水闸护岸工程地基处理设计方案分析

王志国

(抚顺县水利事务服务中心，辽宁 抚顺 113006)

1 工程概况

抚顺市某水闸工程位于浑河一级支流入河口附近，主要包括3孔钢筋混凝土涵闸，中孔为通航孔，净宽12.0m，两侧设净宽4.5m景观人行孔。设计6m×6m×2扇的横拉钢体门作为船闸闸门，启闭机类型为双作用集成平推式，建设的充水橡胶滚水坝长35m，直径1.5m。为满足环境保护与工程管理要求，建设液压式启闭房、充排水泵房和管理用房，水闸主要建筑物为3级，工程防洪设计标准100a一遇。该水闸属于集调节景观水位、沟通、防洪、控制、景观休闲、生态园林、游船通航等功能于一体的综合性工程。

水闸左岸下游80.0m处设计水工护岸重力式挡土墙，施工材料为C25埋石混凝土，建成后与河道主槽衔接，临水侧护岸顶板、底板高程25.2m和16.0m。

该工程地处浑河一级支流上游，场地内地势较为平坦，结合室内土工试验、静力触探测试和现场钻土检测结果，勘察深度内自上而下的地质土层分布情况为：①人工填土，此类土体以黏性土为主要成分，土质松散呈灰褐色，微透水，力学性能及抗冲刷性一般；沿旧堤堤身填筑土多为淤泥质粉质黏土，稍湿，呈浅灰褐色且填筑时间较长。②淤泥质土，这类土体以黏粒土为主要成分，局部含有少量朽木、有机质、粉细砂及贝壳等物质，透水性为微透水，孔隙比大、压缩性好且力学强度低，工程性质及抗冲刷能力差，局部夹有薄层细砂；工程中该地质土层厚6.0-10.5m，广泛分布于场地表层。③淤泥质黏土，此类土体以黏粒土为主要成分，局部夹有少量的砂、贝壳碎屑、腐殖质等，呈青灰色，微透水，力学强度较低；该地址土城最大厚度7.0m，一般为0-4.5m厚。④粉质黏土，土质细滑，土层可见褐色斑点，多灰色或灰黄色，手搓有粉质感，透水性为微-弱透水，工程性质与抗冲刷能力一般；工程中该地质土层最大厚度7.1m，一般为0.5-3.0m，广泛分布于场地内。⑤砂卵石，此层地质土城稍密状，多黄色和灰黄，卵石磨圆度较好，最大粒径达到10cm，大多为2-5cm，土体整体质量和力学性能较好。工程中主要分布于下游及闸室区域，最大厚度10.6m，大多为4.0-6.0m。总体来说，场地内土质压缩性好、强度低且孔隙比高，符合深厚软基的典型特征，各土层力学性能如表1。

2 挡土墙结构及软基处理方案

受地形特征、洪水作用及水闸泄流等条件限制，护岸结构不宜选用坡式。结合水闸泄流抗冲要求和现场地形地质条件拟比选两种护岸结构型式，方案一：重力式挡土墙护岸，这种护岸型式类似于明渠筑墙，护岸材料为C25埋石混凝土，加固基坑临时边坡和挡土墙基础以满足结构安全稳定要求。方案二：基坑临时边坡加固与护岸永久结构相结合的护岸型式。

表1 土层物理力学指标值

2.1 C25埋石混凝土重力式挡土墙方案

挡水墙背水面顺坡比1:0.5，设计直立迎水面，顶宽1.0m；C30钢筋混凝土底板坐落于淤泥层上，水泥深层搅拌桩桩端置于砂卵石层上，桩长12.6m、桩径600mm，平面布置形式为矩形，桩间纵、横间距1.0m和1.2m，复合基础承载力经搅拌桩加固处理不低于160kPa。

结合施工现场布置情况，临时基坑边坡稳定性差且为淤泥层，护岸挡土墙基坑开挖时必须实施边坡加固支护，否则将增大占地面积、后续回填量、基础开挖量以及基坑展开面，开挖边坡靠自然稳定比较平缓。通过分析护岸挡土墙整体稳定性可知，利用水泥深层搅拌桩加固护岸基础范围的地基土无法满足抗滑稳定性要求，必须向挡土墙基础两侧扩大地基加固范围。因此，拟将4排水泥深层搅拌桩增设于护岸背水侧基础上，同时可在一定程度上防护基坑开挖边坡。当前，机械成桩为工程中最常用的制桩方式，桩长一般为18.0m，由于桩基垂直偏差与桩长密切相关，考虑到墙厚基坑边坡围护桩设计桩顶高程和水泥搅拌桩施工平台高程，拟将1排水泥深层搅拌桩增设于临水侧基础上。建成后，C25埋石混凝土重力式挡土墙夯填砂性土至墙顶高程25.2m。

2.2 钻孔灌注桩支护的永临结合方案

开挖筑成的基坑边坡稳定性差，并且河道边坡较高，为保证边坡安全稳定需实施工程加固措施，可以考虑边坡开挖加固措施与护岸永久结构结合的方式：将混凝土和钢筋混凝土钻孔灌注桩结合，科学布置护岸永久结合及河道开挖边坡[6]。

河道开挖前应先形成一道地下连续墙，将一排钢筋混凝土钻孔灌注桩施打于护岸设计轴线内侧1.0m位置，桩间距与直径均为800mm。穿砂卵石层后钻孔灌注桩桩端置于下伏的强风化花岗岩，桩长平均为24.5m。拟将4排和2排水泥深层搅拌桩分别布设于钻孔灌注桩连续墙背水侧、临水侧，由此扩大基础加固范围，保证河道开挖后护岸的抗倾覆稳定和抗滑移稳定。

河道断面开挖完工后，拟利用C30钢筋混凝土侧墙加固钻孔灌注桩连续墙迎水面，浇筑墙厚0.8m；以增设的水泥深层搅拌桩第一排位置为基准将墙顶向背水侧延伸2.0m，运用形成的钢筋混凝土冠梁提高挡土墙结构整体性。采用C25埋石混凝土戴帽浇筑于冠梁临水侧，形成的挡土墙可以满足防洪要求，用砂性土回填墙后至挡土墙顶高程。

2.3 方案优选

从工程经济的角度分析，10m长度方案一、二的投资为22.86万元和38.20万元。开挖前，方案二采用钻孔灌注桩加固河道护岸边坡，其基础开挖量少、回填工程量少且不必考虑后期开挖可能遇到的软弱边坡问题，然而为保证整体稳定性还要对挡土墙上、下游附近软土进行延伸加固，其工艺复杂，工程投资较大。开挖过程中，利用方案一可能会遇到边坡稳定问题，但对基坑边坡按照分台开挖且结合挡土墙基础稳定性同步实行加固支护，可以确保边坡的安全问题[7-9]。

综上分析，选取C25埋石混凝土重力式断面作为护岸挡土墙设计推荐的结构形式，利用开挖-筑墙-回填施工方案和水泥深层搅拌桩加固基础，通过分台开挖基坑保证结构整体稳定。

4 软基处理稳定复核

挡土墙基底应力、沿基底面的抗倾覆稳定系数及抗滑稳定安全系数为挡土墙稳定计算的主要内容，工程中选用水泥深层搅拌桩加固挡土墙基础，直径为600mm，考虑到深厚淤泥层位于挡土墙基础下方的实际情况，为保证整体抗滑稳定还要对挡土墙进行复核。

4.1 承载力计算

计算两种工况下挡土墙的基底应力、抗倾及抗滑稳定性，结果如表2。从表2可知，地基土加固后挡土墙沿基底面的抗倾覆稳定、抗滑稳定均达到规范要求。依据表2计算值，工况1的挡土墙基底应力平均值、最大值为101.5kPa和125.8kPa，利用规范推荐公式计算加固后的复合地基承载力为170.3kPa，可以达到地基承载要求。

表2 承载力计算值

4.2 抗滑稳定计算

运用瑞典圆弧法计算不同工况下护岸挡土墙的整体抗滑稳定性，具体如下：①工况1，施工完建期河床出露，以正常地下水位3.80m、多年平均最低潮位为墙背场地地下水位和迎水面水位。②工况2，以年最高潮位骤降至-1.2m、正常地下水水位3.80m作为迎水面和墙背侧水位。

采用水泥深层搅拌桩对护岸挡土墙进行加固，桩径600mm，以横、纵间距为1.2m和1.0m的矩形平面布置，软土加固置换率达到24.8%。根据取芯试验要求，取φ=24°、C=260kPa作为深层搅拌桩桩身物理力学指标，桩身抗压强度不低于1.0MPa，复合基物理力学等效指标利用面积比法换算为φ=6.5°、C=65.2kPa，选用地质建议值为其它土层物理指标。

通过计算分析，工况1、工况2的抗滑稳定安全系数为1.26和1.27，可见挡土墙加固后能够达到工程要求的抗滑稳定要求。

5 结 论

现场检测发现，护岸工程完建后未出现开裂现象，挡土墙位移量较小能够满足结构抗滑稳定要求。深厚软土区水工挡土墙存在基坑开挖边坡稳定性差、基建土质条件差等问题，采用水泥深层搅拌桩加固挡土墙地基取得了较好的效果，符合经济合理性要求；适当提高搅拌桩桩顶高程及扩大挡土墙背水侧加固方案，可有效解决基坑开挖边坡支挡和挡土墙整体稳定问题，该方案经济、社会效益显著，安全可靠且施工简便。