郓城县老赵王河王老虎闸地基处理与设计

孔 娜，陈玲玲，纪 瑶

（1.水发规划设计有限公司，山东 济南 250100；2.山东省水利勘测设计院有限公司，山东 济南 250014；3.山东省海河淮河小清河流域水利管理服务中心，山东 济南 250010）

王老虎闸位于菏泽市郓城县唐庙镇王老虎村南，老赵王河中游，控制流域面积278 km2。王老虎闸始建于1976年10月，1977年10月竣工。该闸共7孔，闸孔净宽2.8 m，设计标准为5年一遇除涝，自建成投入运行以来，在蓄水灌溉及改善生态环境方面发挥了很好的工程效益。由于该闸已运行40多年，工程老化严重，加之近10年来，由于工程维修资金紧缺，必要的维修无法进行，2019年10月，经水闸安全鉴定为四类闸。

除险加固方案为原址拆除重建，顺水流方向依次布置上游防冲槽、护底、铺盖、闸室、消力池、海漫、下游防冲槽，总长96.0 m。闸室为开敞式钢筋混凝土结构，共5孔，单孔净宽6.0 m，设1个缝墩，采用3孔～2孔的两联布置方式。王老虎闸主要作用为灌溉及除涝，设计灌溉面积1.33万hm2，工程规模为中型。设计除涝标准为5年一遇，设计洪水标准为20年一遇，相应过闸流量为229.1 m3/s，校核洪水标准为50年一遇，相应过闸流量为300.8 m3/s。

1 地质概况

工程区位于郓城西南部，地貌单元为黄河冲积平原，在勘察深度范围内，场地地层自上而下分为9层（含亚层），地层总体以砂壤土、粉砂为主。②、③层砂壤土颗粒中小于0.075的粒组含量超过75%，为少黏性土，其渗透变形形式为流土，地基存在渗透稳定问题。闸室开挖底高程为38.10 m，位于第②层砂壤土及②-1层黏土上，②层砂壤土及②-1层黏土承载力一般，且存在液化土层。

2 稳定计算成果

根据《水闸设计规范》（SL265-2016），对王老虎闸3孔边联和2孔边联闸室计算，各种工况下的基底应力和抗滑稳定安全系数，结果见表1。

表1 闸室稳定计算成果表

根据计算成果表，王老虎闸最大基底应力与最小基底应力之比满足规范要求，抗滑稳定满足规范要求；但是完建期基底应力平均值大于地基承载力，地基承载力强度不足，不能采用天然地基，需进行加固处理，以保障闸室安全。

3 地基处理设计

3.1 地基处理要点

根据闸址处地质情况及稳定计算成果，王老虎闸地基处理主要针对以下方面：

1）水闸地基承载力强度不足。完建期闸室平均基底应力大于地基允许承载力95 kPa，天然地基承载力不满足设计要求，应进行地基处理，使承载力满足设计要求。

2）水闸地基容易发生渗透变形。闸底板位于②层砂壤土上，渗透系数为7.87E-04 cm/s，允许水力比降水平段为0.15，出口段为0.40，地基存在渗透稳定问题，渗透变形形式为流土，在长期渗流作用下可使地基土体颗粒流失，导致地基变形甚至破坏，进而造成建筑物坍塌。

3）水闸地基有地震液化破坏的可能。闸址处地震动峰值加速度0.15 g，相应地震基本烈度为Ⅶ度，场地类型为Ⅲ类。②砂壤土、③砂壤土、⑤粉细砂为液化土层，在地震作用下土颗粒变得紧密，孔隙水压力急剧降低并趋于零，最终使水闸沉降、倾斜甚至沉陷、倾倒。

3.2 地基处理方案选定

王老虎闸天然地基以砂壤土、粉细砂为主，且土层较厚。根据闸址处的地质状况，拟采用“水泥土搅拌桩复合地基+防渗墙”处理方案。

3.3 水泥土深搅桩复合地基设计

影响水泥土搅拌桩复合地基承载力大小的因素主要有桩长、桩径、水泥土强度、水泥掺量、面积置换率以及天然地基土的各层厚度等，本次设计工作中参照《水工建筑物地基处理设计规范》（SL/T792-2020），本工程按以下步骤确定各种设计参数。

1）确定桩长、桩径、水泥土强度、水泥掺量。根据王老虎闸闸址处地质条件，上部第②～③层砂壤土地基承载力标准值为95～115 kPa，下部第④层壤土承载力标准值130 kPa，结合水闸上部荷载，初步拟定选择④层壤土作为桩端持力层，有效桩长7.0 m，桩端深入④层壤土至少1.0 m。

桩径：工程设计桩径0.6 m。

水泥土强度：工程水泥土搅拌桩固化剂选用普通硅酸盐水泥。

水泥掺量：水泥掺量一般宜为12%～20%，过低将达不到强度要求，过高则不经济。结合本工程特点，设计水泥掺量采用15%。

2）水泥土搅拌桩单桩及复合地基承载力。根据《水工建筑物地基处理设计规范》（SL/T792-2020）要求，经计算，水泥土搅拌桩单桩承载力容许值为127.45 kPa；复合桩按间距1.5 m、正方形布桩，复合地基承载力容许值130 kPa，可满足王老虎闸闸室承载力要求。

3.4 防渗墙设计

工程采用水泥土搅拌桩连续墙形成围封，一是起到减轻液化的作用，二是能够加固地基，提高地基承载力，三是具有截渗墙垂直防渗的功能。

设计桩径为0.6 m，桩长为15 m，相邻桩有效搭接长度为0.2 m，桩距为0.4 m，单排布置。布置范围为王老虎闸室段底板内缘为界限进行围封网格布置，网格横向中心间距为6.3 m，纵向不分网格，单个围封面积为90.72 m2。

4 结语

针对工程特点采取“水泥土搅拌桩复合地基+防渗墙”处理方案，可有效解决地基问题，且安全可靠、技术成熟、施工进度快。工程于2020年3月开工，2021年12月通过竣工验收。本文以一座具体工程为实例，总结该工程天然地基存在的问题，提出针对性的处理方案，并对水泥土搅拌桩复合地基的设计提出完整详细的设计流程，可作为类似工程地基处理设计的参考依据。