胖头泡蓄滞洪区老龙口闸基础处理分析

2020-12-28刘瑛文

水利科学与寒区工程 2020年6期

刘瑛文

(黑龙江省水利工程建设质量与安全监督技术中心，黑龙江哈尔滨 150040)

1 工程概况

黑龙江省松花江流域胖头泡蓄滞洪区是松花江流域防洪体系的重要组成部分，与白山水库、丰满水库、尼尔基水库、月亮泡蓄滞洪区及城市堤防共同承担哈尔滨市城市防洪任务，使哈尔滨市防洪标准达到200 a一遇。蓄滞洪区防洪工程和安全建设项目的建设为胖头泡蓄滞洪区的安全启用和及时分洪创造条件，保障流域防洪安全及蓄滞洪区内人民生命财产安全。

老龙口分洪闸是胖头泡蓄滞洪区防洪工程重要组成部分[1]。属于大(2)型工程，位于胖头泡蓄滞洪区老龙口堤防桩号1+000 km处。老龙口分洪口门挡洪时防洪标准与两侧的嫩江堤防防洪标准一致，为50 a一遇，分洪时按50 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核。建筑物级别为2级，防洪水位133.75 m；分洪流量2435 m3/s；总分洪流量4459 m3/s。闸孔总净宽204 m，分17孔布置，单孔净宽12 m；由进口铺盖、闸室段、消力池段及海漫段组成。

2 基础处理

老龙口闸基础处理采用挤密碎石桩，在振冲孔添加碎石，桩径0.8 m，孔距2.0 m，孔深11.0 m，按梅花形布置，共布设6013根。处理范围为进口铺盖、闸室段及消力池段，闸基础外缘扩大宽度为5.0 m，处理后的桩间土的标准贯入锤击数要大于12。

2.1 动力触探试验

老龙口闸基础处理振冲碎石桩在施工后进行了100组动力触探检测。试验采用重型圆锥动力触探设备，落锤重63.5 kg，落距76 cm。由于振冲碎石桩顶部覆盖100 cm多砂性粉质土，试验前先用钻机将振冲碎石桩上部锤击位置的覆盖土清除。以1号和100号试验桩为例列出动力触探贯入量每10 cm的击打数，桩头30 cm待基础开挖时将挖除[2]。

2.2 试验数据分析

由试验数据可知动力触探试验锤击数最大值发生在入桩深度2.9～3.1 m之间。数据相对较低发生在入桩深度0.3～1.0 m之间，锤击数在16～20之间。入桩深度0～0.3 m之间为基础开挖时需要清除的桩头范围，该位置试验值舍去不做统计分析。依据《岩土工程地质勘察规范》GB 50021—2001中规定可以确定碎石的密实度。通过对工程基础振冲碎石桩进行重型动力触探试验，得出以下结论：振冲碎石桩入桩深度0.3～1.0 m之间，锤击数在16～20之间，桩体碎石密实度为“中密”，桩体其他深度范围锤数均大于20，密实度为“密实”。

3 基础处理地勘成果比对分析

基础处理经动力触探试验后，进行了基础开挖，现场检查发现两端振冲碎石桩施工效果比较理想，中间区域局部桩间距大于设计要求的偏差范围。

3.1 补充工程地质勘察

老龙口分洪闸初步设计阶段工程地质勘察工作，共完成钻孔23个，总进尺583.0 m,取原状土56组，扰动样98组，标贯试验186次。老龙口分洪闸基坑开挖后，进行了补充地质勘察工作，完成钻孔14个，总进尺214.5 m,取原状土18组，扰动样91组，标贯试验137次，静力触探孔10个，合计 79.8 m。

经原地勘结果与补充地勘结果对比分析，老龙口分洪闸本次补充地质勘察结果与初步设计阶段地质勘察结果基本一致。(1)岩性：两期钻孔揭露的岩性基本相同，仅粉土质细砂与低液限黏土互层状部位略有变化，因粉土质细砂层容许承载力较低，初步设计阶段为安全考虑将该层划入粉土质细砂层；补充勘察成果则表示为互层状；(2)容许承载力：初步设计阶段，低液限黏土R=120 kPa,粉土质细砂R=110 kPa;补充勘察：低液限黏土R=110 kPa,粉土质细砂R=150 kPa。由于补充勘察时地基的碎石桩已施工完成，对粉土质细砂层容许承载力有所提高，对低液限黏土层包括互层状部位有所降低[3]。

3.2 老龙口闸基础二次处理

根据补充勘察结果及施工单位提供的相关数据，老龙口闸基础处理采用如下方案实施：

(1)根据补充勘察结果发现桩间土挤密效果不好。从振冲碎石桩实测图看出，施工桩位布置不均匀，桩间距离未达到设计要求，局部区域超过2.0 m,容易造成闸室段不均匀沉陷，影响抗地震液化效果。因而决定对桩间距离不满足设计要求(桩距、排距均为2.0 m)的区域进行补桩加强处理。

(2)施工期间地下水位较高，基础含水量较大，碎石桩桩顶范围存在扰动现象，建基面存在超挖问题，针对上述情况，对桩间土补桩加强后在表层做0.6 m厚级配良好碎石垫层，超挖深度大于 0.6 m部分同样回填级配良好碎石。

(3)对闸室基础采取了碎石垫层处理措施，并对闸底板前缘开挖断面进行严格控制，由原设计的水撼砂措施改成回填素混凝土。

4 地基承载力检测分析

老龙口闸基础处理施工全部完成后，进行了地基承载力检测，以验证基础处理效果。

4.1 试验实施

复合地基承载力检测采用复合地基静载荷试验的方法。根据设计复合地基承载力要求，确定试验最大加荷量为580 kPa,桩间距1.8 m，桩间土承载力特征值为170 kPa，试验采用1.2 m×1.2 m的承压板，扣除桩间土其余荷载的复合等量法，加载等级共分8级，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载。试验采用人工加荷观测系统。

4.1.1 试验设备

反力装置：地锚反力装置系统；加荷观测系统：油压千斤顶、精密压力表、大量程百分表等。

4.1.2 加载观测

(1)加荷分级：按最终加载量的1/8分级施加。

(2)沉降观测：每加一级荷载后，每隔30 min测读一次沉降量，每次观测值记入试验记录表。沉降量测采用对称安装在承压板周围的50 mm行程百分表测定。

(3)沉降相对稳定标准：1 h的沉降量小于0.1 mm，则认为已经达到相对稳定，可以施加下一级荷载。

(4)终止加载条件：当出现以下情况之一时，即可终止加载：①沉降急骤增大，土被挤出或承压板周围出现明显的裂缝。②累计的沉降量已大于承压板宽度或板直径的6%。③当达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的两倍。

(5)卸载：卸载级数可为加载级数的一半，等量进行，每卸一级间隔0.5 h，读记回弹量，待卸完全部荷载后间隔3 h读记总回弹量。

4.1.3 承载力特征值

复合地基承载力特征值的确定应符合下列规定：

(1)当压力-沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半。

(2)当压力-沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定；