ)充地質(zhì)鉆孔表明，淤泥土層沿水流方向分布較為均勻，但沿垂直水流向分布不均勻，總體呈現(xiàn)為漏斗形分布，及兩側(cè)靠近岸邊范圍淤泥質(zhì)土層較薄，厚約2～3m，兩側(cè)向主河槽方向淤泥質(zhì)土層逐漸加厚，揭露河槽部位的淤泥土深度最大為9m左右。

2.1 軟弱地基處理方式

（1）混凝土灌注樁基礎(chǔ)具有結(jié)構(gòu)可靠的優(yōu)點(diǎn)，但是工程造價(jià)費(fèi)用較高，對(duì)基礎(chǔ)施工平臺(tái)要求很高，施工工期較長(zhǎng)。而且由于淤泥較厚，難以提供較大的水平抗力，導(dǎo)致樁徑較大、樁數(shù)較多，工程投資大。另外，采用灌注樁基礎(chǔ)后，閘室沉降量很小，但底板下淤泥由于自身固結(jié)而產(chǎn)生沉降，容易造成底板下脫空。對(duì)于此等規(guī)模的工程不夠經(jīng)濟(jì)。

（2）換填水泥土需挖除基礎(chǔ)底面的軟弱土層或不均勻土層，換填摻入一定比例水泥的土料。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，換填土的深度一般不超過(guò)3m。該工程閘室底部最大淤泥質(zhì)土深度達(dá)9m，如全部挖出換填方案需要大量粘性土，需要布設(shè)取土區(qū)，棄土和取土均需新增征地，且換填深度太大，施工難度較大，雖然施工工藝簡(jiǎn)單，但是在設(shè)計(jì)建基面高程下開(kāi)挖如此大的深坑再進(jìn)行回填操作，難度大，投資高。

（3）水泥土攪拌樁復(fù)合地基是以水泥作為固化劑的主要材料，通過(guò)深層攪拌機(jī)械，將固化劑和地基土強(qiáng)制攪拌形成豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基，處理深度可達(dá)20m。

鑒于該工程軟弱地基呈漏斗形分布的特點(diǎn)，最終選擇水泥土攪拌樁復(fù)合地基結(jié)合換填水泥土的地基處理方式。具體做法是將河道兩側(cè)淤泥層厚度較小區(qū)域劃分為可實(shí)施換填的區(qū)域，此部分的工程主要內(nèi)容包括岸墻、翼墻，仍采用換填水泥土的處理方式，換填深度約0.6～3.5m；對(duì)河道中部淤泥層厚度較大處的閘室段采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理。

2.2 水泥土攪拌樁的設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算。

2.2.1 水泥土攪拌樁單樁豎向承載力計(jì)算

水泥攪拌樁的單樁豎向承載力特征值Ra按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》的下列兩式計(jì)算，并取其中的較小值。

式中:fcu—水泥土試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值，參考類似工程，取為2.2 MPa；

η—樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.3；

qsi—樁周第i層土的側(cè)阻力特征值；

Ap—樁的截面積（m）；

up—樁周長(zhǎng)（m）；

li—樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度（m）；

qp—樁端天然地基土未經(jīng)修正的承載力特征值（kPa）；

α—樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，取0.5。

2.2.2 復(fù)合地基承載力計(jì)算

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值fspk由下式計(jì)算:

式中:m—面積置換率；

β—樁間土承載力折減系數(shù)，取0.45；

fsk—樁間天然地基土承載力特征值（kPa）。

經(jīng)計(jì)算，確定閘室段水泥土攪拌樁樁徑0.5m，樁中心距0.9m，單樁承載力110kN，復(fù)合地基承載力特征值150kPa。

3 沉降分析

由于岸墻和翼墻采用換填水泥土處理方式，閘室采用水泥土攪拌樁處理方式，需分析建筑物沉降的影響。岸墻和翼墻可采用多層地基計(jì)算其沉降值，閘室應(yīng)采用復(fù)合地基計(jì)算其沉降值。

表1 地基沉降計(jì)算成果表

表2 單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)概況表

式中:e1i、e2i—基礎(chǔ)底面以下第i層土在平均自重應(yīng)力及平均自重應(yīng)力加平均附加應(yīng)力作用下，由壓縮曲線查得的相應(yīng)孔隙比；

hi—基礎(chǔ)底面以下第i層土的厚度（mm）；

s—地基最終沉降量（mm）。

地基壓縮層計(jì)算深度按下式計(jì)算:

式中:σ'y—地基計(jì)算層面處土的自重應(yīng)力（kN/m2）；

σ"y—地基計(jì)算層面處土的附加應(yīng)力（kN/m2）。

閘室地基沉降分兩部分:攪拌樁復(fù)合土層的平均壓縮變形s1，樁端下未加固土層的壓縮變形s2。s2計(jì)算方法同岸、翼墻沉降計(jì)算。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》攪拌樁復(fù)合土層的平均壓縮變形s1可按下式計(jì)算:

式中:pz—攪拌樁復(fù)合土層頂面的附加壓力值（kPa）；

pzl—攪拌樁復(fù)合土層底面的附加壓力值（kPa）；

Esp—攪拌樁復(fù)合土層的壓縮模量（kPa）；

Ep—攪拌樁的壓縮模量，可取（100～120）fcu（kPa）。對(duì)樁較短或樁身強(qiáng)度較低者可取低值，反之可取高值；

Es—樁間土的壓縮模量（kPa）。

建筑物地基沉降計(jì)算成果見(jiàn)表1。從表1可知，建筑物最大沉降量68mm，最大沉降差14.5mm。基礎(chǔ)的沉降量和沉降差滿足規(guī)范要求。

4 工程實(shí)施

地基處理優(yōu)化方案確定后，施工單位迅速組織施工力量，在得到試驗(yàn)樁數(shù)據(jù)后，從上下游分別開(kāi)設(shè)兩個(gè)工作面同時(shí)推進(jìn)。水泥土攪拌樁均呈梅花型布置。攪拌樁施工完成后，建設(shè)單位安排第三方進(jìn)行了檢測(cè)，閘室段對(duì)單樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，均滿足設(shè)計(jì)要求（見(jiàn)表2）。目前該工程已順利完工。

5 小結(jié)

水利工程地基情況復(fù)雜，前期地質(zhì)勘探無(wú)法全面精準(zhǔn)描述地質(zhì)全貌。該工程基礎(chǔ)處理的變更起因于地質(zhì)調(diào)查不明，揭示了設(shè)計(jì)前期的勘探工作對(duì)于項(xiàng)目順利實(shí)施的重要性，也表明了施工詳勘的必要性。針對(duì)漏斗形軟弱地基，根據(jù)軟弱層厚度分布特性，應(yīng)合理選擇地基處理方式。該工程實(shí)踐證明，采用水泥攪拌樁復(fù)合地基結(jié)合換填水泥土的處理方式，可以取得預(yù)期良好的工程效果，且節(jié)約成本投入，保證施工質(zhì)量和進(jìn)度，實(shí)施時(shí)應(yīng)注意復(fù)核不同地基處理范圍之間建筑物沉降值及沉降差■