襄城县北汝河橡胶坝地基处理方案比选

高占辽 杨世锋

(1.河南襄城县水利局，河南襄城 452670;2.华北水利水电学院，河南郑州 450011)

0 引言

橡胶坝属薄壁柔性结构，是随着高分子合成材料的发展而出现的一种新型水工建筑物。一般都修建于平原地区或山丘的小型河道之上，而这些地区的地基土往往是密实度较低的砂土或是软粘土，这种地基承载力通常不够，不能满足坝基的稳定和强度要求，需要进行一定的地基处理。橡胶坝工程地基加固处理常用的方法有碾压法、强夯法、垫层法、桩基础、振动水冲法、排水固结法、沉井法、深层搅拌桩法等。

1 工程概况

襄城县北汝河橡胶坝工程位于襄城县余庄至鲍坡之间，设计坝高5 m，坝长190 m，坝顶高程81.7 m，蓄水库容679万 m3。工程修建后，保证周边23万亩农田灌溉用水，解决县城工业园区供水及环境用水，营造襄城县城周边良好的水生态环境;提高许昌城区工业生活用水和颍汝灌区农业灌溉的保证率;还可补充沿岸十里铺乡、库庄乡、城关镇等区域的地下水源，减少地下水开采量，缓解当地用水紧张的局面。按《水利枢纽工程等别划分标准》平原地区划分，工程属Ⅲ等工程，其主要建筑物按3级设计，次要建筑物按4级设计。主体包括三跨坝袋和一孔泄水闸，以及上游连接段，坝身段、下游连接段，泄水闸，管理设施布置在大坝右岸。

2 工程地质

坝址区两岸地形平坦，多为壤土覆盖。但由于北汝河此河段常年抽砂，导致所选坝址处为一局部深坑，通过北汝河橡胶坝工程防洪评价，坝址处原河底高程为75.1 m，现状坝址处河底高程为70.5 m～71.5 m，局部河底高程为68.5 m左右，平均坑深约4.6 m。故在修建橡胶坝工程时，要对橡胶坝基础进行处理。

根据钻探，在深度30.0 m范围内，揭露出地层岩性为第四系地层。由新至老依次为第四系全新统上段(Q24)轻粉质壤土和下段(Q14)中粉质壤土、细砂，上更新统(Q3)砂卵石等。

3 工程地基处理方案比较

结合工程特点及实际地质状况本次设计拟定两个方案:回填土(方案一);回填卵石结合填筑埋石混凝土方案(方案二)。

3.1 回填土方案

基于以上地质状况，该工程考虑采用两种回填土方案，一种为传统的碾压回填，另一种尝试采用水中抛填方法。

1)传统的碾压回填。在开始回填之前先修筑围堰做好基坑的排水工作，保证回填工作面在没有水的情况下进行;通过现场试验确定回填料最优含水量、每层铺土厚度以及压实遍数等参数;开始回填土前，将基底上的杂物和淤泥等清除干净。最后通过施工机械逐层铺筑、碾压。碾压回填的工艺流程见图1。

图1 碾压回填工艺流程

2)水中抛填回填。水中抛填方案是将回填的砂土利用采砂船，将砂料抛填到采砂坑中，靠土料被水润湿、崩解使土粒间互相移动和重新排列，最后利用排水固结法对回填区域进行密实加固处理。水中抛填法相对于传统的碾压法有一定的优势。与碾压法比较工效高，节省劳力，受气候影响小，雨天可照常施工，填土厚度大，且不需要专门的反复碾压;同时该方案是在回填以后排水，排水量减少很多，在一定程度上降低了工程造价。最主要的是消除了碾压法的遇水湿陷问题，水中抛填砂土后形成的地基与天然地基相似，相对可降低地基沉降不均匀系数。综合比较就回填土方案来说，采用水中抛填砂土的方法比传统碾压回填方法好。

3.2 回填卵石结合填筑埋石混凝土方案

1)卵石料场的位置及储量。坝基回填量为0.8万m2左右，回填量较大，考虑经济因素，本次设计考虑从北汝河上游50 km处河床中挖取天然砂卵石作为回填料。通过实地勘察，料源储备较大，可满足工程需要。2)回填砂卵石参数。由于基础回填需要良好的级配，天然砂卵石级配较差，且含有一定量的淤泥、细砂，达到回填要求，需要对天然砂卵石筛选处理，本工作需要在基础开挖之前，储备足够卵石，以备回填。砂卵石地基承载力较大，通过试验，地基承载力为320 kPa，足以满足工程需要。为防止卵石回填高程过高导致橡胶坝底板出现应力不均现象，在卵石之上回填3 m厚埋石混凝土，使地基材料的刚度自下而上逐渐增大。

4 工程地基处理方案比选

4.1 地质条件

坝轴线位置地层覆盖一层中粉质壤土，从左岸到右岸中粉质壤土覆盖层逐渐加厚，最小覆盖厚度为1.5 m左右，最厚覆盖厚度为12 m左右，中粉质壤土覆盖层下部为无限深砂卵石。

采用方案一即回填土方案，可以保证土体与中粉质壤土很好的结合，但在运行期间，可能会导致沉降量过大，影响工程效益;若采用方案二，由于地基为卵石及埋石混凝土基础，承载力高，变形量小，可保证后期运行过程中坝底板的要求。

4.2 经济比较

从投资看，方案二优于方案一。两种回填方案投资见表1。

表1 方案投资比较表

从技术、经济角度综合考虑，工程地基处理方案采用方案二即回填卵石结合填筑埋石混凝土方案。

5 结语

襄城县北汝河橡胶坝工程，坝袋长190 m，坝高5 m，是目前国内比较大的橡胶坝工程。该工程地质条件特殊，文章对不同地基处理方案进行比选，确定合理可行的处理方案，满足了工程设计需要。同时，通过本工程的设计为以后同类工程设计提供参考。

［1］高本虎.橡胶坝工程技术指南［M］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［2］祁庆和.水工建筑物［M］.第3版.北京：中国水利水电出版社，1997.

［3］牛志荣.地基处理技术及工程应用［M］.北京：中国建筑工业出版社，2004.

［4］袁光裕.水利工程施工［M］.第4版.北京：中国水利水电出版社，2005.