棗莊市裴橋節制閘地基處理工程設計

唐茂剛，劉浩然

（1.棗莊智信水利有限公司，山東 棗莊 277000；2.水發設計集團有限公司，山東 濟南 250000）

棗莊市裴橋節制閘（以下簡稱節制閘）位于嶧城區大沙河上，設計閘后附橋。節制閘設計為6孔，孔口尺寸為10.0m×6.1m，攔蓄水量為199.9萬m3，最高擋水位51.20m，閘底板高程45.30m，底板厚1.70m。

1 閘址地形地貌

節制閘位于中低山丘陵區，區內地形起伏較大，河谷、沖溝較發育，節制閘所處的嶧城區大沙河為低山丘陵地貌中的山區河流。節制閘閘址處河谷左側緊鄰壇山西腳，地勢由河岸向外逐漸增高，地面高程52.60～53.90m；河谷右側為山間剝蝕堆積臺地，地勢較平緩，地面高程50.12～52.46m；河谷寬約95.0m，為不對稱型河谷，其中主河床緊靠右岸，寬約60.0m，河底高程44.47～45.30m，左岸漫灘寬約35.0m，地貌高程46.02～48.29m。勘探期間閘址區地下水位45.67m。

2 閘址構造穩定性分析

節制閘場區位于魯西中臺隆（Ⅱ2）、魯西拱斷束（Ⅲ8）、尼山穹斷束（Ⅳ27）南端的韓莊～四戶凹陷內，距場區較近主要構造有沂沭斷裂帶、嶧山斷裂、嶧城斷裂。

1）沂沭斷裂帶是我國東部地區的深大斷裂，處于郯廬斷裂帶的中段，南起郯城，北入渤海，縱貫山東中部，是魯東和魯西地層的分界線，控制著區域地質構造，具長期活動、繼承性活動、晚近期活動等特征，是一條巨型新華夏系斷裂帶，主要有四條主干斷裂組成，其中鄌郚——葛溝斷裂是沂沭斷裂帶深大斷裂之一，位于該斷裂束的最西側，距閘址約45km。

2）嶧山斷裂北起肥城，經代陽、罡城、曲阜、界河、官橋至微山湖，長約180km，走向不穩定，呈鋸齒狀分布，總體走向NW350°，擺動范圍從NW330°～NE25°傾向 W，傾角 76°～86°。該斷裂大部分被第四系地層所覆蓋，斷面破碎強烈且寬大，斷層角礫較疏松，涌水量大，抽水試驗證實斷裂面貫通性好，表明為張性斷裂。該斷裂距閘址區約55km。

3）嶧城斷裂西起薛城西南，經嶧縣，東至蘭陵南，長約 67km，走向 E90°～SE100°，傾向 S，北側多為泰山群、土門群與寒武系，南側為寒武～奧陶系、下第三系官莊組，產狀穩定，延伸遠，為正斷裂。該斷裂位于閘址北約3.0km。

《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015）表明工程區地震動峰值加速度為0.10g，相應于地震基本烈度Ⅶ度。

節制閘場區區域構造穩定性主要受沂沭斷裂帶控制，根據區域地震活動的時間分布特征分析，未來100年內，將處在地震周期圖的谷值階段，基本位于較穩定地塊。近場區8km范圍內沒有全新世活動斷層，區域構造穩定性分級屬穩定性較好區，場地適宜節制閘建設。

3 閘址地層巖性特征及分布規律

節制閘閘址區勘探深度內揭示地層主要為第四系全新統沖洪積堆積的壤土、上更新統沖洪積堆積的含細粒土粗砂，下伏基巖為古生界寒武系下統饅頭組石灰巖。

1）層壤土（Q4al+pl）：灰黃色、銹黃色，硬塑，含姜石3～5%，粒徑 φ0.3～3.0cm，局部姜石聚集成團窩；管狀孔隙發育，空間分布不均，孔隙直徑0.2～1.0mm；大部分地段土體具蒜瓣狀結構。該層分布于兩岸地表，厚度0.50～5.50m，層底高程44.87～46.30m。標準貫入擊數N63.5一般為4～6擊，平均值5擊；壓縮系數a1-2平均值為0.163MPa-1，壓縮模量ES平均值為10.8MPa，具中等壓縮性。

2）層含細粒土粗砂（Q3al+pl）：灰褐色、黃褐色，飽和，松散～稍密，砂質不純，細粒土含量6.5～10.3%，級配良好，含礫石、卵石約20～25%，直徑2～10mm。該層主要在河道內揭露，厚度差別較大，局部夾壤土透鏡體，層厚2.50～4.10m，層底高程40.37～42.97m。該層標準貫入擊數N63.5一般為6～14擊，松散～稍密狀態，小值平均值6擊，滲透系數為0.04cm/s，具強透水性。

2-1層壤土（Q3al+pl）：黃褐色，硬塑，粉粒含量較高，見鐵錳質條紋。該層呈透鏡體狀分布于②層含細粒土粗砂層中，厚度0.90～1.10m，層底高程42.07～43.97m。標準貫入擊數N63.5為7擊。

3）石灰巖（∈1m）：灰白色、青灰色，巖芯呈柱狀，柱長10～120cm，巖體呈厚層～巨厚層狀，塊狀構造，結構致密，喀斯特及裂隙發育，分布無規律，溶蝕現象明顯，并充填泥質物。PS1鉆孔1.90～2.30m、PS2鉆孔 6.60～9.80m發育為溶洞，PS2鉆孔2.50～3.10m發育為高角度裂隙，溶洞和裂隙內均充填黏土。根據壓水試驗資料，石灰巖巖體透水率24.33～61.33Lu，具中等透水性。該層勘探深度內未揭穿，控制厚度7.10～10.00m，控制底高程31.87～35.87m。石灰巖巖層產狀 NE5°∠20°。

4 閘址工程地質評價

1）節制閘設計底板位于含細粒土粗砂和石灰巖上部，閘基座于兩種巖土層之上，且工程地質性質差別較大，地基承載力、摩擦系數、抗剪強度均不同，易產生不均勻沉降，且含細粒土粗砂為強透水層，易產生滲透破壞，影響閘基穩定。

石灰巖為較堅硬巖石，巖體較完整，力學強度高，可作為地基持力層，但巖溶較發育。

2）閘基揭露石灰巖巖體透水率為24.33～61.33Lu，具中等透水性，存在閘基滲漏且基巖裂隙水揚壓力，對閘基頂托，不利于閘基穩定。

3）閘基含細粒土粗砂滲透穩定性差，滲透變形型式為管涌。在出口無保護條件下，其允許滲流坡降水平段采用0.13，出口段采用0.40。

4）河道上部揭露的含細粒土粗砂抗沖刷能力差，易被河水沖刷掏蝕，不宜作為閘后橋墩的天然地基。

綜上分析，節制閘及閘后交通橋基礎不宜采用天然地基，應采取工程處理措施。

5 閘址地基處理設計

1）清除節制閘基礎下含細粒土粗砂，使基礎全部座于石灰巖上，石灰巖地基承載力特征值建議3000kPa，滿足上部荷載要求。石灰巖與混凝土間的摩擦系數建議值0.65，混凝土與巖體的抗剪斷強度建議值 f′=1.10，C′=0.95MPa，閘基滿足抗滑穩定要求。

2）石灰巖巖溶較發育，具中等透水性，存在閘基滲漏及地下水對閘基頂托，采取對閘基巖石灌漿處理措施。經灌漿處理，減小閘基滲漏量，滲透穩定滿足要求。

3）閘基下含細粒土粗砂滲透穩定性差，全部清除。

4）閘后交通橋動荷載較大，清除河道上部含細粒土粗砂層，使基礎座于石灰巖上；亦可采用嵌巖樁基礎，樁端置于石灰巖上，石灰巖飽和單軸抗壓強度標準值50.0MPa。

5）勘探期間閘址區地下水位45.67m，地下水位較高，基坑開挖需采取降水措施。采用上下游設置圍堰，封堵河道地表水；在基坑周邊布置10眼降水井，并做好反濾，通過降水井把地下水位降低至基礎開挖地面下不少于1m。

通過上述工程措施，節制閘工程地質處理設計方案經濟、合理、可行。