鄆城縣老趙王河王老虎閘地基處理與設計

孔 娜，陳玲玲，紀 瑤

（1.水發規劃設計有限公司，山東 濟南 250100；2.山東省水利勘測設計院有限公司，山東 濟南 250014；3.山東省海河淮河小清河流域水利管理服務中心，山東 濟南 250010）

王老虎閘位于菏澤市鄆城縣唐廟鎮王老虎村南，老趙王河中游，控制流域面積278 km2。王老虎閘始建于1976年10月，1977年10月竣工。該閘共7孔，閘孔凈寬2.8 m，設計標準為5年一遇除澇，自建成投入運行以來，在蓄水灌溉及改善生態環境方面發揮了很好的工程效益。由于該閘已運行40多年，工程老化嚴重，加之近10年來，由于工程維修資金緊缺，必要的維修無法進行，2019年10月，經水閘安全鑒定為四類閘。

除險加固方案為原址拆除重建，順水流方向依次布置上游防沖槽、護底、鋪蓋、閘室、消力池、海漫、下游防沖槽，總長96.0 m。閘室為開敞式鋼筋混凝土結構，共5孔，單孔凈寬6.0 m，設1個縫墩，采用3孔～2孔的兩聯布置方式。王老虎閘主要作用為灌溉及除澇，設計灌溉面積1.33萬hm2，工程規模為中型。設計除澇標準為5年一遇，設計洪水標準為20年一遇，相應過閘流量為229.1 m3/s，校核洪水標準為50年一遇，相應過閘流量為300.8 m3/s。

1 地質概況

工程區位于鄆城西南部，地貌單元為黃河沖積平原，在勘察深度范圍內，場地地層自上而下分為9層（含亞層），地層總體以砂壤土、粉砂為主。②、③層砂壤土顆粒中小于0.075的粒組含量超過75%，為少黏性土，其滲透變形形式為流土，地基存在滲透穩定問題。閘室開挖底高程為38.10 m，位于第②層砂壤土及②-1層黏土上，②層砂壤土及②-1層黏土承載力一般，且存在液化土層。

2 穩定計算成果

根據《水閘設計規范》（SL265-2016），對王老虎閘3孔邊聯和2孔邊聯閘室計算，各種工況下的基底應力和抗滑穩定安全系數，結果見表1。

表1 閘室穩定計算成果表

根據計算成果表，王老虎閘最大基底應力與最小基底應力之比滿足規范要求，抗滑穩定滿足規范要求；但是完建期基底應力平均值大于地基承載力，地基承載力強度不足，不能采用天然地基，需進行加固處理，以保障閘室安全。

3 地基處理設計

3.1 地基處理要點

根據閘址處地質情況及穩定計算成果，王老虎閘地基處理主要針對以下方面：

1）水閘地基承載力強度不足。完建期閘室平均基底應力大于地基允許承載力95 kPa，天然地基承載力不滿足設計要求，應進行地基處理，使承載力滿足設計要求。

2）水閘地基容易發生滲透變形。閘底板位于②層砂壤土上，滲透系數為7.87E-04 cm/s，允許水力比降水平段為0.15，出口段為0.40，地基存在滲透穩定問題，滲透變形形式為流土，在長期滲流作用下可使地基土體顆粒流失，導致地基變形甚至破壞，進而造成建筑物坍塌。

3）水閘地基有地震液化破壞的可能。閘址處地震動峰值加速度0.15 g，相應地震基本烈度為Ⅶ度，場地類型為Ⅲ類。②砂壤土、③砂壤土、⑤粉細砂為液化土層，在地震作用下土顆粒變得緊密，孔隙水壓力急劇降低并趨于零，最終使水閘沉降、傾斜甚至沉陷、傾倒。

3.2 地基處理方案選定

王老虎閘天然地基以砂壤土、粉細砂為主，且土層較厚。根據閘址處的地質狀況，擬采用“水泥土攪拌樁復合地基+防滲墻”處理方案。

3.3 水泥土深攪樁復合地基設計

影響水泥土攪拌樁復合地基承載力大小的因素主要有樁長、樁徑、水泥土強度、水泥摻量、面積置換率以及天然地基土的各層厚度等，本次設計工作中參照《水工建筑物地基處理設計規范》（SL/T792-2020），本工程按以下步驟確定各種設計參數。

1）確定樁長、樁徑、水泥土強度、水泥摻量。根據王老虎閘閘址處地質條件，上部第②～③層砂壤土地基承載力標準值為95～115 kPa，下部第④層壤土承載力標準值130 kPa，結合水閘上部荷載，初步擬定選擇④層壤土作為樁端持力層，有效樁長7.0 m，樁端深入④層壤土至少1.0 m。

樁徑：工程設計樁徑0.6 m。

水泥土強度：工程水泥土攪拌樁固化劑選用普通硅酸鹽水泥。

水泥摻量：水泥摻量一般宜為12%～20%，過低將達不到強度要求，過高則不經濟。結合本工程特點，設計水泥摻量采用15%。

2）水泥土攪拌樁單樁及復合地基承載力。根據《水工建筑物地基處理設計規范》（SL/T792-2020）要求，經計算，水泥土攪拌樁單樁承載力容許值為127.45 kPa；復合樁按間距1.5 m、正方形布樁，復合地基承載力容許值130 kPa，可滿足王老虎閘閘室承載力要求。

3.4 防滲墻設計

工程采用水泥土攪拌樁連續墻形成圍封，一是起到減輕液化的作用，二是能夠加固地基，提高地基承載力，三是具有截滲墻垂直防滲的功能。

設計樁徑為0.6 m，樁長為15 m，相鄰樁有效搭接長度為0.2 m，樁距為0.4 m，單排布置。布置范圍為王老虎閘室段底板內緣為界限進行圍封網格布置，網格橫向中心間距為6.3 m，縱向不分網格，單個圍封面積為90.72 m2。

4 結語

針對工程特點采取“水泥土攪拌樁復合地基+防滲墻”處理方案，可有效解決地基問題，且安全可靠、技術成熟、施工進度快。工程于2020年3月開工，2021年12月通過竣工驗收。本文以一座具體工程為實例，總結該工程天然地基存在的問題，提出針對性的處理方案，并對水泥土攪拌樁復合地基的設計提出完整詳細的設計流程，可作為類似工程地基處理設計的參考依據。