秦静

（浙江中禹工程技术有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概况

马踏石闸位于长江北岸菜子湖水系的三鸦寺湖出口，建于1968 年，1969 年竣工，是一座集防洪、灌溉、排水功能为一体的综合性水利工程。在对其进行现场调查之后发现，马踏石闸处于带病运行状态，多处部位存在严重破损，需进行除险加固，并对各部位地基进行处理，以此发挥马踏石闸的整体效益。

拆除重建后的马踏石闸工程规模为5孔×7 m，闸底板高程8.70 m，设计过水流量667 m3/s，20年一遇设计排洪水位迎湖侧为15.92 m、迎河侧为15.62 m，水闸工程级别为3级。

2 场地地质条件与主要物理力学参数指标

根据钻探揭露，此场地地层自上而下简述如下：①层人工填土（）呈灰黄色，稍湿～湿，松散～稍密；②层淤泥质粉质黏土（）呈灰～深灰色，很湿，软塑，光泽反应稍有光泽，干强度及韧性中等，摇震反应无，含少量腐殖质；②1层粉质黏土（）为②层淤泥质粉质黏土的夹层，呈透镜体状分布，灰色，湿，软～可塑；②2层粉砂（）为②层淤泥质粉质黏土的夹层，呈透镜体状分布，灰色、灰黄色，饱和，松散；③强风化砂岩（E1w）呈青灰色，砂质结构，薄～中厚层状构造；④中风化砂岩（E1w）呈青灰色，砂质结构，薄～中厚层状构造。

根据野外钻探、土工试验成果、《各层岩土物理力学指标统计表》，参考规范，提出主要力学参数指标建议值见表1。

表1 马踏石闸除险加固工程水闸地基土主要力学参数指标建议值表

3 天然地基条件下结构稳定计算

马踏石闸除险加固工程各部位在天然地基条件下的稳定和沉降情况如下：①闸室抗滑稳定满足相关规范要求。②闸室（左岸段）基底应力及应力比不满足规范要求，需进行地基处理。③天然土质地基水闸最大沉降量不宜超过15 cm，且相邻部位沉降差不宜超过5 cm。根据计算，采取天然地基水闸最大沉降量为20.28 cm＞15 cm，因此，此水闸不宜采用天然地基，应对地基进行基础处理。④左岸翼墙基底最大压应力大于地基允许承载力的1.20倍，应对左岸翼墙底部地基进行处理。⑤左岸抗旱站地基基础为粉质黏土，经计算，基底应力不满足规范要求，因此抗旱站基础底部需要地基处理。

4 地基处理设计

软土地基常用的处理方法有垫层法、沉井基础、深层搅拌法等。水闸的桩基础，最常用的有钢筋混凝土预制桩和水泥搅拌桩，两个方案在工程中广泛运用，具体技术比较见表2。

表2 两种桩基方案对比表

考虑到地基土沿两岸方向分布极不均匀，故对于分缝左侧闸室，此次设计采用水泥搅拌桩方案，右侧闸室向下挖除0.50 m强风化砂岩层，以C20混凝土浇筑。

4.1 闸室桩基设计

4.1.1 布置方案

闸室底板下布置Φ800 水泥搅拌桩，间距1.10 m 梅花形布置，选用42.50R 水泥，水泥渗入量20%，水灰比0.50，置换率44.84%，共364根。

4.1.2 桩基计算

根据《建筑地基处理技术规范》，水泥搅拌桩单桩承载力特征值初步设计时可按照式（1）计算：

式中：Ra—单桩竖向承载力特征值（kN）；up—桩的周长（m）；qsi—桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa）；lpi—桩长范围内第i层土厚度（m）；αp—桩端阻力发挥系数，取0.5；qp—桩端阻力特征值（kPa）。Ap—桩的截面积（m2）。

单桩竖向承载力特征值除了满足上式，还要满足由桩身强度确定的单桩承载力不小于由桩周土与桩端土的抗力所提供的单桩承载力。由桩身强度确定的单桩承载力可按下式计算：

式中：fcu—与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，边长为70.70 mm 的立方体在标准养护条件下90 d 龄期的立方体抗压强度平均值（kPa），取1 200 kPa；η—桩身强度折减系数，取0.25。Ap—桩的截面积（m2）。

由以上公式求得由桩身强度确定的单桩承载力特征值为151 kN，由桩周土与桩端土的抗力所提供的单桩承载力特征值为660 kN，故单桩竖向承载力特征值取151 kN。水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值初设按下式计算：

式中：fspk—复合地基承载力特征值（kPa）；λ—单桩承载力发挥系数，取0.90；Ra—单桩竖向承载力特征值（kN）；Ap—桩的截面积（m2）；β—桩间土承载力折减系数，取0.25；m—面积置换率；fsk—处理后的桩间土承载力系数，可取天然地基土承载力60 kPa；由上式计算的复合地基承载力特征值129.50 kPa。

根据计算结果可知，采用上述桩基布置方案进行地基处理后，闸室地基可满足承载力要求。

4.1.3 沉降计算

当搅拌桩复合地基承受上部基础传递来的垂直荷载后，所产生的垂直沉降S 包括桩土复合层本身的压缩变形S1和桩土复合层底面以下天然地基土的沉降量S2，即S=S1+S2。经计算，对地基进行水泥搅拌法处理后，其沉降量可满足规范要求。

4.2 左岸上、下游翼墙桩基设计

上游左岸翼墙基础采用Φ800水泥搅拌桩处理，纵向间距1.40 m，横向1.30 m，选用42.50R 水泥，渗入量20%，水灰比0.50，置换率30.08%，共计48根。

下游左岸翼墙结构为C25钢筋混凝土悬臂式挡墙，基础采用Φ800水泥搅拌桩处理，间距1.20 m布置，选用42.50R水泥，水泥渗入量20%，水灰比0.50，置换率31.91%，共计72根。

4.3 上、下游河道护岸地基处理

水闸下游左侧河道护岸长度51 m，与翼墙衔接，下游左岸其基础处理方式同下游左侧翼墙，采用Φ800水泥搅拌桩处理，间距1.60 m 布置，选用42.50R 水泥，水泥渗入量20%，水灰比0.50，置换率24.12%，共计93根。

4.4 管理房地基处理

水闸管理房位于水闸右侧管理区内，管理房长9.50 m，宽8.50 m，为钢筋混凝土框架结构。管理房基础采用空箱结构，底板下挖除0.50 m强风化砂岩层，以C20混凝土浇筑。

4.5 抗旱站地基处理

考虑对基础底面下3 m范围的粉质黏土换填灰土，处理后即可满足承载力要求。

5 结语

结合马踏石闸地质情况与各部位地基情况调查，选择水泥搅拌桩地基处理，符合规范，确保马踏石闸正常运行。