許志超

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

禹門口提水工程灌區(qū)是山西省主要糧棉生產(chǎn)基地，工程擔(dān)負(fù)著灌區(qū)所在地的農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水任務(wù)。灌區(qū)西起河津縣黃河灘地，東至新絳縣南社鄉(xiāng)店頭莊，涉及新絳、稷山、河津3個(gè)縣（市）、13個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、299個(gè)自然村，總?cè)丝?6.23萬(wàn)人，總灌溉面積3.321 萬(wàn) hm2。

新建的黃韓侯鐵路工程與已建的禹門口一級(jí)輸水干渠交叉，為滿足現(xiàn)有工程運(yùn)行，需對(duì)部分原有渠道進(jìn)行改線。本次改線段渠道設(shè)計(jì)共考慮了兩個(gè)方案，方案一為高填方渠道方案，方案二為渡槽方案。高填方渠道方案中渠道斷面型式對(duì)漿砌石內(nèi)襯混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)渠道進(jìn)行比較，渡槽方案對(duì)渡槽基礎(chǔ)處理方式灌注樁和振沖碎石樁進(jìn)行比較分析。下文主要從工程運(yùn)行管理、施工、占地補(bǔ)償、投資等方面對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行綜合比較，確定最優(yōu)方案。

2 工程地質(zhì)

工程交叉處大地構(gòu)造處于臨汾運(yùn)城新裂陷—河津曲沃凹陷中，地貌單元為汾澮谷地低階地，河流沖積地形。改線段地勢(shì)起伏較大，交通便利。一干渠改線段地基土的地質(zhì)年代為第四系全新統(tǒng)，巖性以低液限粉土、級(jí)配不良砂為主，下部含級(jí)配不良礫。改線段第二層低液限粉土、第三層級(jí)配不良砂存在液化。

3 方案比選

改線段一級(jí)干渠原渠道設(shè)計(jì)流量16 m3/s，設(shè)計(jì)底寬4.0 m，渠深3.0 m，改線段原一級(jí)干渠長(zhǎng) 527 m，改線后長(zhǎng)516 m。

3.1 高填方渠方案

由于改線段渠道僅占一級(jí)干渠的一小部分，考慮到改線段前后渠道與改線后渠道的銜接，本次渠道設(shè)計(jì)底寬仍采用原渠道設(shè)計(jì)底寬4.0 m。設(shè)計(jì)時(shí)考慮兩種渠道橫斷面結(jié)構(gòu)型式，第一種為漿砌石內(nèi)襯混凝土結(jié)構(gòu)，第二種為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3.1.1 漿砌石內(nèi)襯混凝土渠道斷面設(shè)計(jì)

改線段一級(jí)干渠橫斷面為矩形，渠道底寬4.0 m，水深2.23 m，渠深3.0 m。渠道采用漿砌石內(nèi)襯混凝土結(jié)構(gòu)，漿砌石擋墻頂寬50 cm，底寬1.55 m，擴(kuò)大基礎(chǔ)部分底寬2.5 m，墻高3.85 m，漿砌石底板厚0.7 m，內(nèi)襯15 cm的C25素混凝土，混凝土抗凍等級(jí)要求不低于F200，抗?jié)B等級(jí)要求不低于W6。漿砌石擋土墻底部采用石碴分層回填夯實(shí)，擋土墻背后采用黏性土分層回填夯實(shí)，回填堤頂比渠頂?shù)?.8 m，墻后回填土外邊坡為1∶1.5。一級(jí)干渠左、右堤頂均設(shè)寬2.0 m的巡渠路，渠堤回填土坡面采用30 cm厚的干砌石護(hù)坡。漿砌石內(nèi)襯混凝土高填方渠道，每5 m設(shè)一道沉降縫，渠道左、右堤擋土墻與渠道底板間設(shè)兩道縱縫，沉降縫采用橡膠止水帶止水，止水帶外部填PE低發(fā)泡沫板，內(nèi)部填雙組份聚硫密封膏。

3.1.2 鋼筋混凝土渠道斷面設(shè)計(jì)

改線段一級(jí)干渠橫斷面為矩形，渠道底寬4.0 m，水深2.23 m，渠深3.0 m。渠道采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土墻頂寬50 cm，底寬70 cm，墻高3.5 m，底板厚50 cm，渠道混凝土抗凍等級(jí)要求不低于F200，抗?jié)B等級(jí)要求不低于W6。其余結(jié)構(gòu)尺寸同漿砌石斷面。

3.1.3 渠道斷面比選

從技術(shù)方面來(lái)看，漿砌石內(nèi)襯混凝土結(jié)構(gòu)斷面和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)斷面均能滿足渠道過(guò)水要求。從投資方面來(lái)看，漿砌石內(nèi)襯混凝土結(jié)構(gòu)高填方渠道每延米工程直接投資18 512元，鋼筋混凝土高填方渠道每延米工程直接投資22 816元，是漿砌石渠道每延米投資的1.23倍。綜合考慮，原一級(jí)干渠渠道為漿砌石結(jié)構(gòu)，混凝土渠道投資大于漿砌石渠道，本次推薦采用漿砌石渠道。

3.2 渡槽方案

渡槽方案樁號(hào)0+000—0+028段為原渠道與渡槽銜接段，渡槽槽身段長(zhǎng)460 m，設(shè)計(jì)縱坡0.7‰。

渡槽由進(jìn)口矩形渠道段、進(jìn)口漸變段、槽身段、出口漸變段和出口矩形渠銜接段組成。進(jìn)口矩形渠道長(zhǎng)18 m，進(jìn)口、出口漸變段長(zhǎng)均為10 m，出口矩形銜接段渠長(zhǎng)18 m，均采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)扭面與槽身相連接，接縫處設(shè)置止水加強(qiáng)防滲。另外，為防止山洪水對(duì)樁基礎(chǔ)周圍填土的沖刷破壞，本次設(shè)計(jì)對(duì)每座鐵路排洪涵洞出水方向?qū)?yīng)的3跨渡槽基礎(chǔ)采用厚0.3 m的M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，上、下游設(shè)齒墻，深1 m，寬0.5 m。

渡槽槽身段長(zhǎng)460 m，采用U型斷面，跨度10 m，壁厚18 cm，底部加厚至40 cm，圓弧半徑1.95 m，口寬3.9 m，槽深3.0 m，采用C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，沿槽身每1.5 m設(shè)一根拉桿，槽身中間設(shè)1.7 m寬人行道便橋；渡槽排架高4.5 m，排架柱斷面尺寸50 cm×60 cm，采用C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)處理采用C30鋼筋混凝土灌注樁，樁頂設(shè)承臺(tái)支承排架渡槽，承臺(tái)寬2.4 m，長(zhǎng)5.8 m，高1.2 m。槽身混凝土抗凍等級(jí)F200，抗?jié)B等級(jí)W6，排架混凝土抗凍等級(jí)F200。

本次渡槽方案設(shè)計(jì)考慮兩種渡槽基礎(chǔ)處理方案，第一種為灌注樁基礎(chǔ)，第二種為振沖碎石樁基礎(chǔ)。

3.2.1 灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)勘察成果，改線段渡槽地基下部第一層和第二層地基承載力分別采用100 kPa，120 kPa，如果排架基礎(chǔ)擴(kuò)大，承載力不能滿足要求；且地表下2.75～3.05 m探見(jiàn)地下水，第二層和第三層土層存在液化，等級(jí)為中等，厚度變化較大，變形無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，故必須對(duì)渡槽基礎(chǔ)進(jìn)行處理。

根據(jù)改線段渠線地質(zhì)條件，考慮到地下水埋深較淺，設(shè)計(jì)采用混凝土灌注樁，按端承摩擦樁設(shè)計(jì)，根據(jù)承載力計(jì)算結(jié)果，每個(gè)排架承臺(tái)下設(shè)兩根灌注樁，樁徑1.2 m。樁柱通過(guò)承臺(tái)支撐上部排架結(jié)構(gòu)，承臺(tái)尺寸根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》確定。樁與承臺(tái)、承臺(tái)與排架間采用剛性連接。根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中水工混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別劃分，樁基所處環(huán)境類別為三類，規(guī)范要求混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)C25，結(jié)合《建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范》，本次設(shè)計(jì)灌注樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，樁身裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，最大裂縫寬度限值為0.2 mm。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，改線段渠線地下水埋深3 m左右，地下水具有弱侵蝕性，因此，要求灌注樁混凝土采用抗侵蝕性水泥，樁端伸入第四層級(jí)配不良礫不液化土層2 m左右。

3.2.2 碎石樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

渡槽采用碎石樁進(jìn)行地基處理時(shí)，排架基礎(chǔ)采用整體擴(kuò)大C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)，經(jīng)沖切計(jì)算，排架擴(kuò)大基礎(chǔ)最小厚度1.2 m，寬3.4 m，長(zhǎng)6.7 m。碎石樁基礎(chǔ)處理深度參考緊臨108國(guó)道南邊樞紐一級(jí)站沉沙池、工業(yè)供水機(jī)加池、清水池和加壓泵站的碎石樁處理深度均為10 m，本次設(shè)計(jì)渡槽基礎(chǔ)碎石樁處理深度采用10 m，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，振沖樁處理范圍當(dāng)用于消除地基液化時(shí)，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于基礎(chǔ)下可液化土層的1/2，故排架鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)下碎石樁的處理寬度為10 m，長(zhǎng)度16.7 m，根據(jù)振沖樁復(fù)合地基承載力計(jì)算，碎石樁樁徑為800 mm，樁心距2 m，樁位采用等邊三角形布置，這樣每個(gè)排架基礎(chǔ)下共布置碎石樁112根，樁總長(zhǎng)1120m。3.2.3 混凝土灌注樁與碎石樁基礎(chǔ)比較

混凝土灌注樁：每個(gè)排架承臺(tái)下設(shè)兩根直徑1 200 mm的混凝土灌注樁，灌注樁最長(zhǎng)19 m，每延米灌注樁綜合單價(jià)為2 265元，每個(gè)渡槽排架下灌注樁基礎(chǔ)投資約8.61萬(wàn)元。

振沖碎石樁：每延米振沖碎石樁單價(jià)212元，每個(gè)排架基礎(chǔ)下碎石樁總價(jià)23.74萬(wàn)元。

考慮到灌注樁對(duì)渡槽基礎(chǔ)下液化土層已全部處理，而碎石樁對(duì)渡槽基礎(chǔ)液化只進(jìn)行了部分處理，故本次設(shè)計(jì)綜合考慮渡槽基礎(chǔ)處理投資和對(duì)地基液化處理的程度，推薦采用混凝土灌注樁對(duì)渡槽基礎(chǔ)進(jìn)行液化處理。

3.3 方案比選

從以下幾方面對(duì)高填方渠道方案和渡槽方案進(jìn)行比較：

第一，投資方面。高填方渠道工程總投資1819.7萬(wàn)元，渡槽方案工程總投資1 808.39萬(wàn)元。渡槽方案考慮了全部地基液化處理，高填方渠道方案僅考慮了部分地基液化處理。

第二，工程運(yùn)行管理。渡槽方案不需要修建過(guò)渠建筑物，道路和山洪可直接從渡槽槽身下通過(guò)，輸水安全性較高；高填方渠道投資未包括地基液化處理，由于地基液化處理投資太大，而且渠道須修建過(guò)渠建筑物，運(yùn)行管理不如渡槽方案安全可靠。

第三，施工。高填方渠道方案所需土料及塊石料可以就地取材，工程施工較容易，“渡槽+灌注樁”方案施工需進(jìn)行地基處理，施工工藝較漿砌石方案復(fù)雜，但技術(shù)上完全可以實(shí)現(xiàn)。

第四，占地補(bǔ)償。高填方渠道左右岸坡腳線占地平均寬度31 m，永久占地按坡腳線向外延伸3 m計(jì)算，渠道方案永久占地1.867 hm2；“渡槽+灌注樁”方案基礎(chǔ)最寬處6 m，永久占地按建筑物外邊緣向外延伸3 m計(jì)算，渡槽方案永久占地0.767 hm2。相應(yīng)地渠道方案破壞的地面和地下附著物也就多，渠道方案比渡槽方案占地補(bǔ)償投資多102萬(wàn)元。

經(jīng)綜合比較分析，改線段一干渠采用渡槽方案優(yōu)于高填方渠道方案。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該改線段從不同方案進(jìn)行比較，詳細(xì)考慮工程建設(shè)所帶來(lái)的影響，從實(shí)際出發(fā)，深入研究，最終確定了最優(yōu)方案為“渡槽+灌注樁”方案，這樣不僅節(jié)省了投資，同時(shí)也給工程的實(shí)際運(yùn)行帶來(lái)方便，可為類似工程提供參考。