南水北调中线漕河渡槽17#墩基不良地质情况处理设计.doc

1、南水北调中线漕河渡槽 17#墩基不良地质情况处理设计中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 漕河渡槽位于河北省保定市满城县境内，距保定市约 30 公里，是南水北调中线京石段应急供水工程的重要组成部分。漕河渡槽采用简支多侧墙结构，主槽段共计 76 跨，其中 20m 跨 34 跨，30m 跨 42 跨，17槽墩位于 20m 跨段第二弧道段，中心线桩号 375+980.4。 施工图设计 17墩采用扩大基础，座落在全风化含燧石条带白云岩上，建基面高程 32.463m。 2 地质条件 2.1 原钻孔勘探成果 该槽墩 2004 年在槽墩中心线上共完成 2 个钻孔，为 CABK35 孔（

2、渡槽中心线左侧 10m） 、CABK36 孔（渡槽中心线右侧 10m） ，总进尺69.0m（CABK35 孔 37.0m，CABK36 孔 32.0m） 。勘察成果表明，该槽墩地质结构为土岩双层结构，覆盖层总厚度 16.219.8m，其下为燧石条带白云岩。 覆盖层部分地表为 Q 黄土状壤土，层厚度 56m，底面高程47.048.0m；黄土状壤土以下为 Q 红黄色粘土，层厚度 6.06.2m，底面高程 41.041.85m；粘土层以下为含红粘土碎石层，层厚度5.07.8m，底面高程 33.236.85m，其下为基岩。基岩为蓟县系雾迷山组（Jxw）燧石条带白云岩。 2.2 开挖后地质变化情况 17

3、#槽墩基坑于 2005 年 8 月中旬开始开挖，至 2005 年 8 月底开挖至建基高程（32.463m） ，上部预留 10cm 保护层。槽基工程地质条件及评价说明如下：17#槽墩展布方向 SE136，长轴方向 25.3m，宽 8.5m，基坑底高 32.5m，地面高程约 53m，基坑开挖深度约 21m。 基坑底高程 32.4632.58m，基本平坦，中心线以左为全风化岩，全风化白云岩呈夹碎石红粘土状，碎石含量不均，大部碎石含量2040，局部可高达 80左右，碎石岩石与母岩成分相同，为蓟县系雾迷山组白云岩，碎石块径多为 25cm，由于岩体风化强烈，碎石强度较低，基质的红粘土表层由于地下水及地表水

4、的作用呈可塑，地下水出溢点处红粘土呈软塑状，至强风化岩 6m 左右，依据原有钻孔资料该层压缩模量 20MPa。中心线右侧表层揭露强风化岩与全风化岩并存，强风化岩埋深小于 50cm。 基础左右侧风化程度严重不均，两侧沉降差较大，不满足上部渡槽技术需要，需进行基础处理，以满足渡槽安全运行。 3 处理方案比选 针对 17墩现状地质条件，提出如下两个方案：回填碎石垫层方案、灌注桩方案。 3.1 回填碎石垫层方案 17墩基础中心线左侧强风化岩石埋深较大，右侧局部基岩出露，采用加碎石垫层作缓冲层办法，以解决墩基础不均匀受力问题。清理基坑表层岩土至 31.963m，回填 3.0m 厚碎石垫层至 34.963

5、m，墩基加厚至3.0m，相应墩基顶高程为 38.063m，中心线左侧墩基加长、加宽 1.0m，墩基总长为 26.0m。墩身结构形式不变，高度为 20m。 3.2 灌注桩方案 中心线右侧强风化基岩出露较早，埋深一般为 0.5m，地基承载力高，对强风化线以上表层岩石进行清理，用 C10 素混凝土找平至 32.463m 高程。中心线左侧强风化基岩埋深较大，在 510m 之间，采用 C25 混凝土灌注桩，灌注桩深入弱风化岩 0.5m，共设 6 根桩，桩径 1.5m，桩中心距4.5m。承台即为扩大基础底板，结构尺寸 7.525.02.0m（宽长高），上部墩身结构不变。 3.3 方案比选 方案一：增加 3

6、m 厚碎石垫层，有利于底板均匀受力，原建基面以下不再进行处理。本方案施工方便、投资较少，有利于施工工期控制。不足之处为槽墩下岩石风化差异较大，右侧强风化基岩局部出露，左侧埋深很大，存在局部沉降差；墩身高度、墩基厚度均发生变化；碎石垫层质量控制要求严格，鉴于工程重要性，对碎石垫层进行动力触探试验和载荷试验，以确定基础的压缩模量和承载力，为上部设计提供理论依据。方案二：采用灌注桩基础，两侧底板各自受力均匀，对各自受力较好，同一承台采用不同基础形式，整体受力情况复杂。左侧灌注桩深入弱风化岩 0.5m，右侧开挖至强风化岩石，其压缩模量为 2000MPa，左右两侧沉降差很小。不足之处，施工难度较大，基坑

7、已开挖 21.0m 深，施工空间狭小，工程造价较高，施工工期较长，影响施工工期。 根据现有地质条件、基坑状况及施工工期，方案一有其特有的优点，而且投资最省，综合分析比较推荐采用回填碎石垫层方案。 3.4 经济比较 为了比较的方便，工程量计算仅限于帽梁以下各部分工程量，投资估算仅考虑工程直接费。计算结果，加碎石垫层方案建筑工程投资为242.56 万元，灌注桩方案 277.42 万元， 4 推荐方案设计 4.1 计算成果 4.1.1 基底应力 扩大基础基底应力计算考虑上部结构重量及墩身重量，按偏心受压计算基底应力。基底的地基应力按材料力学偏心受压公式计算 式中 地基应力（kPa） ； N垂直力总和

8、（kN） ，满槽水工况 104712kN； A墩基底截面积（257=175m2） ； M顺槽向各力对墩基底截面中心轴的力矩（kN.m） ； W截面模量(m3)。 经计算，满槽水工况=610.9kN/m2，承载力满足要求。 4.1.2 沉降计算 沉降计算分为碎石垫层沉降计算和全风化岩石沉降计算： 碎石垫层本身的压缩量（cm） ，可按下式计算： 式中： 碎石垫层的厚度，3m； 碎石垫层的压缩模量，应根据动力触探和载荷试验确定，本计算采用 80MPa； 碎石垫层内的平均压应力（MPa） ； 由荷载引起的基础底面的平均压应力（MPa） ； 外荷载在基础底产生的压应力通过砂砾垫层向下扩散至软弱地基上的最

9、大承压应力（MPa） ；对于矩形基础。按下式计算： 基础的长边和宽度（m） ； 原地面至碎石垫层顶面之间的土层（回填土）容重（） ） ； 碎石垫层容重，在地下水位以下应扣除水的浮力（） 。 碎石垫层本身的压缩量为 2.2cm。 全分化岩石沉降计算采用建筑地基基础设计规范（GB500072002）中公式计算： 式中：S地基最终沉降量（mm） ； 沉降计算经验系数； n地基沉降计算深度范围内所划分的土层数； P0基础底面处的附加应力； Esi基础底面下第 i 层土的压缩模量，Es15MPa； Zi、Zi-1分别为基础底面至第 i 层和第 i-1 层底面距离（m） ； 分别为基础底面计算点至第 i 层土，第 i-1 层土底面范围内平均附加应力系数。 经上式计算，全风化岩石最大沉降量为 1.2cm，整体最大沉降量为3.4cm，最大沉降差为 1.2cm，基础沉降量满足要求。 5 结论 目前南水北调中线京石段已通水三次，渡槽运行状态良好。