軟土地基水閘設(shè)計(jì)中沉降控制復(fù)合樁基應(yīng)用研究

胡翀宇

(北京交通大學(xué)海濱學(xué)院，河北黃驊　061199)

軟土地基水閘設(shè)計(jì)中沉降控制復(fù)合樁基應(yīng)用研究

胡翀宇

(北京交通大學(xué)海濱學(xué)院，河北黃驊061199)

摘要:結(jié)合工程實(shí)例，介紹了軟土地基水閘設(shè)計(jì)中沉降控制復(fù)合樁基的計(jì)算原理，從荷載設(shè)計(jì)、樁基承載力計(jì)算、水閘樁高等方面，闡述了沉降控制復(fù)合樁基的設(shè)計(jì)方法，從而確保軟土地基水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性及穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞:軟土地基，水閘，沉降控制，復(fù)合樁基

設(shè)計(jì)軟土地基水閘的工程中，由于軟土地基具備一定的特殊性，不僅會(huì)在一定程度上影響設(shè)計(jì)水閘的整體質(zhì)量，還會(huì)降低施工整體進(jìn)度，實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候需要合理提高設(shè)計(jì)水閘的質(zhì)量，有機(jī)結(jié)合沉降控制復(fù)合基樁的施工方式，保證整體提高施工質(zhì)量。

1　工程實(shí)例

某水閘在設(shè)計(jì)的時(shí)候，位于三河交匯口處，正常運(yùn)行情況下，水閘攔截河水的時(shí)候需要承擔(dān)負(fù)載進(jìn)行工作，適當(dāng)增加水位，為了方便進(jìn)行飲水。洪水時(shí)期進(jìn)行開閘泄水，保證周圍安全。開發(fā)水閘的基本形式就是引水式，一般水閘都是軟土地基，引水流量是2.5 m3/s。11月～次年4月是枯水期，5月～10月是豐水期，河流全長大約26 km，洪峰最大流量65 m3/s，軟土地基中設(shè)計(jì)水閘的時(shí)候，底板寬12 m，底板長23 m，底面存在－2.5 m的高程，底板按最大荷載計(jì)算能夠達(dá)到35.778 kN，基底埋深大約1.5 m。此外，具備16.9 m的最大軟土地基水閘沉降量。

2　計(jì)算基本原理

1)設(shè)計(jì)沉降控制負(fù)荷基樁需要滿足以下需求:第一，一般情況，在設(shè)計(jì)沉降控制負(fù)荷基樁的時(shí)候適合使用長細(xì)比在80～100之間，不大于250 m的界面邊長范圍的樁身，可以在一定程度上保證預(yù)制方樁的可靠性和安全性。不應(yīng)該低于5d～6d的樁距，并且依據(jù)樁端進(jìn)入相對比較低壓縮性的持力層、高壓縮性泥質(zhì)土層中選擇埋深樁基的實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，基本上設(shè)計(jì)的時(shí)候都是不低于建筑1/15高度的沉降控制負(fù)荷基樁承臺(tái)埋深。第二，承臺(tái)和樁地基需要一起承擔(dān)外部荷載，應(yīng)該符合以下規(guī)則:當(dāng)承臺(tái)底面存在荷載永久組合值的時(shí)候，并且高于沉降控制負(fù)荷基樁單樁承載能力之和，此時(shí)，樁需要承擔(dān)單樁極限承載荷載之和，承臺(tái)需要承擔(dān)地基剩下的荷載之和;當(dāng)承臺(tái)底面存在荷載永久組合值小于沉降控制負(fù)荷基樁單樁承載能力之和的過程中，荷載全部由樁承擔(dān)。

2)設(shè)計(jì)沉降控制負(fù)荷基樁沉降需要滿足以下需求:假設(shè)P是承臺(tái)底面作用中荷載準(zhǔn)永久組合值，σc是承臺(tái)底面上自重應(yīng)力，在承臺(tái)中合理布置單樁n個(gè)，其中Rk是單樁極限承載標(biāo)準(zhǔn)值的沉降控制負(fù)荷基樁，Gpk是扣除浮力影響以后樁基自身重力標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計(jì)基樁沉降應(yīng)該符合以下規(guī)則:

第一，當(dāng)nRk≥P－σcAc的時(shí)候，沉降實(shí)際上就是n根樁柱在荷載為( P－σcAc) /n + Gpk樁頂附加荷載影響下形成的沉降，一般情況下，選擇沉降系數(shù)為1.0。

第二，當(dāng)nRk≤P－σcAc的時(shí)候，沉降可以被分為兩部分: a.沉降實(shí)際上就是n根樁柱在荷載為P－σcAc樁頂附加荷載影響下形成的沉降，一般情況下，選擇沉降系數(shù)為1.0。b.在負(fù)荷為P－σcAc－nRk承臺(tái)底面附件荷載影響下形成的沉降。

3　沉降控制復(fù)合樁基的設(shè)計(jì)

在軟土地基上設(shè)計(jì)建設(shè)水閘的時(shí)候，極易形成不均勻沉降或者大面積沉降，需要得到重視。實(shí)際設(shè)計(jì)水閘的時(shí)候，不僅需要提高外部結(jié)構(gòu)剛度，保證能夠合理利用軟土地基密實(shí)土層，從而達(dá)到降低附加壓力的目的，還可以依據(jù)砂井預(yù)壓來有效控制地基沉降以便于達(dá)到提高設(shè)計(jì)水閘質(zhì)量的目的。

3.1設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)勢

設(shè)計(jì)軟土地基水閘樁基的時(shí)候合理應(yīng)用沉降控制復(fù)合樁基，實(shí)際運(yùn)行工作的過程中荷載主要都是由樁間土、承臺(tái)以及樁來承擔(dān)。設(shè)計(jì)沉降控制，可以達(dá)到降低施工以后沉降的作用。在應(yīng)用沉降控制復(fù)合樁基的時(shí)候，軟土地基水閘基樁設(shè)計(jì)的過程中可以合理應(yīng)用沉降量，主要就是因?yàn)檐浲恋鼗性O(shè)計(jì)水閘一般情況下存在不是很堅(jiān)硬的地基樁端持力層，實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候會(huì)具備比較大的樁間距，所以，適合應(yīng)用在設(shè)計(jì)沉降控制復(fù)合樁基中，實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候可以不用分析水閘下端荷載，實(shí)際上就是不分析樁端持力層，從而達(dá)到優(yōu)化沉降控制復(fù)合樁基的目的。

3.2設(shè)計(jì)荷載的要點(diǎn)

樁自身能夠抵御上部比較小的荷載，如果提高上部荷載，需要充分分析現(xiàn)場抵抗荷載承臺(tái)的作用，能夠相加單樁承載力，并且外荷載主要通過總單樁進(jìn)行承載，承臺(tái)承擔(dān)剩余荷載。設(shè)計(jì)軟土地基水閘的時(shí)候，設(shè)計(jì)基樁可以不分析樁和底板，地基土共同承擔(dān)設(shè)計(jì)荷載的概念是相對保守的?；诖?，應(yīng)該在一定比例基礎(chǔ)上更合理設(shè)計(jì)承臺(tái)承擔(dān)的外部荷載，對于不同的作用時(shí)間，將代替荷載比例，可以在下個(gè)樁體轉(zhuǎn)移荷載。實(shí)際設(shè)計(jì)樁基的時(shí)候，樁間距和樁荷載具備一定關(guān)系，此時(shí)需要合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3具體設(shè)計(jì)計(jì)算

依據(jù)軟土地基組成和軟土地基水閘設(shè)計(jì)地基土實(shí)際性質(zhì)來確定樁長，此外，設(shè)計(jì)切入口的依據(jù)就是軟土地基水閘樁端，適當(dāng)增加軟土地基壓縮性，可以保證在堅(jiān)硬持力層中也可以進(jìn)行延伸，確保設(shè)計(jì)穩(wěn)定性好的軟土地基水閘，以便于達(dá)到降低發(fā)生沉降概率的目的。Te是計(jì)算地基有效深度，在比較深的位置埋藏地基不透水層的過程中，依據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》來合理計(jì)算埋藏深度Te，基本計(jì)算公式如下:

當(dāng)Lo/So＜5的時(shí)候，Te=5Lo/( 1.6Lo/So+2)。

當(dāng)Lo/So≥5的時(shí)候，Te=5Lo。

其中，Lo為水平投影長度; So為垂直投影長度; Te為水閘地基有效計(jì)算深度，m。選擇樁身設(shè)計(jì)界面尺寸、確定樁的數(shù)量和承臺(tái)數(shù)量，然后計(jì)算確定承載力。

承載力計(jì)算:

當(dāng)εc≤εo的時(shí)候，σc= fc［1－( 1－εc/εo)n］。

當(dāng)εo＜εc＜εuk的時(shí)候，fc=σc，n =2－1/60( fcuk－50)。

εcu=0.003－( fcuk－50)×10－5。

εo=0.002 +0.5( fcuk－50)×10－5。

水閘樁高基本范圍是:

在水閘擋水的時(shí)候，如果是正常蓄水位，一級水閘樁高0.7 m，二級水閘樁高0.5 m，三級水閘樁高0.4 m;如果是遭遇地震的時(shí)候，一級水閘樁高0.5 m，二級水閘樁高0.4 m，三級水閘樁高0.3 m。

在水閘泄洪的時(shí)候，設(shè)計(jì)洪水位的時(shí)候，一級水閘樁高1.5 m，二級水閘樁高1.0 m，三級水閘樁高0.7 m;校核洪水位的時(shí)候，一級水閘樁高1.0 m，二級水閘樁高0.7 m，三級水閘樁高0.5 m。

可以利用以下方式來合理計(jì)算，并且取最大值。

▽閘墩=安全高度+校核水位=0.4 +2 064.01 =2 064.41 m。

▽閘墩=安全高度+設(shè)計(jì)水位=0.5 +2 063.74 =2 064.24 m。

▽閘墩=正常水位+Δh =2 063.5。

Δh = hc+ hl+ hz。

基于此可以達(dá)到最大值是▽閘墩= 2 064.41，取值▽閘墩為2 064.5 m，閘孔高度是▽閘墩－▽底頂=3.5 m。

4　實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值

在實(shí)際應(yīng)用沉降控制復(fù)合樁基設(shè)計(jì)水閘的時(shí)候，具備相同的樁距和樁數(shù)，并且在相同樁端持力層的基礎(chǔ)上，軟土地基沉降和水閘樁長度成正比，存在越長的樁，沉降值就越小。樁長每提高1 m，就會(huì)明顯降低沉降值，能夠符合10 mm～20 mm的范圍規(guī)范。在樁長達(dá)到22 m的時(shí)候，沉降值出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，并且優(yōu)化樁距、樁數(shù)會(huì)影響沉降。當(dāng)樁長是21 m的時(shí)候，91根樁可以存在61.6 m的沉降值，171根樁具備57.4 m沉降值，設(shè)計(jì)軟土地基水閘的時(shí)候，樁長21 m，布置邊長為0.25 m，樁距1.75 m也就是7d，91根樁，可以降低10.6 m沉降值。

5　結(jié)語

在設(shè)計(jì)軟土地基水閘的時(shí)候，需要不斷創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，建立滿足上部荷載的水閘底板地基，并且優(yōu)化設(shè)計(jì)水閘下部基樁，在實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候合理應(yīng)用沉降控制復(fù)合樁基技術(shù)，能夠在一定程度上增加承載力，擁有相應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

On application of settlement control composite pile in design of soft-soil foundation sluice

Hu Chongyu
( Haibin College，Beijing Jiaotong University，Huanghua 061199，China)

Abstract:Combining with engineering cases，the paper introduces the calculation principle for the settlement control composite pile in design of soft-soil foundation sluice，and illustrates the design methods for the settlement control composite pile from the loading design，loading capacity calculation of pile foundation，and pile height of sluice，so as to ensure the safety and stability of the soft-soil foundation structural design.

Key words:soft-soil foundation，sluice，settlement control，composite pile foundation

作者簡介:胡翀宇(1993-)，男，在讀本科生

收稿日期:2015-11-28

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0054-02

中圖分類號(hào):TU447

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A