郑州龙湖出口4#控制闸地基处理效果与评价

（河南省水利勘测设计研究有限公司）

郑州龙湖出口4#控制闸地基处理效果与评价

□张焱

（河南省水利勘测设计研究有限公司）

郑州引黄灌溉龙湖调蓄工程出口4#控制闸采用拱形闸门，横向布置为3孔闸室，闸室每孔净宽24 m，闸底板全宽100 m，闸室长30 m。闸基位于第④层细砂上，存在闸基渗透稳定问题和地震液化问题及不均匀沉降问题，处理方式采用地下连续墙封围+水泥土搅拌桩处理法，处理后的复合地基消除了地震液化，其承载力特征值、最大沉降量及相临区沉降差均满足设计要求；复合地基渗透系数＜1.00×10-5cm/s，具微透水性。证明该出口控制闸地基处理是合理可行的；其经验可以供同类工程参考。

地基处理；液化；水泥土搅拌桩；高压旋喷桩连续墙

1 工程概况

郑州市龙湖工程位于郑州市城区的东北部——郑东新区，根据龙湖水系主湖区的总体规划成果，龙湖主湖区水域面积为5.60 km2，水岸线长度21.66 km，正常蓄水位为85.50 m，平均水深4.50 m，最大水深7.00 m，相应库容2680万m3。龙湖主湖区工程下游分别与魏河、东风渠连接，出口共设有4条河道，其中河道1、河道2、河道3位于主湖区南侧，分别连通东风渠；河道4位于主湖区东南角，连接魏河故道，4座出口控制闸分别布置在这4条出口河道上。

根据水系布置、水位和景观等要求，4#出口控制闸采用拱形闸门，横向布置为3孔闸室，均采用一孔一联U型结构，闸室每孔净宽24 m，缝墩宽4.50 m，边墩宽5m，闸底板全宽100 m，闸室长30 m，闸底板高程82.50 m，底板厚度2.50 m，墩顶高程86 m，与河道一级平台高程一致。当龙湖水位不高于85.50 m时关闭闸门挡水；龙湖水位高于85.50 m时开启闸门泄洪，基本上按龙湖入流下泄；龙湖水位高于85.76 m时闸门全开泄洪。

据水工模型试验当龙湖水位85.76 m，外河水位85.12 m，闸门开启15°时过流量达到最大，单孔流量189.50 m3/s。出口4#控制闸主要功能为拦蓄龙湖水，龙湖水体交换时控泄龙湖水入魏河故道。

2 地质条件及评价

2.1 地层岩性

在钻孔揭露范围内，场区地基主要由第四系全新统（Q4）和第四系上更新统（Q3）冲积而成的壤土和砂组成。据土的物理力学性质的差异可分7层，由新到老分述如下：

①层：人工填土（QS），浅黄色～黄色，稍湿～湿，以轻粉质壤土为主；构成魏河两岸堤防，厚1.00～13.70 m，平均5.77 m；层底高程73.64～84.98 m。

②层：粉细砂（Q4al）褐黄色、黄色，湿～饱和，稍密～中密，层厚2.40～14.50 m，平均厚度10.23 m；层底高程69.48～72.63 m。

③层：重粉质壤土（Q4al），褐黄色、黄褐色、褐红色，可塑状，层厚0.40～1.90 m，平均厚度0.82 m；层底高程69.08～72.10 m。

④层：中细砂（Q4al），褐黄色、灰黄色、灰色，湿～饱和，稍密～中密，砂质不纯，局部夹轻、重粉质壤土薄层；层厚13.10～17.90 m，平均厚度15.10 m；层底高程54.25～57.38 m。

⑤层：重粉质壤土（Q3al），褐黄色、灰黄色，杂少量灰绿色，可塑状；层厚0.50～4.40 m，平均厚度2.41 m；层底高程50.77～55.41 m。

⑥层：细砂（Q3al），褐黄色、黄色，饱和，密实；层厚3.90～6.00 m，平均厚度4.98 m；层底高程45.17～48.05 m。

⑦层：重粉质壤土（Q3al），褐黄色、黄褐色，硬塑状，该层未打穿，最大揭露厚度8.00 m。

2.2 水文地质条件

工程场区地下水为第四系孔隙潜水，主要接受大气降水、侧向径流及魏河河水补给，消耗于人工开采和侧向径流；含水层主要为细砂层，具中等透水性。勘察期间测得钻孔地下水位埋深3.00～9.00 m，高程77.31～78.59 m。另测得场地附近井水位高程77.59～78.19 m，呈北高南低趋势。

水质分析成果表明地下水PH值7.34，属中性水；矿化度为682.88 mg/L，为淡水；总硬度28.31 H°，属极硬水。地下水类型为重碳酸氯化镁钙钠型水，地下水对混凝土无腐蚀性，但对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性。

2.3 工程地质评价

出口4#控制闸闸基建基面位于第④层细砂上部，该层承载力特征值120 kPa，基本满足上部荷载要求，但该层局部夹轻、重粉质壤土薄层，地基不均一；闸基粉细砂具中等～强透水性，存在闸基渗漏问题和渗透稳定问题，需采取防渗措施；闸基地震液化等级为轻微～严重液化，液化深度16.50 m，应进行抗液化处理。

3 地基处理

地基处理方式采用地下连续墙封围+水泥土搅拌桩处理法。水泥品种采用普通硅酸盐水泥，水泥等级宜采用42.5级或42.5R级，水泥掺入量选用15%，水灰比可为0.45～0.55，并根据土体不同含水量、不同水灰比进行试验。相关指标要求：水泥土搅拌桩90d无侧限抗压强度≥1500 kPa，复合地基渗透系数＜1×10-5cm/s。

3.1 清基与回填

因闸室基底面与闸室上下游连接段底板下缘存在一定高差，若进行直立开挖时，由于闸基地层为细砂层，局部易出现塌滑现象，导致深层搅拌桩桩体发生剪切破坏。

根据现场实际情况，闸室四周与相邻连接段开挖边坡确定为1∶1。开挖时，应注意相邻桩体的保护。开挖断面回填水泥土加石。土类为壤土，碎石采用级配碎石，占总质量的30%，碎石粒径≤20 mm。水泥占总质量的10%，水泥强度等级为42.5级，压实度≥100%。

闸室上下游连接段应在现状地面基础上进行清基，清基厚度≥30 cm。其上回填3%水泥土至上下游底板基底面，压实度为98%。

3.2 连续墙封围

工程场区存在地震液化问题，为消除液化沉陷采取连续墙围封工程处理措施。闸室边界处高压旋喷注浆成墙，与龙湖防渗墙形成围封。龙湖防渗墙为塑性混凝土防渗墙墙长189.72 m，墙深33.00～40.00 m不等；高压旋喷注浆经试桩试验，确定桩直径为1.40 m，桩距为0.90 m，注浆深度为13.00 m，桩底高程为66.70 m。相邻桩搭接长度≥0.40 m。

3.3 水泥土搅拌桩

4#出口控制闸考虑到拱形闸门对地基不均匀沉降要求最高，为提高地基承载力及均一性，采用水泥土搅拌桩工程处理措施，水泥土搅拌桩设计底为高程72.70 m，桩长约7.00 m，处理范围为闸室底板两侧以外各8.00 m范围，即116.00 m×46.00 m。处理范围以内水泥土搅拌桩采用矩形布置，桩间距为1.30 m，桩径为0.50 m。

4 效果与评价

4.1 龙湖防渗墙检测

4.1.1 检测内容

采用钻芯法检测塑性混凝土防渗墙抗压强度，采用钻孔弹模测试检测塑性混凝土防渗墙弹性模量，采用钻孔注水试验检测塑性混凝土防渗墙的渗透系数，采用弹性波CT检测塑性混凝土防渗墙墙体完整性。

4.1.2 检查结果

根据闸前塑性混凝土防渗墙的检测成果，结合该工程设计指标，得出如下结论：

塑性混凝土防渗墙墙体抗压强度推定值为2.20 MPa，满足设计要求；塑性混凝土防渗墙墙体弹性模量在560～630 MPa之间，满足设计要求；塑性混凝土防渗墙墙体渗透系数在6.65× 10-7～7.39×10-7cm/s之间，满足设计要求；塑性混凝土防渗墙墙体波速在1980～2460 m/s之间，墙体完整、连续性较好。

4.2 水泥土搅拌桩检测

4.2.1 检测内容

成桩3 d内，采用轻型动力触探法，检查上部桩身均匀性；成桩7 d后，采用浅部开挖桩头进行检查，开挖深度宜超过停浆面下0.50 m，检查搅拌的均匀性，量测成桩直径；成桩28 d后，采用钻取芯样法，作水泥土抗压强度试验；采用复合地基静载荷试验，确定复合地基承载力特征值，判定其是否满足设计要求；采用单桩竖向抗压静载荷试验，确定单桩竖向承载力特征值，判定其是否满足设计要求。

4.2.2 检查结果

根据地基处理后的检测成果，结合工程设计指标，得出如下结论：

水泥土搅拌桩上部桩身搅拌均匀，未发现空心及不均匀现象；水泥土搅拌桩抗压强度推定值为1.80 Mpa；复合地基承载力特征值为200 kPa，300 kPa压力作用下最大沉降量29.73 mm、相临区沉降差1.28 mm、6.58 mm，满足设计要求；单桩竖向抗压承载力特征值为135 kN，满足设计要求；复合地基渗透系数＜1.0× 10-5cm/s，具微透水性，可满足防渗要求。

4.3 高压旋喷桩连续墙检测

4.3.1 检测内容

成桩28 d后，钻取芯样作水泥土抗压强度试验；高压旋喷桩连续墙采用注水试验检测渗透系数，为评价防渗墙体的渗透特性和设计渗控措施提供基本资料；完整性检测，对连续墙进行弹性波CT检测。

4.3.2 检查结果

根据高压旋喷桩连续墙的检测成果，结合工程设计指标，得出如下结论：

高压旋喷桩连续墙抗压强度推定值为4.90 MPa；高压旋喷桩连续墙墙体波速多数在1250～1550m/s之间，墙体完整、连续性较好；高压旋喷桩连续墙渗透系数在5.34×10-7～6.61×10-7cm/s之间，满足设计要求。

5 结论

对地基采取地下连续墙封围+水泥土搅拌桩的工程处理措施后，经对水泥桩、高压旋喷墙及龙湖防渗墙检测，复合地基消除了地震液化，其承载力特征值、最大沉降量及相临区沉降差均满足设计要求；复合地基渗透系数＜1.00×10-5cm/s，具微透水性。

2013年5月出口4#控制闸开始进场施工，并于2015年10月通过验收，现已经过了一个水文年的考验，运行状态良好，说明该闸地基处理方式是合理的、可行的；其经验可以供同类工程参考。

TV666

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1673-8853（2017）04-0081-02

2017-2-3编辑：刘青

张焱（1979.8-）中级工程师，主要从事工程地质与水文地质方向工作。