于 野 趙新波 陳 浩

南水北調(diào)中線魯山南2段工程淝河倒虹吸基礎(chǔ)處理方案優(yōu)化

于 野 趙新波 陳 浩

結(jié)合淝河倒虹吸工程實(shí)際情況，分析其基礎(chǔ)處理所采用的強(qiáng)夯法和CFG樁復(fù)合地基法。CFG樁復(fù)合地基具有工期短、施工速度快、工程質(zhì)量容易控制、工程造價(jià)較低等特點(diǎn)，因而在工民建領(lǐng)域廣為應(yīng)用，在水利工程中也不失為一個(gè)好的選擇。

淝河 倒虹吸 基礎(chǔ)處理 強(qiáng)夯法 CFG樁復(fù)合地基法

CFG樁 (水泥粉煤灰碎石樁)復(fù)合地基處理技術(shù)是20世紀(jì)80年代末中國(guó)建筑研究院地基所開(kāi)發(fā)的新的地基加固技術(shù)，具有工期短、施工速度快、工程質(zhì)量容易控制和工程造價(jià)低等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于工民建領(lǐng)域內(nèi)的多層、高層、超高層建筑，并成為某些地區(qū)最為普遍的地基處理方法之一。南水北調(diào)中線工程淝河倒虹吸基礎(chǔ)處理由原設(shè)計(jì)的強(qiáng)夯方案改為CFG樁復(fù)合地基方案的成功應(yīng)用，進(jìn)一步拓展了水工結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)處理方法，值得推廣。

1 工程簡(jiǎn)介

淝河倒虹吸工程位于河南省魯山縣馬樓鄉(xiāng)薛寨東側(cè)淝河上，據(jù)魯山縣約12 km，是南水北調(diào)中線總干渠穿越淝河的大型交叉建筑物。倒虹吸設(shè)計(jì)流量320 m3/s，加大流量380 m3/s。

倒虹吸管身橫剖面為2孔一聯(lián)，共4孔，箱型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單孔孔口凈尺寸為7.0 m×7.0 m（寬×高）。每聯(lián)設(shè)縫相隔，縫距5 cm。倒虹吸各管節(jié)間設(shè)沉降縫，縫寬2 cm。建筑物包括進(jìn)口漸變段擋墻、進(jìn)口閘室段、倒虹吸管身段、出口閘室段以及出口漸變段擋墻等部分，總長(zhǎng)共404 m，其中管身段總長(zhǎng)254 m。

2 工程布置及地質(zhì)條件

淝河倒虹吸由進(jìn)口漸變段擋墻、進(jìn)口閘室段、倒虹吸管身段、出口閘室段以及出口漸變段擋墻等組成。

2.1 進(jìn)口漸變段擋墻

進(jìn)口漸變段擋墻長(zhǎng)48 m，該段為迎水面坡度為1∶2的仰斜式斜坡?lián)鯄^(guò)渡為直立重力式擋墻的扭面。布置在右岸Ⅱ級(jí)階地近河底地帶，地面高程128.5～128.8 m，地形平坦。

進(jìn)口漸變段擋墻由總干渠梯形斷面漸變至矩形斷面，并與進(jìn)口檢修閘相連。渠頂高程為134.172 m。設(shè)計(jì)渠底板高程由 125.596 m，以6.12%坡降至高程122.66 m，該段為半挖半填，最大開(kāi)挖深度約6.1 m，渠堤最大填方高度約5.9 m。渠坡主要為第四系上更新統(tǒng)沖積層 （alQ3）重粉質(zhì)壤土和粉質(zhì)黏土。

2.2 進(jìn)口檢修閘室段

進(jìn)口檢修閘為開(kāi)敞整體式平底板閘，長(zhǎng)16 m，布置在右岸Ⅱ級(jí)階地，緊鄰進(jìn)口漸變段擋墻。地面高程128.3～128.5 m，地形平坦。

閘底板高程122.66 m底板厚度為2.0 m。閘室開(kāi)挖深度約為6.0 m，閘基主要為粉質(zhì)黏土。持力層厚度約6 m，力學(xué)強(qiáng)度能夠滿足閘室的設(shè)計(jì)應(yīng)力要求。

2.3 倒虹吸管身段

倒虹吸管身段始于右岸Ⅱ級(jí)階地近河地帶，經(jīng)過(guò)淝河河床及漫灘，止于左岸Ⅰ級(jí)階地前部。該段右岸Ⅱ級(jí)階地地面高程127.1～128.3 m，左岸Ⅰ級(jí)階地階面高程為125.9～126.5 m，河床及漫灘地面高程123.5～126.5 m。

倒虹吸管身段水平投影長(zhǎng)254 m，其中進(jìn)口斜坡段長(zhǎng)52.68 m，底板由122.66 m，高程按1∶4.11的斜坡降至111.90 m高程，水平管段長(zhǎng)140 m，出口斜坡段長(zhǎng)62.40 m，底板高程111.90 m，按1∶4的斜坡升至125.396 m高程。

倒虹吸管身大部分坐落在第四系上更新統(tǒng)沖積層 （alQ3）的粉質(zhì)黏土層和第四系全新統(tǒng)下部沖積層 （alQ41）的砂礫石層上。地基土體強(qiáng)度滿足地基設(shè)計(jì)應(yīng)力要求。

2.4 出口檢修閘室段

出口檢修閘為開(kāi)敞式平底板閘，長(zhǎng)26 m，位于淝河左岸Ⅰ級(jí)階地，地面高程125.9～126.6 m，地形平緩。閘底板高程125.396 m，底板厚度為2.0 m，閘室坐落在第四系全新統(tǒng)下部沖積厚約6.5 m的砂礫石層與重粉質(zhì)壤土及粉質(zhì)黏土上。

2.5 出口漸變段擋墻

出口漸變段擋墻長(zhǎng)度為60 m，該段為直立重力式擋墻過(guò)渡為迎水面坡度為1∶2的仰斜式斜坡?lián)鯄εっ?。布置于左岸面Ⅰ?jí)階地及右岸Ⅱ級(jí)階地上，地形平緩開(kāi)闊。地面高程一般125.9～127.6 m。

按渠堤頂高程133.972 m，渠底高程125.396 m的設(shè)計(jì)方案，主要為填方段，開(kāi)挖深度約2.5 m，填方高度7～8 m。渠堤地基為第四系全新統(tǒng)沖積層（alQ41）的砂礫石和第四系上更新統(tǒng)沖擊層 （alQ3）的粉質(zhì)黏土上。

工程區(qū)各類土體的力學(xué)參數(shù)建議值如表1。

表1 土、巖體力學(xué)參數(shù)建議表

據(jù)表1可知，進(jìn)口檢修閘和進(jìn)口擋墻坐落在粉質(zhì)黏土及部分重粉質(zhì)壤土層上，承載力標(biāo)準(zhǔn)值為170～200 kPa；出口檢修閘和出口擋墻坐落在部分粉質(zhì)黏土及部分砂礫石土層上，承載力標(biāo)準(zhǔn)值為180～290 kPa?？紤]到進(jìn)、出口擋墻地基承載力不滿足要求，以及擋墻、閘室間的不均勻沉降，故對(duì)進(jìn)、出口擋墻，出口閘室段進(jìn)行地基處理。

3 基礎(chǔ)處理原設(shè)計(jì)方案

3.1 原設(shè)計(jì)方案概況

原設(shè)計(jì)方案為強(qiáng)夯方案。強(qiáng)夯法處理地基是利用夯錘自由落下產(chǎn)生的沖積能和沖擊波使地基密實(shí)，考慮到上更新統(tǒng)沖擊層 （alQ3）砂礫石層已滿足地基要求，故只處理其上的土層。進(jìn)口檢修閘和進(jìn)口擋墻基礎(chǔ)下的粉質(zhì)黏土及重粉質(zhì)壤土層厚度約7.5 m，出口檢修閘和出口擋墻基礎(chǔ)下粉質(zhì)黏土及alQ42砂礫石土層厚度約8.5 m?？紤]建筑物基礎(chǔ)面土層以上1.5 m的夯擊保護(hù)范圍，進(jìn)、出口段強(qiáng)夯的有效深度分別為9.0 m和10.0 m。

強(qiáng)夯的單位夯擊能應(yīng)根據(jù)地基土類別、結(jié)構(gòu)、類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，考慮到兩段的土層情況，依據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，選用8 000 kN·m的單擊夯擊能。強(qiáng)夯處理范圍為基礎(chǔ)外緣6 m寬度范圍內(nèi)的面積，并適當(dāng)放寬，強(qiáng)夯處理面積為1.9萬(wàn)m2。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試夯情況

強(qiáng)夯生產(chǎn)性試驗(yàn)區(qū)選在淝河倒虹吸進(jìn)口段TS238+127—TS238+155樁號(hào)間，共布置夯點(diǎn) 49個(gè)，其中第1遍夯點(diǎn)16個(gè)，第2遍夯點(diǎn)9個(gè)，第3遍夯點(diǎn)24個(gè)。

現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）夯坑過(guò)深，起錘困難，使得填料量過(guò)大。

（2）因填料量過(guò)大且頻繁填料，導(dǎo)致相鄰兩次夯擊沉降差不能準(zhǔn)確反映基礎(chǔ)處理效果，使得夯擊數(shù)據(jù)失真。

（3）夯坑周圍隆起量過(guò)大，夯擊效果減弱。

（4）最后兩擊沉降差不能滿足設(shè)計(jì)、合同及規(guī)范要求。

以上試驗(yàn)結(jié)果可以確定：需要進(jìn)一步調(diào)整強(qiáng)夯設(shè)備及試夯參數(shù)，直至滿足設(shè)計(jì)要求為止。每次試驗(yàn)都需要調(diào)整參數(shù)和設(shè)備，由此引起試驗(yàn)周期、費(fèi)用大幅增加，相應(yīng)工期也需要延長(zhǎng)，增加許多不確定性。同時(shí)由于夯擊能較大，可能發(fā)生震動(dòng)擾民現(xiàn)象，故變更基礎(chǔ)處理方案。

4 CFG樁基礎(chǔ)處理方案

鑒于上述原因，并結(jié)合本工程的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工條件，經(jīng)過(guò)比較、分析，最終確定采用具有工期短、施工速度快、工程質(zhì)量容易控制以及工程造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn)的CFG樁復(fù)合地基處理方案。

CFG樁布置的范圍為淝河倒虹吸進(jìn)口擋墻基礎(chǔ)、出口閘室底板、出口擋墻基礎(chǔ)的輪廓線內(nèi)，并在基礎(chǔ)輪廓線外布置1排保護(hù)樁。樁直徑50 cm，間距1.6 m，梅花形 （正三角形）布置。樁端深入至砂礫石及礫質(zhì)砂層，進(jìn)口擋墻基礎(chǔ)下樁端高程

112.0 m，出口閘室底板、出口擋墻基礎(chǔ)下樁端高程112.50 m，樁頂設(shè)置40 cm厚級(jí)配碎石褥墊層。

另外，分別選取進(jìn) （出）口擋墻、進(jìn) （出）口節(jié)制閘等部位進(jìn)行沉降變形計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 沉降變形計(jì)算結(jié)果表 cm

計(jì)算結(jié)果表明，進(jìn)行CFG樁基礎(chǔ)處理后，進(jìn)口擋墻段、出口閘室段、出口擋墻段沉降量、不均勻沉降差、相鄰建筑物間沉降差均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)夯法加固地基具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資省、施工方便，等特點(diǎn)，但其場(chǎng)地適用性及合理試夯參數(shù)需由試夯決定，對(duì)于基礎(chǔ)承載力要求較高的壤土地基更需周詳考慮，工期緊張時(shí)尤應(yīng)謹(jǐn)慎。CFG樁復(fù)合地基具有工期短、施工速度快、工程質(zhì)量容易控制、工程造價(jià)較低等特點(diǎn)，不失為一個(gè)水工建筑物基礎(chǔ)處理的好方法。

于 野 男 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

趙新波 男 高級(jí)工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

陳 浩 男 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

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