水泥土攪拌樁復合地基在水閘設計中的應用

白 露，孔維艷

（山東省海河淮河小清河流域水利管理服務中心，山東 濟南 250100）

在魯北平原地區，建于河道上的攔河閘或河流入海口處的擋潮閘等，地基基礎多為松散或軟弱的沉積層，土層常常分布不均勻，土體的抗剪強度低，承載能力不足，壓縮性較大，使得基礎在上部荷載作用下產生過大的沉降量或沉降差，從而導致地基產生不均勻沉降，閘室底板和閘基土變形不協調，產生“脫空”現象。在水閘運行過程中，由于上下游水頭差的作用，閘基容易產生滲流、管涌破壞，閘室產生裂縫、沉降、傾斜等工程病險問題，嚴重影響水閘結構安全和正常使用。

因此，在軟土地基上修建水閘工程,地基處理是非常重要的。與其他地基處理方法對比，水泥土攪拌樁復合地基工程造價低，進場設備簡單，施工速度快，施工工藝較為成熟，在短時間內完成水下作業施工方面具有優勢。與此同時，水泥土攪拌樁復合地基適應變形能力好，在增大變形模量，提高地基承載力方面具有良好的工程性能，是一種較理想的地基處理技術，近年來在水閘工程中應用廣泛。

1 工程概況

陵縣三里河閘是篤馬河下游41+600處一座中型河道節制閘，承擔著汛期調節泄洪、防止內澇及沿岸灌溉用水任務。設計灌溉面積1 200 hm2，實際灌溉面積800 hm2，受益范圍為陵城區陵城鎮、神頭鎮、糜鎮3鎮。運行40多年來，在保證防洪安全、防止內澇和沿河鄉鎮農業灌溉中發揮了巨大作用，效益顯著。

2 工程任務及規模

2.1 工程任務

篤馬河三里河閘除險加固工程，為充分考慮利用河道兩岸連接設施，避免產生新增永久占地，設計采用原閘址（位于篤馬河樁號41+600）拆除改建，增設交通橋和場內路面硬化，增加監測、監控等安全設施。改建閘室軸線與河道中泓線正交。順河向閘室及上下游連接段中心線，與河道中心線重合。

工程建設運行后可充分發揮水閘汛期開閘泄洪、非汛期蓄水灌溉功能，保障區域防御洪澇災害的能力，保護和提高糧食綜合生產能力。

2.2 工程規模

篤馬河陵縣段河道治理已按照批復的《徒駭、馬頰河系防洪規劃報告》中“61年雨型”防洪、“64年雨型”排澇標準實施設計并施工，治理后達到了設計斷面標準。

根據《徒駭、馬頰河系防洪規劃》，三里河閘設計防洪標準為“61年雨型”，防洪流量為149.5 m3/s，相應閘上水位為17.1 m；排澇標準為“64年雨型”，排澇流量為97.5 m3/s，相應閘上水位為15.8 m；設計蓄水位15.6 m，設計蓄水量210萬m3，年調蓄水量630萬m3。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000），設計工程規模為中型。

3 閘室沉降計算

閘室設計采用整體式平底板鋼筋混凝土結構，底板長10 m，寬23.5 m，底板前、后趾處，地基最大、最小應力分別為Pmax=116.37 kPa，Pmin=77.68 kPa，平均應力為97 kPa。

根據地質勘察報告揭示，閘基地層分別為④層飽和黏土、⑤層細砂及⑥、⑦層壤土。依據《水工建筑物地基設計規范》（SLT792-2019）和《水閘設計規范》（SL265-2001），閘室的沉降量計算采用分層總和法，結合工程實際情況，基底以下各土層的壓縮模量選擇采用彈性模量經驗值進行沉降計算。計算深度取15 m，滿足規范對沉降計算深度的要求。

經計算，閘室最大沉降量為14.9 cm，滿足《水閘設計規范》（SL265-2016）中8.3.6條不宜超過15 cm的要求。但結合老閘病險情況，同時考慮與同類工程進行橫向對比，其沉降量偏大，設計采用地基處理措施減小沉降量。

4 閘室地基處理及沉降復核計算

4.1 病險情況

原閘在初建時，由于受當時經濟、技術等因素制約，軟基基礎未處理好，造成閘門底部出現淘空現象，后來已采取補救措施。水閘運行近四十年，地基產生不均勻沉降，閘底板裂縫，閘墩發生位移、沉降。根據閘址處工程地質實際情況和原閘病險情況分析，除險加固工程設計采用水泥土攪拌樁復合地基進行地基處理。

4.2 地基處理設計

1）水泥土攪拌樁。水泥土攪拌樁復合地基是在天然地基中，采用水泥、石灰等固化劑加固地基的地基處理技術，為半剛性樁復合地基。在工程項目建設中被廣泛應用于水閘、泵站、堤防等水利工程中。

2）水泥土攪拌樁布置。在三里河閘除險加固設計中，為保證閘室整體穩定，解決閘室不均勻系數偏大、沉降量大等工程問題，采用水泥土攪拌樁復合地基對閘基進行加固處理。

水泥土攪拌樁設計水泥摻量不小于15%，水泥土強度不小于1.80 MPa。基底采用樁徑0.5 m，樁間距1.5 m的水泥土攪拌樁基礎，正三角形布置，面積置換率10%。計算樁長8.0 m，樁底高程為-0.7 m。設計中基礎不設置褥墊層，樁頂進入混凝土墊層內100 mm。

3）地基承載力驗算。根據承載力公式進行計算，水泥土攪拌樁單樁承載力為82.47 kN，復合地基承載力特征值為126.41 kPa，承載力滿足規范要求。

4）沉降復核計算。經試驗計算，閘室地基平均應力為97 kPa。根據《水工建筑物地基設計規范》（SLT792-2019）和《水閘設計規范》（SL265-2001）的要求，復合地基沉降計算經驗系數采取0.78，復合土層的壓縮模量采用《水工建筑物地基設計規范》（SLT792-2019）中的公式（2-5）計算，得到④、⑤、⑥、⑦層復合土層的壓縮模量分別為：46 MPa、55 MPa、55 MPa、55 MPa。經計算閘室復合地基最終沉降量10.9 cm。通過對比分析，采用水泥土攪拌樁復合地基，閘室沉降量得到了明顯改善。

5 結論

目前，復合地基在地基處理方法中的應用越來越多，特別是水泥土攪拌樁作為一種加固軟土地基的地基處理技術，在解決地基承載力不足、沉降變形大等問題中效果良好。同時它是一種半剛性樁復合地基，相比于柔性樁復合地基和剛性樁復合地基具有一定的自身優勢，可以有效的保證基礎底板與土體的接觸，避免底板脫空，造成滲流或管涌破壞，與此同時，還可以有效避免結構邊緣處產生沉降差等。因此，值得在中小型水利工程中大力推廣應用。