營子閘軟土地基處理方案優選

李倩雯，李利紅，吳建偉

（山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014）

營子閘軟土地基處理方案優選

李倩雯，李利紅，吳建偉

（山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014）

近年來，水利工程中廣泛采用水泥土攪拌法進行軟土地基處理，節省工程費用，取得了較好的效果，但在化學腐蝕性環境中，其適用性和耐久性有待現場試驗進一步考證。本文通過營子閘地基處理案例進行了分析和探討。

水閘；化學腐蝕性環境；軟土地基處理

營子攔河閘位于濟南市商河縣白橋鄉小營子村東，處于徒駭河中下游，控制流域面積8542km2，是一座具有蓄水、灌溉及調節洪澇水綜合利用的大（2）型河道攔蓄工程。該閘1971年8月建成，2013年5月經水利部建設管理與質量安全中心的核查，評定為四類閘。

除險加固前該閘共17孔，每孔凈寬5.8m，閘墩厚0.8m，閘室分離式結構，鋼筋砼灌注樁基礎。設計洪水標準“61年雨型”，洪水流量1190.0m3/s；排澇標準為“64年雨型”，排澇流量780.0m3/s。設計蓄水量2020萬m3，實際灌溉面積2萬hm2。

除險加固采用拆除老閘在原閘址重建新閘方案。水閘共設9孔，單孔凈寬12.0m，閘墩厚1.5 m，閘室采用鋼筋砼分離式結構。設計洪水標準50年一遇，設計洪水流量1231.0m3/s，校核洪水標準100年一遇，校核洪水流量1441.0m3/s；排澇標準、排澇流量同除險加固前一致。工程合理使用年限為50年。營子閘主要建筑物級別2級。地震設計烈度為6度。

1 地層巖性及水文地質條件

該閘勘探深度范圍內揭露地層均為第四系松散堆積層，主要為第四系全新統沖積堆積的砂壤土、壤土、黏土、粉細砂及第四系上更新統沖積洪積堆積的黏土、砂壤土等。地層結構呈現上部地基松軟下部地基較硬的特征。②層黏土、②-1層砂壤土（呈松散狀態，透鏡體狀分布），兩層層厚共約7m，其壓縮模量為4MPa，具高壓縮性土特性，標貫擊數4～5左右，具軟土特征，且不沖流速較小，地基抗沖刷能力較差，不宜作為建筑物天然地基持力層。

據水質分析成果，場區地下水化學類型為Cl－SO4—Na型，其Cl-含量493.0mg/L，SO42-含量591.9mg/L，Na+含量306.0mg/L，侵蝕性CO2含量9.3mg/L，pH值7.34。場區地下水對混凝土具硫酸鹽性中等腐蝕，對混凝土結構中鋼筋具弱腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性。場區河水化學類型為SO4－Cl—Na型，其Cl-含量302.4mg/L，SO42-含量416.7mg/L，Na+含量208.7mg/L，侵蝕性CO2含量18.6mg/L，pH值7.71。場區河水對混凝土具硫酸鹽性中等腐蝕、碳酸性弱腐蝕，對混凝土結構中鋼筋具弱腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性。

2 穩定計算成果

選取閘室上游翼墻為計算單元。計算工況三種：施工完建情況、正常運用情況、洪水情況。三種工況下的上游翼墻穩定計算成果見表1。

翼墻底板開挖底高程為7.99m，左岸基底位于②層黏土上，右岸基底位于②層黏土、②-1層砂壤土上。②層黏土土質不均，具中等~高壓縮性；②-1層砂壤土呈松散狀態，厚度較小，具中等壓縮性，均為第四系新近沉積，地基承載力特征值均為100kPa。

由表1穩定計算成果顯示，施工完建情況抗滑穩定安全系數小于允許值，三種工況基底應力平均值均大于地基承載力特征值，且最大值大于1.2倍地基承載力特征值。不滿足《水閘設計規范》要求，需要進行地基處理。

表1 上游懸臂式翼墻穩定計算成果表

3 地基處理方案比較

水利工程軟土地基加固處理措施較多，結合本工程實際情況，選取以下兩種方法進行方案比選。

3.1 鋼筋混凝土灌注樁方案

3.1.1 方案設計

采用摩擦型鋼筋混凝土灌注樁，樁的根數和尺寸按承擔底板底面以上全部荷載確定，樁群平面布置形心與底板底面以上基本荷載組合的合力作用點接近，單樁豎向荷載最大值與最小值之比小于規范允許值，樁頂不可恢復的水平位移值控制不超過0.5cm。經計算，上游翼墻鋼筋混凝土灌注樁樁徑采用0.8m，翼墻圓弧段布置53根，樁長17.0m，樁間距2.4m，交錯布置；翼墻垂直段布置12根，樁長17.0m，矩形布置樁間距2.9m、2.6m。

3.1.2 方案特點

1）鋼筋混凝土灌注樁在提高承載力、減少沉降量方面作用顯著。通過計算分析，采用鋼筋混凝土灌注樁地基總沉降量為23.1mm，采用水泥土攪拌樁復合地基總沉降量為82.0mm。鋼筋混凝土灌注樁樁基沉降量只有水泥土攪拌樁復合地基沉降量的1/3。

2）在腐蝕環境中，鋼筋混凝土灌注樁體耐久性比水泥土攪拌樁體好。

3）建筑物基礎是工程安全性的重點和關鍵點，不具有可修復性，出現問題處理起來難度大，很難達到理想程度，采用鋼筋混凝土灌注樁保證率可靠度高。

4）上游翼墻鋼筋混凝土灌注樁工程費用101.2萬元，高于水泥土攪拌法復合地基費用。

3.2 水泥土攪拌樁復合地基方案

3.2.1 方案設計

水泥土攪拌樁長度應滿足上部結構對地基承載力和變形的要求，并穿透軟弱土層到達地基承載力相對較高土層。樁平面布置根據上部結構特點及地基承載力和變形要求，采用等邊三角形布樁。經計算，水泥土攪拌樁樁徑采用0.6m，樁間距1.0m，等邊三角形布置，樁長17.0m，上游翼墻單側共布設470根樁。翼墻底板下設水泥土褥墊層厚0.3m。

3.2.2 方案特點

1）水泥土攪拌樁利用水泥為固化劑，通過攪拌機械，就地將地基土和固化劑強制攪拌，形成水泥土樁體，由于固化劑與土之間產生一系列物理化學反應，使水泥土樁體具有一定強度，水泥土樁體與樁間土一起組成具有整體性、水穩性和一定強度的復合地基，從而提高地基土的強度和增大變形模量，以滿足工程需要。

2）原營子攔河閘地面以下基礎采用鋼筋混凝土灌注樁，樁徑1.0m，樁長13.7m，灌注樁平面布置不詳。在原閘址重新建設新閘，原地基中的鋼筋混凝土灌注樁可能影響新閘基礎處理，若采用水泥攪拌法復合地基不能達到有效設計效果。

3）水泥攪拌樁費用82.3萬元，低于鋼筋混凝土灌注樁費用。

4 地基處理方案選定

通過技術、經濟比較，水泥土攪拌樁具有投資省的優勢，但考慮到沒有工程區域水泥攪拌樁現場和室內試驗資料，在硫酸鹽腐蝕性環境中水泥土攪拌樁的耐久性不能確定；且存在原營子閘鋼筋混凝土灌注樁基礎留存地基中，其復合地基施工質量可靠性不能保證問題。因此，營子閘地基處理方案推薦采用鋼筋混凝土灌注樁基礎。

（責任編輯趙其芬）

TV551.3

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1009-6159（2017）-01-0003-02

2016-10-28

李倩雯（1963—），女，研究員