南水北调中线鲁山南2段工程淝河倒虹吸基础处理方案优化

2016-09-02赵新波

水利水电工程设计 2016年2期

关键词：淝河闸室粉质

于野赵新波陈浩

于野赵新波陈浩

结合淝河倒虹吸工程实际情况，分析其基础处理所采用的强夯法和CFG桩复合地基法。CFG桩复合地基具有工期短、施工速度快、工程质量容易控制、工程造价较低等特点，因而在工民建领域广为应用，在水利工程中也不失为一个好的选择。

淝河倒虹吸基础处理强夯法 CFG桩复合地基法

CFG桩 (水泥粉煤灰碎石桩)复合地基处理技术是20世纪80年代末中国建筑研究院地基所开发的新的地基加固技术，具有工期短、施工速度快、工程质量容易控制和工程造价低等特点，目前广泛应用于工民建领域内的多层、高层、超高层建筑，并成为某些地区最为普遍的地基处理方法之一。南水北调中线工程淝河倒虹吸基础处理由原设计的强夯方案改为CFG桩复合地基方案的成功应用，进一步拓展了水工结构中基础处理方法，值得推广。

1 工程简介

淝河倒虹吸工程位于河南省鲁山县马楼乡薛寨东侧淝河上，据鲁山县约12 km，是南水北调中线总干渠穿越淝河的大型交叉建筑物。倒虹吸设计流量320 m3/s，加大流量380 m3/s。

倒虹吸管身横剖面为2孔一联，共4孔，箱型钢筋混凝土结构，单孔孔口净尺寸为7.0 m×7.0 m（宽×高）。每联设缝相隔，缝距5 cm。倒虹吸各管节间设沉降缝，缝宽2 cm。建筑物包括进口渐变段挡墙、进口闸室段、倒虹吸管身段、出口闸室段以及出口渐变段挡墙等部分，总长共404 m，其中管身段总长254 m。

2 工程布置及地质条件

淝河倒虹吸由进口渐变段挡墙、进口闸室段、倒虹吸管身段、出口闸室段以及出口渐变段挡墙等组成。

2.1 进口渐变段挡墙

进口渐变段挡墙长48 m，该段为迎水面坡度为1∶2的仰斜式斜坡挡墙过渡为直立重力式挡墙的扭面。布置在右岸Ⅱ级阶地近河底地带，地面高程128.5～128.8 m，地形平坦。

进口渐变段挡墙由总干渠梯形断面渐变至矩形断面，并与进口检修闸相连。渠顶高程为134.172 m。设计渠底板高程由 125.596 m，以6.12%坡降至高程122.66 m，该段为半挖半填，最大开挖深度约6.1 m，渠堤最大填方高度约5.9 m。渠坡主要为第四系上更新统冲积层（alQ3）重粉质壤土和粉质黏土。

2.2 进口检修闸室段

进口检修闸为开敞整体式平底板闸，长16 m，布置在右岸Ⅱ级阶地，紧邻进口渐变段挡墙。地面高程128.3～128.5 m，地形平坦。

闸底板高程122.66 m底板厚度为2.0 m。闸室开挖深度约为6.0 m，闸基主要为粉质黏土。持力层厚度约6 m，力学强度能够满足闸室的设计应力要求。

2.3 倒虹吸管身段

倒虹吸管身段始于右岸Ⅱ级阶地近河地带，经过淝河河床及漫滩，止于左岸Ⅰ级阶地前部。该段右岸Ⅱ级阶地地面高程127.1～128.3 m，左岸Ⅰ级阶地阶面高程为125.9～126.5 m，河床及漫滩地面高程123.5～126.5 m。

倒虹吸管身段水平投影长254 m，其中进口斜坡段长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，水平管段长140 m，出口斜坡段长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统冲积层（alQ3）的粉质黏土层和第四系全新统下部冲积层（alQ41）的砂砾石层上。地基土体强度满足地基设计应力要求。

2.4 出口检修闸室段

出口检修闸为开敞式平底板闸，长26 m，位于淝河左岸Ⅰ级阶地，地面高程125.9～126.6 m，地形平缓。闸底板高程125.396 m，底板厚度为2.0 m，闸室坐落在第四系全新统下部冲积厚约6.5 m的砂砾石层与重粉质壤土及粉质黏土上。

2.5 出口渐变段挡墙

出口渐变段挡墙长度为60 m，该段为直立重力式挡墙过渡为迎水面坡度为1∶2的仰斜式斜坡挡墙扭面。布置于左岸面Ⅰ级阶地及右岸Ⅱ级阶地上，地形平缓开阔。地面高程一般125.9～127.6 m。

按渠堤顶高程133.972 m，渠底高程125.396 m的设计方案，主要为填方段，开挖深度约2.5 m，填方高度7～8 m。渠堤地基为第四系全新统冲积层（alQ41）的砂砾石和第四系上更新统冲击层（alQ3）的粉质黏土上。

工程区各类土体的力学参数建议值如表1。

表1 土、岩体力学参数建议表

据表1可知，进口检修闸和进口挡墙坐落在粉质黏土及部分重粉质壤土层上，承载力标准值为170～200 kPa；出口检修闸和出口挡墙坐落在部分粉质黏土及部分砂砾石土层上，承载力标准值为180～290 kPa。考虑到进、出口挡墙地基承载力不满足要求，以及挡墙、闸室间的不均匀沉降，故对进、出口挡墙，出口闸室段进行地基处理。

3 基础处理原设计方案

3.1 原设计方案概况

原设计方案为强夯方案。强夯法处理地基是利用夯锤自由落下产生的冲积能和冲击波使地基密实，考虑到上更新统冲击层（alQ3）砂砾石层已满足地基要求，故只处理其上的土层。进口检修闸和进口挡墙基础下的粉质黏土及重粉质壤土层厚度约7.5 m，出口检修闸和出口挡墙基础下粉质黏土及alQ42砂砾石土层厚度约8.5 m。考虑建筑物基础面土层以上1.5 m的夯击保护范围，进、出口段强夯的有效深度分别为9.0 m和10.0 m。

强夯的单位夯击能应根据地基土类别、结构、类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑并通过现场试验确定，考虑到两段的土层情况，依据《建筑地基处理技术规范》，选用8 000 kN·m的单击夯击能。强夯处理范围为基础外缘6 m宽度范围内的面积，并适当放宽，强夯处理面积为1.9万m2。

3.2 现场试夯情况

强夯生产性试验区选在淝河倒虹吸进口段TS238+127—TS238+155桩号间，共布置夯点 49个，其中第1遍夯点16个，第2遍夯点9个，第3遍夯点24个。

现场强夯试验结果如下：

（1）夯坑过深，起锤困难，使得填料量过大。

（2）因填料量过大且频繁填料，导致相邻两次夯击沉降差不能准确反映基础处理效果，使得夯击数据失真。

（3）夯坑周围隆起量过大，夯击效果减弱。

（4）最后两击沉降差不能满足设计、合同及规范要求。

以上试验结果可以确定：需要进一步调整强夯设备及试夯参数，直至满足设计要求为止。每次试验都需要调整参数和设备，由此引起试验周期、费用大幅增加，相应工期也需要延长，增加许多不确定性。同时由于夯击能较大，可能发生震动扰民现象，故变更基础处理方案。