浅析新老杨庄闸地基基础与防渗处理

孙承祥

杨庄闸位于淮安市西郊活动坝，是排泄沂沭泗洪水入海的重要通道，同时为控制废黄河入海水量的建筑物，工程始建于1936年9月，在抗日战争时期遭破坏，1952年修复。该闸共5孔，单孔净宽10.0m，闸总宽67.7m，总长89.4m，设计流量500m3/s，闸门为桁架结构钢闸门，配5台卷扬式启闭机，启闭机为1936年英国GLENFIELD公司生产。杨庄闸虽经多次加固改造，但由于年代久远，距今已有80多年的历史，主体工程老化，2009年5月经安全鉴定为“四类”水闸，需拆除重建。

一、工程布置

杨庄闸是民国时期建设并仅存的第一大闸，在中国水利、水工史上具有重要的文物价值，且已被列入江苏省淮安市文物保护名录，经方案比较与论证，除险加固设计采用在现有老闸闸室上游新建水闸，老闸闸室保留，取消闸门使老闸成为开敞建筑物，并对老闸进行修旧如旧加固。

由于距杨庄闸上游约200m处两侧均建有码头，为确保施工过程中不影响码头使用，又能保证工程施工围堰布置、围堰安全和后期工程安全运行，新建水闸位于老杨庄闸上游70m处，新闸中心线与老闸中心线一致。新闸设计流量200m3/s，校核流量500m3/s。闸孔采用5孔，单孔净宽8.0m，闸室采用2孔一联、3孔一联，采用直升式钢闸门，卷扬式启闭机。上游连接段采用圆弧翼墙与现状河坡相接，下游连接段采用12°扩散角直线段与原闸室两侧岸墙衔接，上下游连接段采用空箱扶臂式、扶臂式挡土墙，新闸闸下、老闸闸上布置第一级消力池，消力池深1.50m，长35.0m，老闸闸室下游布置第二级消力池，消力池深1.2m，长30.0m，老闸上游护坦拆除后采用钢筋混凝土护坦与新建闸下游消力池衔接。其布置如图1所示。

二、工程地质

新建水闸位于老杨庄闸上游70m处，在拟建新闸址部位布置14个钻探孔，老闸闸两侧各布置2个钻探孔，在上、下游围堰处分别布置3个和5个钻探孔，共布设26个钻孔，孔深为10～35m。场地钻探结果显示，自上而下土层主要为淤泥质粉质粘土、重粉质砂壤土、粘土、粉质粘土等。拟建新闸闸室底板底高程6.5m，主要位于②1层重粉质砂壤土上，局部位于②1‘层重粉质壤土上，②1及②1’层土力学强度一般，且②1层土抗渗能力差，该两层土不能作为闸室基础的天然地基持力层。闸基下部④1层～⑤层以粘土、粉质粘土为主，力学强度一般～中等，工程地质条件一般。由于②1层土的抗渗能力弱，需考虑防渗措施。

三、老闸地基基础处理及防渗体系

1.地基承载力

图1 工程总体布置图

杨庄老闸始建于1936年，由前导淮委员会设计，杨庄老闸基础采用了1662根松木、杉木桩，其中6个闸墩部位采用360根D38×1800cm松木桩；5孔闸孔部位为330根D38×1800cm松木桩，上游2列为压桩、后面9列为拉桩；上游护坦部位为594根D18×800cm杉木桩；下游消力池部位为378根D18×800cm杉木桩，拉桩、压桩各一半。杉木拉桩顶部一律嵌入混凝土0.4m，而普通杉木桩顶部一律嵌入混凝土0.15m。木桩布置如图2所示。

2.基础防渗

闸底板防渗在6个闸墩两侧加打两排2×6排共192m长松木板桩，把每墩长桩包围起来。选用三层5cm（厚）×25cm（宽）×1000cm（长）松木板拼合式，用两列直径1.27 cm螺钉连接，螺钉间距为1.6m，中间钉为火钉，距离为0.5m。打入粘土层高程分别为-3.80m、-4.00m、-4.50m不等。在闸室上下游及上游护坦、下游消力池末端底部加打4排共270.8m长松木板桩。其结构见图3所示。

水闸两侧设钢板桩岸墙，解决侧向绕渗，由上游至下游并折弯入斜坡土内，共选用进口“拉森式”钢板桩100m长，入土平均深度至高程-1.10m。该钢板桩在抗日战争中遭破坏，上部露出底板部分被切割缺失，1952年修复时，两侧改为空箱式岸墙，上下游采用1∶1.35～1∶5灌砌块石护坡相衔接，但上下游原钢板桩仍可见。

3.木桩试验

2012年10月开展了杨庄闸保护性加固研究，对消力池部位木桩基础进行了开挖试验，经试验发现木桩与混凝土结合紧密、木桩表面涂有桐油保护层，擦尽桐油后发现木桩表层鲜黄、光亮，桩头纹理清晰、质感好。通过取样试验、静载试验等研究，发现木桩在水下保存完好。通过研究分析，在不考虑木桩作用时，各工况闸室地基承载力能满足要求，各况地基反力不均匀系数皆能满足要求，除地震期外，闸室抗滑稳定安全系数均不能满足规范要求；若考虑木桩承担部分作用，木桩垂直、水平承载力满足规范要求。通过试验以及水闸运行现状，可以证明木桩充分发挥了其承载、抗滑稳定及防渗作用。

四、新闸地基及防渗处理

由于新建闸室、上游第一、二节翼墙、下游第一、二、三节翼墙底板分别位于③1层淤泥质粘土上和①2层粘土上，抗滑和地基承载力均不能满足规范要求，初步设计闸室采用φ60cm的水泥土搅拌桩，间距1.0m，搅拌桩桩长为15.0m，桩底高程-8.50m，上、下游翼墙亦采用φ60cm的水泥土搅拌桩，间距0.90m，搅拌桩桩长为15.0m。为满足防渗布置要求，闸室基底上下游均布置垂直防渗板桩（底下连续墙），桩底高程为-4.50m，进入④2粉质粘土层，闸室上游防渗铺盖长20m，闸室长度15.0m，下游不透水消力池长度25m，满足要求。

工程在实施过程中，发现闸室左侧及下游左侧翼墙底板处淤泥较深、夹杂大量的块石，超过设计开挖深度3.0m左右，为历史上河床冲刷抛石所致。经专家论证，对闸室、翼墙的地基处理方案进行变更：①对新建闸底板下抛石进行清除，采用进占法回填砂土挤淤后，再对地基进行水泥土搅拌桩处理；②闸身及上、下游翼墙下的混凝土地下连续防渗墙改为双排套打φ60cm水泥搅拌桩防渗墙；③由于闸身左岸老河槽部位回填土无法压实，为控制建筑物沉降，采用φ60cm水泥土搅拌桩加密处理；④闸身右岸水泥土搅拌桩处理后，回填12%水泥土；⑤下游左侧第一、二节翼墙地基处理水泥土搅拌桩由密打改为套打；⑥局部搅拌桩难以实施部位采用高压旋喷桩施工；⑦上游左右岸第一、二节翼墙水泥土搅拌桩处理后，回填12%水泥土。

图3 防渗板桩结构图

五、工程实施效果

杨庄老闸工程运行70多年来，历史上上游水位14.75m（1954年8月17日），下游最高水位13.78m（1957年8月18日），最高最大行洪流量750m3/s（1958年8月13日），未发现较大沉降及不均匀沉降，工程运行正常。

新建杨庄闸工程于2015年9月开工，2016年6月通过水下阶段验收，顺利通水。经过对该工程沉降观测，建筑物最大沉降量为15mm，发生在3#闸室左侧墩墙下游处；相邻最大不均匀沉降8mm，发生在右侧闸室墩墙与下游第一节翼墙之间；建筑物最大沉降量和间隔沉降量均满足规范要求，这说明杨庄闸除险加固工程地基处理措施是可行的，没有因为深坑处理不当造成不均匀沉降。工程已安全运行1年多，未发现明显变化。

六、建议

由于杨庄闸所在的河流为废黄河，废黄河是1194年黄河侵泗夺淮，1855年又北徙留下的故道。根据1951年12月的钻探报告，表层土层承载力及防渗能力较差。历史资料显示杨庄闸上游右岸淤积形成滩面挑流，致使流向不正，左岸冲刷，1965年进行切滩工程。1967年因下游河道冲刷严重，曾在下游打坝抽水处理，翻修护坦并用粘土填平冲塘，西岸护坡底脚换填粘土后翻砌石坡。因此，杨庄闸所处废黄河地址基础条件相对较差，工程地质勘查前应对历史情况进行详细的调查了解，在满足《水利水电地质勘察规范》（GB50487-2008）、《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）的前提下应适当增加探点，摸清地质状况，以减少施工过程设计变更