小洪河閘施工過程中地基處理方案的優化

（安徽省亳州市水利工程隊 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大王村和魏崗鎮崔莊村交界處的小洪河上，設計排澇標準10年一遇，設計排澇流量591.9m3/s；設計泄洪標準20年一遇，設計泄洪流量728.30m3/s。小洪河閘為中型水閘，其主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。小洪河閘設計共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構，3孔一聯，共3聯。閘室底板頂高程31.0m，底板厚1.5m。

根據初步設計階段地質勘察成果，勘探深度范圍內分布的地層有7層，即:第（1）層為淤泥質土；第（2）層為輕粉質壤土；第（3）層為粉質粘土；第（4）層為粉質粘土；第（5）層為重粉質砂壤土；第（6）層為粉砂；第（7）層為粉質粘土。上部（1）～（2）層為第四紀新近淤積及沖積層，（3）～（7）層為第四紀晚更新世沖積層。閘基持力層位于第（1）層淤泥質土層，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基礎淤泥質土層分布較均勻，消力池末端淤泥質土層最后達8.5m。

初設階段對小洪河閘基礎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 地基處理方案優化

該工程于2016年4月28日開始圍堰填筑，2016年5月9日圍堰合攏開始排水，2016年5月30日開始基坑開挖，基坑開挖后發現主河槽范圍閘室下部淤泥質土深度開挖4m深后仍未見底，鑒于開挖地質成果與初設存在較大出入，決定在原有鉆孔基礎上，進行補充地質勘察工作。

補充地質鉆孔表明，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，總體呈現為漏斗形分布，及兩側靠近岸邊范圍淤泥質土層較薄，厚約2～3m，兩側向主河槽方向淤泥質土層逐漸加厚，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）混凝土灌注樁基礎具有結構可靠的優點，但是工程造價費用較高，對基礎施工平臺要求很高，施工工期較長。而且由于淤泥較厚，難以提供較大的水平抗力，導致樁徑較大、樁數較多，工程投資大。另外，采用灌注樁基礎后，閘室沉降量很小，但底板下淤泥由于自身固結而產生沉降，容易造成底板下脫空。對于此等規模的工程不夠經濟。

（2）換填水泥土需挖除基礎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。從經濟性角度考慮，換填土的深度一般不超過3m。該工程閘室底部最大淤泥質土深度達9m，如全部挖出換填方案需要大量粘性土，需要布設取土區，棄土和取土均需新增征地，且換填深度太大，施工難度較大，雖然施工工藝簡單，但是在設計建基面高程下開挖如此大的深坑再進行回填操作，難度大，投資高。

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

鑒于該工程軟弱地基呈漏斗形分布的特點，最終選擇水泥土攪拌樁復合地基結合換填水泥土的地基處理方式。具體做法是將河道兩側淤泥層厚度較小區域劃分為可實施換填的區域，此部分的工程主要內容包括岸墻、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合地基處理。

2.2 水泥土攪拌樁的設計

根據《建筑地基處理技術規范》進行計算。

2.2.1 水泥土攪拌樁單樁豎向承載力計算

水泥攪拌樁的單樁豎向承載力特征值Ra按《建筑地基處理技術規范》的下列兩式計算，并取其中的較小值。

式中:fcu—水泥土試塊的無側限抗壓強度平均值，參考類似工程，取為2.2 MPa；

η—樁身強度折減系數，取0.3；

qsi—樁周第i層土的側阻力特征值；

Ap—樁的截面積（m）；

up—樁周長（m）；

li—樁長范圍內第i層土的厚度（m）；

qp—樁端天然地基土未經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，取0.5。

2.2.2 復合地基承載力計算

根據《建筑地基處理技術規范》的規定，復合地基的承載力標準值fspk由下式計算:

式中:m—面積置換率；

β—樁間土承載力折減系數，取0.45；

fsk—樁間天然地基土承載力特征值（kPa）。

經計算，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算其沉降值，閘室應采用復合地基計算其沉降值。

表1 地基沉降計算成果表

表2 單樁復合地基靜載試驗概況表

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

hi—基礎底面以下第i層土的厚度（mm）；

s—地基最終沉降量（mm）。

地基壓縮層計算深度按下式計算:

式中:σ'y—地基計算層面處土的自重應力（kN/m2）；

σ"y—地基計算層面處土的附加應力（kN/m2）。

閘室地基沉降分兩部分:攪拌樁復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計算方法同岸、翼墻沉降計算。根據《建筑地基處理技術規范》攪拌樁復合土層的平均壓縮變形s1可按下式計算:

式中:pz—攪拌樁復合土層頂面的附加壓力值（kPa）；

pzl—攪拌樁復合土層底面的附加壓力值（kPa）；

Esp—攪拌樁復合土層的壓縮模量（kPa）；

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

Es—樁間土的壓縮模量（kPa）。

建筑物地基沉降計算成果見表1。從表1可知，建筑物最大沉降量68mm，最大沉降差14.5mm。基礎的沉降量和沉降差滿足規范要求。

4 工程實施

地基處理優化方案確定后，施工單位迅速組織施工力量，在得到試驗樁數據后，從上下游分別開設兩個工作面同時推進。水泥土攪拌樁均呈梅花型布置。攪拌樁施工完成后，建設單位安排第三方進行了檢測，閘室段對單樁復合地基承載力進行了靜載試驗，均滿足設計要求（見表2）。目前該工程已順利完工。

5 小結

水利工程地基情況復雜，前期地質勘探無法全面精準描述地質全貌。該工程基礎處理的變更起因于地質調查不明，揭示了設計前期的勘探工作對于項目順利實施的重要性，也表明了施工詳勘的必要性。針對漏斗形軟弱地基，根據軟弱層厚度分布特性，應合理選擇地基處理方式。該工程實踐證明，采用水泥攪拌樁復合地基結合換填水泥土的處理方式，可以取得預期良好的工程效果，且節約成本投入，保證施工質量和進度，實施時應注意復核不同地基處理范圍之間建筑物沉降值及沉降差■