阿苇渠首泄洪冲沙闸基础处理方案探讨

２００８年第４期　・２５・　阿苇渠首泄洪：中沙闸基础处理方案探讨　王新涛　，张丰良２　（１．新疆防洪抗旱通信管理中心。乌鲁木齐８３００００；　２．新疆７Ｋ利７　电勘测设计研究院。乌鲁木齐８３００００）　摘要：本文根据工程实例阐述了闸址基础处理采取的处理方法，由于闸址地基地质情况变　化，在施工期短，投资小等条件的限制下，采用合理并满足该工程基础要求的情况下，根据建筑物　和基础条件的特点分析，确定采用砂砾石换填法，以满足该工程闸址的基础需要。　关键词：基础处理；换填法；砂砾石垫层　水闸的地基条件对于工程的建设至关重要。　分段为松散砂状，岩石强度偏低，强风化厚度约　分析已建水闸工程失事的原因，主要是闸址地质　为５ｍ，花岗片麻岩比重２．７３　眦３，密度２．７ｇ／　条件不好，或经过处理但没有处理好。根据＜水　锄　，孔隙率１．２８，软化系数０．７８，干抗压强度　闸设计规范》，闸址往往选择地质条件良好的天　１１０ＭＰａ，饱和抗压强度６０ＭＰａ，粘聚　为８ＭＰａ，　然地基，最好是选用新鲜完整的岩石地基，或承　内摩擦角为４６。。按照设计方案，闸址基础位于　载能力大、抗剪强度高、压缩性低、透水性小、抗　砂砾石层上，砂砾石层厚３～４ｍ，根据地基承载　渗稳定性好的土质地基。本文主要针对砂砾石　力计算结果，承载力满足要求，可以作为基础持　地基上建设水闸做一点探讨，希望能够寻找出处　力层。　理类似工程问题更经济合理的方法。　河床闸址处地下水位埋深１．５～２．０ｍ，地下　１工程概况　水矿化度多低于ｌｇ／ｌ，均属于淡水。水化学类型　阿苇渠首位于新疆青河县，控制灌溉面积　主要为ＨＣＯ３・ＳＯ４一Ｃａ・Ｋ＋Ｎａ、ＨＯ３３・ＳＯ４一Ｃａ　３１．５１×１０　亩，为拦河引水渠首，属Ⅲ等工程，由　・Ｍｅ型水或ＳＯ４・ＨＣＯ３一Ｃａ・Ｎａ型水，水质较　二孔进水闸、三孔泄洪冲沙闸、溢流侧堰及导流　好，宜于人畜饮用和灌溉，对混凝土无任何侵蚀　堤组成。引水拦河渠首的防洪标准：设计洪水标　性。　准为２０（Ｑ设＝５６９ｍａ／ｓ）年一遇，校核洪水标准　但是现场基础开挖后，地质情况发生了变　为５０（Ｑ皎＝６５４ｍ３／ｓ）年一遇。　化。工程区闸址处地基表层为厚约１．５　ｍ的河　根据前期勘探资料，工程区闸址处上部为砂　床淤积雨成的沙壤土层；下层为厚２～３　ｍ的砂　卵砾石层，厚６～７ｍ，级配较好，中等密实，比重　砾石层，下覆１．５～２．５　１ＴＩ的冰川泥砾层，冰川泥　２．７０　锄　，干密度２．０８　，粘聚力为０，内　砾层含砾石较少，砾径较小，局部含泥量较高，颗　摩擦角为３８。，地基允许承载力为３００ｋＰａ。一Ｆ层　粒不均一，在饱和状态下较软；以下为花岗片麻　为冰川泥砾层，厚３～５ｍ，属弱透水层，泥砾层比　岩。闸室基础开挖至基础设计高程后，砂砾石层　重２．６８ｇ／ｃｍ３，粘聚力为３０ｋＰａ，内摩擦角为　厚仅不到１．０ｍ（详见图１），而下层的冰川泥砾　３１。。下覆花岗片麻岩，强风化段内钻探岩心部　层遇水容易软化，地基的压缩性大，承载能力低，　・２６・　王新涛，张丰良：阿苇渠首泄洪冲沙闸基础处理方案探讨　ｌ　ｔ　程　卫　王　一　抗冲能力差，细砂容易液化，在闸室自重及外荷　作用下，地基可能产生较大的沉降或沉降差，造　成闸室倾斜，止水破坏，闸底板断裂甚至发生塑　（１）提高基础底面以下地基浅层的承载力。　吼　由于地基中的剪切破坏是从基础底面下边角处　开始，随基底压力的增大而逐渐向纵深发展的，　性破坏引起水闸失事，不能满足基础持力层要　浅基础的地基承载力与基础下卧层的抗剪强度　求。因此设计上必须采取处理措施，以满足地基　也有关，以抗剪强度较高的砂砾石垫层置换较软　承载力的要求。　弱的土层，可提高地基的承载力；另外，砂砾石垫　层密实度大、强度高，可将建筑物基底压力扩散　传递到其下。闸址基础换填后砂砾石垫层粘聚　力为０，内摩擦角为３ｌ。，干密度为２．２９　ｇ／　，ｋ　＝２．１×１０－３锄／ｓ，地基允许承载力为３００ｋＰａ，　可看出换填的砂砾石层摩擦系数较大，承载力较　高，因此采用换填砂砾石料作为闸址基础持力　层，满足设计要求。　（２）减少沉降量。根据已建工程实践，一般　地基浅层部分的沉降量在总沉降量中所占的比　例都较大，由于土体侧向变形引起的沉降，理论　上也是浅层部分占的比例较大。以压缩模量高、　舅片＿ｉ　压缩性小的砂砾石垫层置换上部软弱土层，可以　图１洪泄闸闸室地质纵剖面图　显著减少这部分的沉降量。　（３）Ｎ速地基的排水固结。该工程将遇水易　２基础处理设计方案　２．１泄洪冲沙闸基础处理方案　软化的冰川泥砾层换填为砂砾石层，主要因建筑　根据工程实际地质情况及设计方案，采用换　物的不透水基础花岗片麻岩直接与软弱土层相　填法进行处理。将泄洪冲沙闸闸室基础的砂砾　接触时，在荷载的作用下，软弱土地基中的水被　石层和泥砾层全部清除到基岩上，初步确定用　迫绕出两侧排出，延长了渗径，因而使基底下的　Ｃ１５的抛石混凝土回填至设计闸底板开挖高程，　软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可　或用砂砾石料回填至设计闸底板开挖高程。　能导致由于地基强度降低而产生破坏的危险。　由于闸基地下水埋深浅，基坑闸室开挖过程　用砂砾石作为垫层材料，砂砾石垫层透水性能　中涌水量较大，施工时要求基坑开挖面大，必须　好，垫层可作良好的排水面，可使基础下面的孔　设置排水沟不断排水保证基坑的干燥。对于本　隙水压力迅速消散。避免地基土的塑性破坏。　工程在入冬前必须完成泄洪冲沙闸的施工，以备　（４）防止冻胀。工程区多年最大冻土深　第二年汛期使用泄洪冲沙闸导流，满足过洪要　２．４２ｍ，冬季天气寒冷，河道长年有水，而粗颗粒　求，而抛石混凝土旋工期长，在质量控制上也存　的砂砾石垫层材料孑Ｌ隙大，不易产生毛细管现　在问题。换填砂砾石便于施工，施工期短，基坑　象，因此可防止寒冷地区土中结冰所造成的冻　开挖面小，施工简便、快捷，质量易于控制，并可　胀。　３适合砂砾石开挖换填的范围　充分利用当地材料及开挖料，工程投资相对抛石　２．混凝土小。因此确定采用换填砂砾石料更适合　根据该渠首开挖后的实际地质情况，冰川泥　砾层上覆不足ｌｍ的砂砾石层，下为花岗片麻　岩，在荷载作用下，采用砂砾石层置换有可能被　本渠首的设计方案。　２．２换填砂砾石主要考虑的因素　王新涛，张丰良：阿苇渠首泄洪冲沙闸基础处理方案探讨　・２７－　剪切破坏的冰川泥砾层，来提高地基承载能力，　复核分别按基本荷载组合和特殊荷载组合　就要求它的构造要有一定的厚度；同时还应有足　进行：基本组合包括正常高水位或设计洪水位、　够的宽度，以防止向垫层两侧挤出。砂砾石换填　完建期；特殊组合包括校核洪水情况和地震情　—般适用于３ｍ内的软弱、透水性强的粘性土层　况。抗滑稳定计算及基础应力计算复核成果见　处理；换填层厚度一般为０．５～２．５ｍ之间为宜。　表１。　换填厚度若超过３ｍ，则费工费料，施工难度也较　表１渣洪冲沙闸稳定及应力计算成果　大，费用高；若小于０．５ｍ，则不起作用。　２．４换填砂砾石的施工要求　本工程设计要求换填砂砾石料级配均匀，相　对密度达到０．８　０。８５，对应干密度为２．１６～　２．１８ｇ／ｃｍ３，填料应满足以下几条：　（１）砂砾石垫层的填料，应选用质地坚硬的　粒料，不应混入风化料、软岩破碎料或其它有机　经计算，最大压应力与最小压应力的比值基　杂物。　本组合小于２．０、特殊组合小于２．５，基础应力最　（２）砂、石材料含泥量（＜０．１　ｒｎｒｎ颗粒含量）　大值小于地基允许应力３００ｋＰａ，均满足规范要　不应超过５％，碎卵石最大粒径可放宽至７０　求。　玎Ⅱｎ０　３结语　　‘（３）天然级配的砂砾石应级配良好，其颗粒　（１）该工程在实际施工中，由于地质情况发　的不均匀系数最好不小于１０，曲率系数Ｃｕ；１～　生了变化，采用了换填砂砾石垫层的基础处理措　３ｏ　施，砂砾石基础具有摩擦系数较大，承载力较高　（４）砂砾石换填层中的砂，应为洁净的中、粗　等特点，并通过理论计算复核建筑物的稳定性，　砂，避免使用细砂。　换填基础达到了设计的目的和要求。　（５）天然砂砾石作为填料的砂砾石换填层，　（２）该工程地基承载力和变形不能满足建筑　施工中可由人工分层铺平，分层分级夯铺，每层　物要求的情况下，需处理的地基厚度又不很大　铺设厚度应小于３００ｒａｍ，如采用大型碾压机械，　时，采用强度较高的砂砾石垫层，换填基础底面　其铺设厚度可控制在５００ｍｍ以内，１２　ｔ以上压　下处理范围内的全部软弱土层，提高地基承载　路机碾压８～１２遍。　力，使其满足建筑物上覆荷载的要求。　２．５闸室地基承载力复核　（３）新疆地区戈壁地貌较为常见，砂砾石丰　泄洪冲沙闸闸体基础座在换填后的砂砾石　富而土壤较少，很多水闸工程已建于砂砾石基础　层上，闸体混凝土与基础砂砾石接触面的抗剪摩　之上，因而对于换填砂砾石的基础处理方案，是　擦系数ｆｌ＝０．４５；砂砾石层地基允许承载力为　值得在工程中参考和进一步探讨的。　３００ｋＰａ。　参考文献　１陈宝华。张世儒．水闸［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社。２００３．　２水闸设计规范（ＳＬ２６５—２００１）［Ｓ］．北京：中国水利水电出版社，２００１．　３屈志炯．砂砾石地基上闸坝渗流稳定的研究［Ｊ］．成都水利，１９９５（１）：２２—２５．　４水闸施工规范（ＳＬ２７－９１）［Ｓ］．北京：水利电力出版社。１９９１．