（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司 山西太原 030024）

1 工程概況

興稷水庫壩址位于稷山縣馬壁峪西澗河道上。壩址以上控制流域面積338.8 km2，總庫容230.88萬m3，為?。á瘢┬退畮欤?0年一遇設(shè)計，300年一遇校核；該壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩高15.50 m，壩長262.50 m。

導(dǎo)流泄洪閘布置在水庫大壩右側(cè)，進口布置在大壩上游主河槽內(nèi)。由進口引渠段、上游鋪蓋段、閘室段、消力池段和海漫段五部分組成。閘室段順?biāo)鞣较蜷L27 m，采用C25鋼筋混凝土整體式閘室結(jié)構(gòu)，閘孔凈寬3×3.5 m，閘室段上游布置檢修閘門、下游布置弧形工作閘門。底板厚2.5 m，閘墩高15.6 m，中墩厚2.0 m，邊墩為重力式擋墻斷面，頂寬1.0 m，背坡為1∶0.25。閘室上、下游均設(shè)齒槽，上游深6.5 m，下游深6.0 m，底寬1.5 m，內(nèi)側(cè)坡度為 1∶0.5。

工程平面布置如圖1所示。

2 導(dǎo)流泄洪閘穩(wěn)定及應(yīng)力計算

2.1 穩(wěn)定計算

1）荷載及其組合

荷載:水閘自重；靜水壓力；揚壓力；浪壓力；冰壓力；地震力；冰壓力。荷載組合表見表1。

2）閘室建基面抗滑穩(wěn)定計算

根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL 265—2001）規(guī)定，閘基面抗滑穩(wěn)定按抗剪公式進行計算。公式如下:

式中:K——泄洪閘沿建基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f——泄洪閘與建基面之間的摩擦系數(shù)，取f=0.35；

ΣG——作用于泄洪閘上的全部荷載對滑動面的垂直分量，kN；

圖1 興稷水庫工程平面布置圖

表1 閘室穩(wěn)定計算的荷載組合

ΣH——作用于泄洪閘上的全部荷載對滑動面的平行分量，kN。

泄洪閘抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K在基本組合時取1.2，特殊載組合（Ⅰ）時取1.05，特殊組合（Ⅱ）時取1.0。

計算簡圖見圖2。

圖2 閘室建基面抗滑穩(wěn)定計算簡圖

閘室抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果見表2。

計算結(jié)果表明，計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，泄洪閘抗滑滿足要求。

2.2 閘基應(yīng)力計算

泄洪閘基底應(yīng)力計算按《水閘設(shè)計規(guī)范》要求，采用下式計算:

表2 閘基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

ΣG——作用在泄洪閘上全部豎向荷載，kN；

A——泄洪閘基底面面積，m2；

ΣM——作用在泄洪閘上的全部荷載對于基底面垂直水流方向的形心軸的力矩，kN·m；

W——泄洪閘基底面對于垂直水流方向的對形心軸的截面矩，m4。

根據(jù)規(guī)范要求，在各種荷載組合情況下，泄洪閘閘室平均基地應(yīng)力小于等于地基允許承載力；最大基地應(yīng)力應(yīng)小于等于地基允許承載力的1.2倍；對于中等堅實閘基土，基地應(yīng)力最大值最小值之比的允許值:基本組合不大于2.0，特殊組合不大于2.5。

閘室基地應(yīng)力計算結(jié)果見表3。

表3 閘基垂直應(yīng)力計算成果表

從表中可見，各種工況下，基本組合最大最小應(yīng)力比值σmax/σmin最大值為1.98，滿足規(guī)范要求，特殊組合最大最小應(yīng)力比值σmax/σmin最大值為2.33，滿足規(guī)范要求。閘室基底面平均應(yīng)力σ最大值為219.26 kPa，最大應(yīng)力 σmax為 241.78 kPa，最小應(yīng)力σmin為 104.27 kPa。

由地質(zhì)資料可知，閘室地基土允許承載力第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）低液限黏土為160 kPa，地基承載力不滿足設(shè)計要求，需要對基底進行加固處理。

3 閘室復(fù)合地基承載力計算

3.1 閘室段工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)資料，閘基地基分三層:主要為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）低液限黏土、級配良好礫及第四系上更新統(tǒng)洪沖積（Q3pal）低液限黏土層。其中（Q4pal）低液限黏土主要分布于河床中，淺灰色，濕，稍密，中壓縮性，局部含少量云母碎屑及鐵銹斑點，該層厚7.5～11.5 m，層底深度 16.5～18.0 m，承載力特征值為160 kPa。下部為第四系上更新統(tǒng)洪沖積（Q3pal）低液限黏土主要分布于整個河床下部，淺黃色，淺灰色，濕，密實，中壓縮性，局部含少量云母碎屑及鐵銹斑點，承載力特征值200 kPa，該層在勘探深度30.0 m范圍內(nèi)已揭露最大厚度13.5 m。

考慮由第②層第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）低液限黏土作為持力層，采用高壓旋噴樁復(fù)合地基提高地基承載力，并對其下低液限黏土層進行地基承載力修正計算。

3.2 復(fù)合地基承載力計算

根據(jù)《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》（GB/T50783-2012），單樁抗壓承載力特征值計算采用下列兩公式計算，計算結(jié)果取小值。

式中:Ra——單樁豎向抗壓承載力特征值，kN；

up——樁的截面周長，樁徑1 m，計算得3.14 m；

n——樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)，設(shè)計為2層；

qsi——第i層的樁側(cè)摩阻力特征值，kPa；低液限黏土層取15 kPa；

li——第i層土的厚度，土層厚21.0 m。

α——樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)規(guī)范《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）7.3.3條第 3 款 0.4～0.6，取值 0.5；

qp——樁端地基土未修正的承載力特征值，單位，kPa；根據(jù)地質(zhì)資料，按照最大承載能力160 kPa，設(shè)計取130 kPa。

Ap——單樁截面積，設(shè)計樁徑采用1.0 m，計算得0.785 m2；

η——樁體強度折減系數(shù)，根據(jù)規(guī)范《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》（GB/T50783-2012）7.2.4條，可取值0.33；

fcu——樁體抗壓強度平均值，kPa；參照相關(guān)工程經(jīng)驗，取值2 MPa。

計算簡圖見圖3。

復(fù)合地基承載力特征值計算公式為:

式中:βp——樁體豎向抗壓承載力修正系數(shù)，根據(jù)規(guī)范初步取1.0；

m——復(fù)合地基面積置換率，取值0.227；

Ra——單樁豎向抗壓承載力特征值，計算得518.1 kPa；

Ap——單樁截面積，m2；設(shè)計樁徑采用1.0 m，計算得 0.785 m2；

βs——樁間土基承載力修正系數(shù)，根據(jù)規(guī)范初步取0.5。

fsk——樁間土地基承載力特征值，天然土層為120kPa，提高系數(shù)取1.1，計算得132kPa；

圖3 泄洪閘剖面圖

復(fù)合地基承載力的基礎(chǔ)寬度承載力修正系數(shù)取0；基礎(chǔ)埋深的承載力修正系數(shù)應(yīng)取1.0。修正后的復(fù)合地基承載力特征值（fa）應(yīng)按下式計算:

式中:fspk——復(fù)合地基承載力特征值，單位，kPa；計算得200.8 kPa；

γm——基底面以上全部土層的加權(quán)平均重度，單位，kN/m3；取 17.7；

D——基礎(chǔ)埋置深度，m；取4.0 m。

根據(jù)以上公式計算結(jié)果見表4。

表4 復(fù)合地基承載力特征值計算表

由計算可知，pk≤fa，Pkmax≤1.2×fa，因此復(fù)合地基承載力滿足要求。

3.3 下臥層地基承載力計算

根據(jù)地質(zhì)條件，卵石混合土層下部為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）低液限黏土層，應(yīng)對此下臥層進行承載力驗算。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，軟弱下臥層承載力公式:

式中:pz——軟弱下臥層頂面的附加壓力值，kPa；

pcz——軟弱下臥層頂面地基土的自重壓力值，為202.8 kPa；

faz——軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值，為305.3 kPa；

pk——基底平均最大應(yīng)力，計算得219.3 kPa；

pc——基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，為200kPa；

z——基礎(chǔ)底面至軟弱下臥層頂面的距離，為30 m；

θ——地基壓力擴散線與垂直線的夾角，根據(jù)規(guī)范查表為23.3°；

b——矩形基礎(chǔ)底面的寬度，為23.7m；

l——矩形基礎(chǔ)底面的長度，為27 m；

計算得軟弱下臥層修正后地基承載力特征值見表5。

表5 軟弱下臥層修正后地基承載力特征值表

由計算可知，軟弱下臥層地基承載力大于附加應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

閘室底板下采用100 mm厚C15素混凝土墊層，為提高地基承載力，閘室段基礎(chǔ)下增設(shè)水泥土高壓旋噴樁復(fù)合地基，處理范圍為閘室基礎(chǔ)邊緣外擴3 m，樁長12.0 m，樁徑1.0 m，樁間距2.0 m，正三角形布置。以第②層第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）低液限黏土作為樁端持力層。