营子闸软土地基处理方案优选

2017-04-01李倩雯李利红吴建伟

山东水利 2017年1期

关键词：翼墙营子腐蚀性

李倩雯，李利红，吴建伟

（山东省水利勘测设计院，山东济南 250014）

营子闸软土地基处理方案优选

李倩雯，李利红，吴建伟

（山东省水利勘测设计院，山东济南 250014）

近年来，水利工程中广泛采用水泥土搅拌法进行软土地基处理，节省工程费用，取得了较好的效果，但在化学腐蚀性环境中，其适用性和耐久性有待现场试验进一步考证。本文通过营子闸地基处理案例进行了分析和探讨。

水闸；化学腐蚀性环境；软土地基处理

营子拦河闸位于济南市商河县白桥乡小营子村东，处于徒骇河中下游，控制流域面积8542km2，是一座具有蓄水、灌溉及调节洪涝水综合利用的大（2）型河道拦蓄工程。该闸1971年8月建成，2013年5月经水利部建设管理与质量安全中心的核查，评定为四类闸。

除险加固前该闸共17孔，每孔净宽5.8m，闸墩厚0.8m，闸室分离式结构，钢筋砼灌注桩基础。设计洪水标准“61年雨型”，洪水流量1190.0m3/s；排涝标准为“64年雨型”，排涝流量780.0m3/s。设计蓄水量2020万m3，实际灌溉面积2万hm2。

除险加固采用拆除老闸在原闸址重建新闸方案。水闸共设9孔，单孔净宽12.0m，闸墩厚1.5 m，闸室采用钢筋砼分离式结构。设计洪水标准50年一遇，设计洪水流量1231.0m3/s，校核洪水标准100年一遇，校核洪水流量1441.0m3/s；排涝标准、排涝流量同除险加固前一致。工程合理使用年限为50年。营子闸主要建筑物级别2级。地震设计烈度为6度。

1 地层岩性及水文地质条件

该闸勘探深度范围内揭露地层均为第四系松散堆积层，主要为第四系全新统冲积堆积的砂壤土、壤土、黏土、粉细砂及第四系上更新统冲积洪积堆积的黏土、砂壤土等。地层结构呈现上部地基松软下部地基较硬的特征。②层黏土、②-1层砂壤土（呈松散状态，透镜体状分布），两层层厚共约7m，其压缩模量为4MPa，具高压缩性土特性，标贯击数4～5左右，具软土特征，且不冲流速较小，地基抗冲刷能力较差，不宜作为建筑物天然地基持力层。

据水质分析成果，场区地下水化学类型为Cl－SO4—Na型，其Cl-含量493.0mg/L，SO42-含量591.9mg/L，Na+含量306.0mg/L，侵蚀性CO2含量9.3mg/L，pH值7.34。场区地下水对混凝土具硫酸盐性中等腐蚀，对混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。场区河水化学类型为SO4－Cl—Na型，其Cl-含量302.4mg/L，SO42-含量416.7mg/L，Na+含量208.7mg/L，侵蚀性CO2含量18.6mg/L，pH值7.71。场区河水对混凝土具硫酸盐性中等腐蚀、碳酸性弱腐蚀，对混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。

2 稳定计算成果

选取闸室上游翼墙为计算单元。计算工况三种：施工完建情况、正常运用情况、洪水情况。三种工况下的上游翼墙稳定计算成果见表1。

翼墙底板开挖底高程为7.99m，左岸基底位于②层黏土上，右岸基底位于②层黏土、②-1层砂壤土上。②层黏土土质不均，具中等~高压缩性；②-1层砂壤土呈松散状态，厚度较小，具中等压缩性，均为第四系新近沉积，地基承载力特征值均为100kPa。

由表1稳定计算成果显示，施工完建情况抗滑稳定安全系数小于允许值，三种工况基底应力平均值均大于地基承载力特征值，且最大值大于1.2倍地基承载力特征值。不满足《水闸设计规范》要求，需要进行地基处理。

表1 上游悬臂式翼墙稳定计算成果表

3 地基处理方案比较

水利工程软土地基加固处理措施较多，结合本工程实际情况，选取以下两种方法进行方案比选。

3.1 钢筋混凝土灌注桩方案

3.1.1 方案设计

采用摩擦型钢筋混凝土灌注桩，桩的根数和尺寸按承担底板底面以上全部荷载确定，桩群平面布置形心与底板底面以上基本荷载组合的合力作用点接近，单桩竖向荷载最大值与最小值之比小于规范允许值，桩顶不可恢复的水平位移值控制不超过0.5cm。经计算，上游翼墙钢筋混凝土灌注桩桩径采用0.8m，翼墙圆弧段布置53根，桩长17.0m，桩间距2.4m，交错布置；翼墙垂直段布置12根，桩长17.0m，矩形布置桩间距2.9m、2.6m。

3.1.2 方案特点

1）钢筋混凝土灌注桩在提高承载力、减少沉降量方面作用显著。通过计算分析，采用钢筋混凝土灌注桩地基总沉降量为23.1mm，采用水泥土搅拌桩复合地基总沉降量为82.0mm。钢筋混凝土灌注桩桩基沉降量只有水泥土搅拌桩复合地基沉降量的1/3。

2）在腐蚀环境中，钢筋混凝土灌注桩体耐久性比水泥土搅拌桩体好。

3）建筑物基础是工程安全性的重点和关键点，不具有可修复性，出现问题处理起来难度大，很难达到理想程度，采用钢筋混凝土灌注桩保证率可靠度高。

4）上游翼墙钢筋混凝土灌注桩工程费用101.2万元，高于水泥土搅拌法复合地基费用。

3.2 水泥土搅拌桩复合地基方案

3.2.1 方案设计

水泥土搅拌桩长度应满足上部结构对地基承载力和变形的要求，并穿透软弱土层到达地基承载力相对较高土层。桩平面布置根据上部结构特点及地基承载力和变形要求，采用等边三角形布桩。经计算，水泥土搅拌桩桩径采用0.6m，桩间距1.0m，等边三角形布置，桩长17.0m，上游翼墙单侧共布设470根桩。翼墙底板下设水泥土褥垫层厚0.3m。

3.2.2 方案特点

1）水泥土搅拌桩利用水泥为固化剂，通过搅拌机械，就地将地基土和固化剂强制搅拌，形成水泥土桩体，由于固化剂与土之间产生一系列物理化学反应，使水泥土桩体具有一定强度，水泥土桩体与桩间土一起组成具有整体性、水稳性和一定强度的复合地基，从而提高地基土的强度和增大变形模量，以满足工程需要。

2）原营子拦河闸地面以下基础采用钢筋混凝土灌注桩，桩径1.0m，桩长13.7m，灌注桩平面布置不详。在原闸址重新建设新闸，原地基中的钢筋混凝土灌注桩可能影响新闸基础处理，若采用水泥搅拌法复合地基不能达到有效设计效果。

3）水泥搅拌桩费用82.3万元，低于钢筋混凝土灌注桩费用。