桥闸重建工程拦河闸基础处理方案优化设计研究

许凤华，张宝红

（1.泊头市水务局，河北 泊头 062150；2.泊头市大运河水利建设有限公司，河北泊头 062150）

1 工程概况

某桥闸位于某河流下游支流的中部，距离出海口12 km。桥闸作为该河流出海拦河闸中最重要的工程，具有多方面的功能。在实际工作中，该桥闸的功能主要是防潮、灌溉、供水，辅以交通和发电，是I等大（1）型综合水利枢纽工程。在该桥闸工程的重新建设中，建筑物主要包括拦河闸、水电站、闸上交通桥、两岸连接段，对于不同的组成部分具有不同的要求，每个组成部分充分发挥自己的作用，对整个桥闸工程产生重要的影响。拦河闸共32 孔，每孔宽12 m，泄洪总净宽384 m；水电站安装灯泡贯流式机组3 台。闸上交通桥总长476.7 m。由于工程所处的地质条件较差、为淤泥质软弱土层地基，不利于施工的顺利进行，必须采取相应的措施对其进行加固处理，才能满足工程建设的需要。另外，工程所在地区的地震烈度为8 度。在工程建设过程中，为了达到最佳的基础处理效果，有必要采取相应的策略优化设计方案，对各项工作进行科学合理的安排，以更好地指导实际工作，提高工程建设综合效益。

2 拦河闸基础处理方案

2.1 工程地质条件

为了对拦河闸的基础进行更好的处理，首先要全面了解该工程的地质条件，对其进行深入的调查和分析，以全面掌握该区域的地质情况。

（1）地质特征。该工程所在地区为三角洲冲积平原，拦河闸建基面高程3.1 m，开挖深度1～3 m。建基面是第四系深厚冲积层，为中粗砂，厚度1～2 m；下部为淤泥质软土层，埋深约20 m。最下层是第四系海陆交互相堆积层，土质比较均匀，并且具有较好的粘性。

（2）地质条件给工程带来的负面影响。不同的结构层具有不同的特点，同时存在着不足之处，给工程建设带来不利影响。就中粗砂来说，它容易造成闸基渗漏和绕闸渗漏现象，在施工中需要采取相应的措施以避免渗漏现象的发生，提高工程质量。淤泥质软土层含水量过大、渗透性较差、压缩性较高和强度较低，容易造成一系列的施工问题，给工程建设带来不利的影响。如，较大沉降变形、不均匀沉降等是该区域工程施工中比较常见的问题。在施工中，如果出现这些情况，往往给基础处理带来严重的影响，需要采取相应的措施进行处理，以避免沉降现象的产生，提高地基处理的效果。此外，淤泥质软土层抗滑稳定性较差，如果没有经过任何处理，是不能作为天然地基基础的。因此，为了使其满足施工要求，必须采取相应的措施对其进行处理，提高其抗滑稳定性，使其满足作为天然地基基础的要求。

2.2 初步设计阶段方案设计

（1）方案选择。拦河闸基础地基承载力不低于130 kPa，为了提高工程质量，施工组通过全面仔细的研究，制定出不同的施工方案；同时，对比分析方案的技术性和经济性，并考虑工程所应该满足的抗渗、围封要求，决定采用水泥搅拌桩复合地基方案。该方案的选用不仅适应了基础处理的具体需要，能够满足工程建设的要求，提高施工质量，而且能够加快施工速度，使工程建设在相对较短的时间内完成并节约成本，提高工程效益。

（2）计算内容和沉降量控制。水泥搅拌桩复合地基方案计算中参照相关的技术规范和标准，以更好地满足施工的需要，提高工程质量。具体计算内容包括单桩竖向承载力特征值、复合地基承载力特征值、复合地基变形。为了确保计算的精准度，必须对下卧层承载力进行相关的验算，具体计算公式和参数取值源于相关规范。此外，对于拦河闸地基最大沉降量也要严格按照相关规定进行控制，要求最大沉降量不宜超过150 mm。

（3）最终方案确定。初步设计阶段，最终方案确定如下：水泥搅拌桩Φ500@1 100 mm，呈正方形布置，平均设计桩长19 m，并且穿透淤泥和淤泥质土层，其中最长的桩长为20 m。在进行设计时，考虑到围封桩的作用，该方案的置换率m=24.24%。经计算，单桩竖向承载力特征值为97 kN，复合地基承载力特征值为145 kPa，复合地基沉降量为102 mm。通过计算分析，发现复合地基承载力、下卧层强度、沉降量取值合理，与相关规范要求相符合，证明该方案是切实可行的。

2.3 施工图阶段方案优化

在该工程拦河闸基础施工中，其显著特点为面积大、施工任务多，需要处理的内容较多。因此，在进行方案优化时，需要充分考虑工程建设的这方面特点，以更好地适应施工的具体需要，提高工程建设质量。通过计算得知，单桩竖向承载力特征值对复合地基承载力特征值的大小会产生影响，但决定因素是桩身材料强度。至于桩长，它并不影响竖向承载力特征值，它能够发挥的关键作用是控制拦河闸基础的沉降。所以，为了降低工程建设成本、减少施工所耗费的时间、促进施工顺利进行，方案优化时，在沉降满足规范要求范围之内，以缩短桩长为出发点，进而达到上述目的。

（1）方案一。第一，具体方案的设计。水泥搅拌桩Φ500@1 100 mm，采用正方形布置，平均设计桩长为15 m。考虑到围封桩作用，方案置换率m=24.24%，单桩竖向承载力特征值为97 kN，复合地基承载力特征值为145 kPa，复合地基的沉降量为161 mm。经过计算，并结合相关规范要求可以得知：复合地基承载力满足相应规范的要求，但是下卧层强度以及沉降量都不符合相关要求。这说明此方案不符合施工要求，在施工中不能运用。第二，对方案进行分析。由计算方案一可知，淤泥质软土层地基承载力低，不能适应施工需要。如水泥搅拌桩不能够穿透到淤泥质软土层，为了满足施工规范相关要求，必须改变这种强度较低的状态。因此，只有加长水泥搅拌桩长度，提高土层承载力，使其不会发生较大的沉降，才可以符合相应的规范标准。但是，考虑到下卧层强度都未能够满足相关要求，水泥搅拌桩必须穿透淤泥质软土层并且达到持力层，这样才可以满足下卧层强度的要求。

（2）方案二。第一，方案设计，考虑长短桩交替布置方案。长桩穿透淤泥质软土层到达持力层，使得下卧层强度能够满足要求。采用沉降量低于规范允许值的方式，对短桩长度进行控制，从而达到减少水泥搅拌桩工程量的目的。第二，方案分析。水泥搅拌桩Φ500@1 100 mm，采用正方形、长短桩交替布置的布置方式，长桩平均设计长度为19 m，短桩平均设计长度为15 m，方案上部的复合地基置换率为m=24.24%，下部的复合地基置换率为m=8.1%。其中，单桩竖向承载力特征值为97kN，复合地基承载力特征值为145 kPa，复合地基的沉降量为121 mm，都符合相应的标准要求。因此，这个方案是可以实施的，最终在实际工程实践中运用的正是这个方案。

2.4 方案比较分析

将初步设计阶段和施工图设计阶段的处理方案进行比价分析，见表1。设计时，通过采取相应的策略进行优化处理，拦河闸基础处理不仅节约了工程造价，还大大减少了工作日，其中节约工程造价159.24万元、减少工时2 840工日。拦河闸基础处理工程量大，面积比较宽，需要使用的时间长，如果不采用优化方案的方式，必然大大增加工程造价，延长工程完成时间，对工程建设带来多方面的不利影响。而通过对方案的优化，不仅在一定程度上节约了拦河闸基础处理的造价；而且，还大大地缩短了施工工期，为工程的后续施工争取了工期。由于优化了方案，后续工期就可以不用二期围堰，有利于后续工程的施工，也间接地节约了二期围堰的投资。

表1 拦河闸基础水泥搅拌桩处理方案比较分析

3 结语

通过以上的分析可知，在上述桥闸重建工程中，由于采取相应的策略，对基础处理方案进行了优化设计，不仅使工程建设的周期得以缩短，还大大节约了投资，施工效果十分明显。实践表明，该方案的运用是切实可行的，是成功的。此外，在深厚软弱土层地基的处理与施工方面，该工程取得良好的效果，能够为类似工程提供借鉴与参考。尤其是在对其上面的建筑物基础处理中，运用水泥搅拌桩方案在将来的桥闸重建工程拦河闸基础处理方面可以进一步推广和应用。

[1]王礼瓶.金鸡拦河闸重建工程右河床闸室桩基施工期水毁处理[J].水利工程设计，2009，（4）：25-27.

[2]林瑜.浅谈拦河闸的外观建筑设计[J].广东水利水电，2002，（2）：57-58.

[3]林广斌.浅析金鸡拦河闸重建工程的环境保护与防治控制[J].广西水利水电，2012，（4）：17-20.