馬踏石閘除險加固工程水閘地基處理技術

秦靜

（浙江中禹工程技術有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概況

馬踏石閘位于長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。在對其進行現場調查之后發現，馬踏石閘處于帶病運行狀態，多處部位存在嚴重破損，需進行除險加固，并對各部位地基進行處理，以此發揮馬踏石閘的整體效益。

拆除重建后的馬踏石閘工程規模為5孔×7 m，閘底板高程8.70 m，設計過水流量667 m3/s，20年一遇設計排洪水位迎湖側為15.92 m、迎河側為15.62 m，水閘工程級別為3級。

2 場地地質條件與主要物理力學參數指標

根據鉆探揭露，此場地地層自上而下簡述如下：①層人工填土（）呈灰黃色，稍濕～濕，松散～稍密；②層淤泥質粉質黏土（）呈灰～深灰色，很濕，軟塑，光澤反應稍有光澤，干強度及韌性中等，搖震反應無，含少量腐殖質；②1層粉質黏土（）為②層淤泥質粉質黏土的夾層，呈透鏡體狀分布，灰色，濕，軟～可塑；②2層粉砂（）為②層淤泥質粉質黏土的夾層，呈透鏡體狀分布，灰色、灰黃色，飽和，松散；③強風化砂巖（E1w）呈青灰色，砂質結構，薄～中厚層狀構造；④中風化砂巖（E1w）呈青灰色，砂質結構，薄～中厚層狀構造。

根據野外鉆探、土工試驗成果、《各層巖土物理力學指標統計表》，參考規范，提出主要力學參數指標建議值見表1。

表1 馬踏石閘除險加固工程水閘地基土主要力學參數指標建議值表

3 天然地基條件下結構穩定計算

馬踏石閘除險加固工程各部位在天然地基條件下的穩定和沉降情況如下：①閘室抗滑穩定滿足相關規范要求。②閘室（左岸段）基底應力及應力比不滿足規范要求，需進行地基處理。③天然土質地基水閘最大沉降量不宜超過15 cm，且相鄰部位沉降差不宜超過5 cm。根據計算，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，應對地基進行基礎處理。④左岸翼墻基底最大壓應力大于地基允許承載力的1.20倍，應對左岸翼墻底部地基進行處理。⑤左岸抗旱站地基基礎為粉質黏土，經計算，基底應力不滿足規范要求，因此抗旱站基礎底部需要地基處理。

4 地基處理設計

軟土地基常用的處理方法有墊層法、沉井基礎、深層攪拌法等。水閘的樁基礎，最常用的有鋼筋混凝土預制樁和水泥攪拌樁，兩個方案在工程中廣泛運用，具體技術比較見表2。

表2 兩種樁基方案對比表

考慮到地基土沿兩岸方向分布極不均勻，故對于分縫左側閘室，此次設計采用水泥攪拌樁方案，右側閘室向下挖除0.50 m強風化砂巖層，以C20混凝土澆筑。

4.1 閘室樁基設計

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 樁基計算

根據《建筑地基處理技術規范》，水泥攪拌樁單樁承載力特征值初步設計時可按照式（1）計算：

式中：Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；up—樁的周長（m）；qsi—樁周第i層土的側阻力特征值（kPa）；lpi—樁長范圍內第i層土厚度（m）；αp—樁端阻力發揮系數，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足上式，還要滿足由樁身強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。由樁身強度確定的單樁承載力可按下式計算：

式中：fcu—與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊，邊長為70.70 mm 的立方體在標準養護條件下90 d 齡期的立方體抗壓強度平均值（kPa），取1 200 kPa；η—樁身強度折減系數，取0.25。Ap—樁的截面積（m2）。

由以上公式求得由樁身強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。水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值初設按下式計算：

式中：fspk—復合地基承載力特征值（kPa）；λ—單樁承載力發揮系數，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，取0.25；m—面積置換率；fsk—處理后的樁間土承載力系數，可取天然地基土承載力60 kPa；由上式計算的復合地基承載力特征值129.50 kPa。

根據計算結果可知，采用上述樁基布置方案進行地基處理后，閘室地基可滿足承載力要求。

4.1.3 沉降計算

當攪拌樁復合地基承受上部基礎傳遞來的垂直荷載后，所產生的垂直沉降S 包括樁土復合層本身的壓縮變形S1和樁土復合層底面以下天然地基土的沉降量S2，即S=S1+S2。經計算，對地基進行水泥攪拌法處理后，其沉降量可滿足規范要求。

4.2 左岸上、下游翼墻樁基設計

上游左岸翼墻基礎采用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48根。

下游左岸翼墻結構為C25鋼筋混凝土懸臂式擋墻，基礎采用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72根。

4.3 上、下游河道護岸地基處理

水閘下游左側河道護岸長度51 m，與翼墻銜接，下游左岸其基礎處理方式同下游左側翼墻，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93根。

4.4 管理房地基處理

水閘管理房位于水閘右側管理區內，管理房長9.50 m，寬8.50 m，為鋼筋混凝土框架結構。管理房基礎采用空箱結構，底板下挖除0.50 m強風化砂巖層，以C20混凝土澆筑。

4.5 抗旱站地基處理

考慮對基礎底面下3 m范圍的粉質黏土換填灰土，處理后即可滿足承載力要求。

5 結語

結合馬踏石閘地質情況與各部位地基情況調查，選擇水泥攪拌樁地基處理，符合規范，確保馬踏石閘正常運行。