水闸四种地基设计方案比较

随着我国经济的不断发展，人们对自然资源的使用越来越成熟。如对河流的使用，人们不仅修建水坝桥梁，也修建了水闸来对河流进行使用。但是由于一些水闸的设计方案没有综合考虑多方面的因素，致使了水闸的施工质量得不到提高。如何解决这问题成为了人们关心的事情。下面以某水闸设计为例进行讨论。

1 概况

拟建的某大型水闸设计流量3500m3/s，闸孔总净宽324m，单孔孔径12.0m，共27孔，闸底板顶高程为14.0m，闸墩顶部高程为22.0m。该水闸工程，闸址区揭露的地层有不太明显的韵律层，均系河流近期冲积物，土质为粉质壤土夹粉细砂、粉细砂夹粉质壤土或砂壤土夹砂，局部含有淤泥质土，其厚度不等且变化较大。

该地层建基面高程约11.7m，落在第②层轻粉质壤土上，允许水力比降为0.30～0.35；第③层轻粉质壤土与砂壤土互层（Q4al），土渗透系数1.5×10-4cm/s，允许水力比降为0.20～0.25，防渗效果差；第⑥-1层中粉质壤土（Q3al），顶高程2.5m，底高程-10.0～2.5m，局部分布，地基承载力值为90～100kPa，孔隙比e=0.866，含水率ω=30.1%，塑性指数IP=12.6%。

天然地基存在的问题：水闸闸室完建期地基承载力不满足设计要求；下卧第③-1层、第⑥-1层压缩性高，地基沉降量及沉降差大，不能满足设计要求；地震作用下第②、③层严重液化，第③-1层有震陷的可能性，对水闸安全存在威胁。

2 初拟地基设计方案

根据水闸设计和地基土质特性，该工程需进行地基处理，地基处理方案与闸底板型式密切相关。考虑水闸的泄流和运用要求，闸室结构型式选择开敞式。目前水闸常用地基处理方法有对两孔一联整体式和分离式底板两种闸室结构型式，拟定四种地基处理设计方案：方案1，水泥土搅拌法（整体式室）；方案2，排水固结法（整体式闸室）；方案3，桩基础（分离式闸室）；方案4，沉井基础（分离式闸室）。

2.1 水泥土搅拌法（方案1）

水泥土搅拌法采用水泥土搅拌加固处理闸基土层以形成满足设计需要的复合地基，整体式闸室结构为两孔一联（中间孔为一孔一联），闸室采用C25钢筋混凝土开敞式结构，底板厚1.8m，中墩厚1.5m，边、缝墩均厚1.3m，闸室顺水流方向长18m。

水泥土搅拌单桩直径为600mm，闸室段桩间距l=1.25m，正方形布置，置换率m=18%，桩体下进入第⑤层黏土1.50m，桩长9.0m，全程复搅，褥垫层采用300mm水泥掺入量10%的水泥土，搅拌桩加固范围为闸基础轮廓线以外布设3排护桩，复合地基承载力标准值为135kPa。为满足防渗和抗震设计要求，在水闸底板下套打水泥土搅拌桩，形成格栅式水泥土地下连续墙，对第②、③层液化土层形成围封，水泥土地下连续墙有效厚度0.25m。

2.2 排水固结法（方案2）

排水固结法采用整体式闸室结构，其细部结构尺寸同水泥土搅拌法（如图1）。 排水固结通常采用真空预压法和堆载预压法，该工程采用塑料排水板堆载预压方案：将处理区场地开挖至14.5m，并整平，铺设一层土工布和0.8m厚的中粗砂垫层，再插打塑料排水板，逐层堆载。塑料排水板宽度b=100mm，厚度δ=4mm，当量换算直径dw=66.2mm，呈等边三角形排列，间距l=1.2m。排水板的深度应穿透第③-1层淤泥质壤土的底面2.0m，排水竖井深度h=12m。要求平均固结度不小于95%，固结时间约180d。为适应地基处理区的变形，防止在分界线处因地基固结程度相差较大而引起的地基开裂和承载力突变，在闸底板外缘外5m范围内，塑料排水板的间距从1.2m过渡到1.7m。为防止渗透破坏，淮河侧底板下垂直水流向设C25混凝土地下连续墙深9.0m、厚0.25m。

2.3 桩基础（方案3）

桩基础方案采用分离式闸室，每孔底板上设置两条沉降缝，闸底板、闸墩构成“⊥”结构型式，钢筋混凝土平底板上设齿形搭接缝（如图2）。闸室采用C25钢筋混凝土开敞式结构，大底板下设钻孔灌注桩，小底板下设预应力混凝土管桩基础，闸室顺水流方向长18m，大底板宽5.00m，小底板宽8.46m，大小底板厚分别为1.6m和1.1m；墩厚1.5m，边墩与岸墙结合布置。根据水闸竖向荷载和水平向荷载的大小，计算确定每块大底板下布置两排12根φ1000mm钻孔灌注桩，桩底穿入第⑨层不小于2.0m，桩长23m。为防止底板与地基脱空造成渗透破坏，在侧底板下垂直水流向设C25混凝土地下连续墙深9.0m、厚0.25m。

2.4 沉井基礎（方案4）

闸室采用C25钢筋混凝土开敞式结构，水闸底板（沉井封顶、小底板）厚1.2m，墩厚1.5m，闸室顺水流方向长18m。闸室沉井基础采用分离式连接，单块沉井平面为17.3m×15.0m，沉井刃脚底高程为3m，嵌入第⑤层黏土1.5m，沉井分格净尺寸约5m，外井壁厚0.8 m，中隔墙厚0.6m。沉井采用干封底：掺入12%水泥土找平、C25钢筋混凝土底板厚0.8m，沉井下沉就位后，井内回填素土至9m高程，水闸底板兼作沉井的封顶，厚1.2m。为防止渗透破坏，在上游侧沉井间采用高压旋喷灌浆封堵，高压旋喷桩桩径不小于0.9m，桩身强度不小于1MPa。

2.5 地基设计方案比选

根据地基土质特性、闸室结构特点、施工条件和运用要求，并综合考虑地基、基础及其上部结构的相互协调，对拟定四种地基处理设计方案进行技术经济比选。

地基处理设计方案，工程投资差距不大，综合该水闸特点、处理效果、施工技术及工后影响等因素，设计推荐采用方案3——桩基础。

3 结语

总的来说，当天然地基的承载力不够以至于不能满足提供建筑物结实的支撑的时候，我们需要对建筑物地基进行处理，加强地基的强度。地基的处理设计方案要从实际情况出发，考虑结构特点和施工条件，协调好地基与建筑的关系，比较方案的经济性然后进行选择。

参考文献：

[1] 赵永刚 等.洪积地层上某水闸地基设计方案比选[J].人民黄河，2012年第11期.

[2] 中华人民共和国建设部. JGJ94—2008 建筑桩基技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.