鄆城縣老趙王河王老虎閘地基處理與設(shè)計(jì)

孔 娜，陳玲玲，紀(jì) 瑤

（1.水發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省水利勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250014；3.山東省海河淮河小清河流域水利管理服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250010）

王老虎閘位于菏澤市鄆城縣唐廟鎮(zhèn)王老虎村南，老趙王河中游，控制流域面積278 km2。王老虎閘始建于1976年10月，1977年10月竣工。該閘共7孔，閘孔凈寬2.8 m，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇除澇，自建成投入運(yùn)行以來，在蓄水灌溉及改善生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮了很好的工程效益。由于該閘已運(yùn)行40多年，工程老化嚴(yán)重，加之近10年來，由于工程維修資金緊缺，必要的維修無法進(jìn)行，2019年10月，經(jīng)水閘安全鑒定為四類閘。

除險加固方案為原址拆除重建，順?biāo)鞣较蛞来尾贾蒙嫌畏罌_槽、護(hù)底、鋪蓋、閘室、消力池、海漫、下游防沖槽，總長96.0 m。閘室為開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共5孔，單孔凈寬6.0 m，設(shè)1個縫墩，采用3孔～2孔的兩聯(lián)布置方式。王老虎閘主要作用為灌溉及除澇，設(shè)計(jì)灌溉面積1.33萬hm2，工程規(guī)模為中型。設(shè)計(jì)除澇標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，相應(yīng)過閘流量為229.1 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，相應(yīng)過閘流量為300.8 m3/s。

1 地質(zhì)概況

工程區(qū)位于鄆城西南部，地貌單元為黃河沖積平原，在勘察深度范圍內(nèi)，場地地層自上而下分為9層（含亞層），地層總體以砂壤土、粉砂為主。②、③層砂壤土顆粒中小于0.075的粒組含量超過75%，為少黏性土，其滲透變形形式為流土，地基存在滲透穩(wěn)定問題。閘室開挖底高程為38.10 m，位于第②層砂壤土及②-1層黏土上，②層砂壤土及②-1層黏土承載力一般，且存在液化土層。

2 穩(wěn)定計(jì)算成果

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），對王老虎閘3孔邊聯(lián)和2孔邊聯(lián)閘室計(jì)算，各種工況下的基底應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 閘室穩(wěn)定計(jì)算成果表

根據(jù)計(jì)算成果表，王老虎閘最大基底應(yīng)力與最小基底應(yīng)力之比滿足規(guī)范要求，抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求；但是完建期基底應(yīng)力平均值大于地基承載力，地基承載力強(qiáng)度不足，不能采用天然地基，需進(jìn)行加固處理，以保障閘室安全。

3 地基處理設(shè)計(jì)

3.1 地基處理要點(diǎn)

根據(jù)閘址處地質(zhì)情況及穩(wěn)定計(jì)算成果，王老虎閘地基處理主要針對以下方面：

1）水閘地基承載力強(qiáng)度不足。完建期閘室平均基底應(yīng)力大于地基允許承載力95 kPa，天然地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行地基處理，使承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

2）水閘地基容易發(fā)生滲透變形。閘底板位于②層砂壤土上，滲透系數(shù)為7.87E-04 cm/s，允許水力比降水平段為0.15，出口段為0.40，地基存在滲透穩(wěn)定問題，滲透變形形式為流土，在長期滲流作用下可使地基土體顆粒流失，導(dǎo)致地基變形甚至破壞，進(jìn)而造成建筑物坍塌。

3）水閘地基有地震液化破壞的可能。閘址處地震動峰值加速度0.15 g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度，場地類型為Ⅲ類。②砂壤土、③砂壤土、⑤粉細(xì)砂為液化土層，在地震作用下土顆粒變得緊密，孔隙水壓力急劇降低并趨于零，最終使水閘沉降、傾斜甚至沉陷、傾倒。

3.2 地基處理方案選定

王老虎閘天然地基以砂壤土、粉細(xì)砂為主，且土層較厚。根據(jù)閘址處的地質(zhì)狀況，擬采用“水泥土攪拌樁復(fù)合地基+防滲墻”處理方案。

3.3 水泥土深攪樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

影響水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力大小的因素主要有樁長、樁徑、水泥土強(qiáng)度、水泥摻量、面積置換率以及天然地基土的各層厚度等，本次設(shè)計(jì)工作中參照《水工建筑物地基處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL/T792-2020），本工程按以下步驟確定各種設(shè)計(jì)參數(shù)。

1）確定樁長、樁徑、水泥土強(qiáng)度、水泥摻量。根據(jù)王老虎閘閘址處地質(zhì)條件，上部第②～③層砂壤土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為95～115 kPa，下部第④層壤土承載力標(biāo)準(zhǔn)值130 kPa，結(jié)合水閘上部荷載，初步擬定選擇④層壤土作為樁端持力層，有效樁長7.0 m，樁端深入④層壤土至少1.0 m。

樁徑：工程設(shè)計(jì)樁徑0.6 m。

水泥土強(qiáng)度：工程水泥土攪拌樁固化劑選用普通硅酸鹽水泥。

水泥摻量：水泥摻量一般宜為12%～20%，過低將達(dá)不到強(qiáng)度要求，過高則不經(jīng)濟(jì)。結(jié)合本工程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)水泥摻量采用15%。

2）水泥土攪拌樁單樁及復(fù)合地基承載力。根據(jù)《水工建筑物地基處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL/T792-2020）要求，經(jīng)計(jì)算，水泥土攪拌樁單樁承載力容許值為127.45 kPa；復(fù)合樁按間距1.5 m、正方形布樁，復(fù)合地基承載力容許值130 kPa，可滿足王老虎閘閘室承載力要求。

3.4 防滲墻設(shè)計(jì)

工程采用水泥土攪拌樁連續(xù)墻形成圍封，一是起到減輕液化的作用，二是能夠加固地基，提高地基承載力，三是具有截滲墻垂直防滲的功能。

設(shè)計(jì)樁徑為0.6 m，樁長為15 m，相鄰樁有效搭接長度為0.2 m，樁距為0.4 m，單排布置。布置范圍為王老虎閘室段底板內(nèi)緣為界限進(jìn)行圍封網(wǎng)格布置，網(wǎng)格橫向中心間距為6.3 m，縱向不分網(wǎng)格，單個圍封面積為90.72 m2。

4 結(jié)語

針對工程特點(diǎn)采取“水泥土攪拌樁復(fù)合地基+防滲墻”處理方案，可有效解決地基問題，且安全可靠、技術(shù)成熟、施工進(jìn)度快。工程于2020年3月開工，2021年12月通過竣工驗(yàn)收。本文以一座具體工程為實(shí)例，總結(jié)該工程天然地基存在的問題，提出針對性的處理方案，并對水泥土攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)提出完整詳細(xì)的設(shè)計(jì)流程，可作為類似工程地基處理設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。