一、中顺大围某新建水闸工程的基本情况

 

　　该水闸位于中顺大围干堤上，中顺大围位于珠江三角洲下游西北江三角洲的东南，跨中山、佛山两个行政区，总集水面积779.21km2，是中山市第一大联围，同时也是广东省五大重要堤围之一。

 

　　本次水闸工程主要任务是引水灌溉和改善水环境，兼顾防洪、挡潮和排水功能。水闸布置两孔，单孔净宽8.0m；闸底板面高程为-1.80m，闸顶高程为5.45m；闸室为钢筋砼整体结构，其上部布置有交通桥和启闭机房等。水闸防洪标准为100年一遇洪水设计，最大过流流量为86.26m？/s。工程规模属小（1）型，主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3级。

 

　　根据岩土工程勘察报告，本工程土层自上而下依次为：填土、软粘性土、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉细砂、中砂、粉质粘土、砾砂、残积土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。水闸基础位于软粘性土层，该土层压缩性高，强度低，抗冲刷能力弱，抗滑能力差，易产生沉降变形或不均匀沉降从而引起地基或基坑、边坡失稳，为微～弱透水性。中部粉细砂、中砂及砾砂层为稍密～中密状态，承载力较高，埋深较大，可作为一般建筑物桩基础的较好地基持力层。

 

　　二、工程地基处理方案比较

 

　　本工程水闸座落软粘土土层上，该土层承载力低，不满足设计要求。根据闸下地基土层的特点，本次设计采用以下两种桩基方案进行比较：

 

　　（1） 方案一：预制混凝土管桩桩基处理方案。采用桩径为φ500的预制混

 

　　凝土管桩，管桩布设于闸室底板下，采用梅花形布桩，管桩的纵横间距为2.60～2.70m，桩端至粉细砂层，平均桩长为21m。概算φ500预制混凝土管桩直接工程费用约为120万元。

 

　　（2）方案二：钻孔灌注桩桩基处理方案。采用桩径为φ800的混凝土钻孔灌注桩，灌注桩布设于底板下，桩距为3.2m～3.5m，桩端至粉细砂层，平均桩长为21m。概算混凝土钻孔灌注桩直接工程费用约为193万元。

 

　　（3）方案一与方案二的技术优缺点比较。

 

　　本工程闸身较高（约7m），主要建筑物受水平荷载较大，钻孔灌注桩方案相对更优；施工方面，目前受堤路宽度和转弯位限制，预制管桩运输需临时加宽道路，施工运输方面钻孔灌注桩方案相对更优；在工期方面，管桩方案施工速度快，工期短；投资方面，预制管桩方案投资相对节省。综合考虑各因素，本次设计推荐采用预制管桩方案。以下为管桩设计方案。

 

　　三、预制混凝土管桩桩基处理方案设计

 

　　单桩竖向承载力及单桩水平承载力的计算按《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5章节相关计算公式进行计算。

 

　　（1） 单桩竖向承载力计算

 

　　单桩竖向承载力按如下公式计算：

 

　　式中：

 

　　Fk—荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力（kN）；

 

　　Gk—桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力（kN）；

 

　　Nk—荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力（kN）；

 

　　Nkmax—荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，桩顶最大竖向力（kN）；

 

　　Ra—单桩竖向承载力特征值（kN）；

 

　　Quk—单桩竖向极限承载力标准值（kN）；

 

　　K—安全系数，取K=2。

 

　　u—桩身周长（m）；

 

　　qsiak—桩侧第层土的极限侧阻力标准值（kPa）；

 

　　li—桩穿越第i层土的厚度（m）；

 

　　qpak—极限端阻力标准值（kPa）；

 

　　Ap—桩端面积（m2）。

 

　　根据地质报告中钻孔ZK5地质剖面图，淤泥和淤泥质土不考虑摩阻力，桩周摩阻力按以下三层土（粘土、粉质粘土、细砂层）计算，桩端进入粉细砂层，经计算得这三层土的桩摩阻力特征值之和为491.27KPa。

 

　　桩端阻力按桩端坐落在粉细砂层计算，单桩竖向承载力特征值为桩周摩阻力与桩端阻力之和，经计算得桩端阻力为235.62KPa。则单桩竖向承载力特征值Ra=491.27+235.62=726.89KPa。

 

　　闸室荷载分为竖直荷载和水平荷载，在闸室稳定计算中取各种工况的最不利工况进行计算，闸室稳定计算成果见表3-1。

 

　　表3-1闸室稳定计算成果表

 

　　工况 Pmax（kPa） Pmin（kPa） P平均（kPa） η 竖直力（KN） 水平力（KN）

 

　　完建期 78.15 69.09 73.621.13 26444.500

 

　　设计洪水期58.03 47.76 52.891.21 19636.822721.62

 

　　校核洪水期 57.92 47.31 52.621.22 19599.502861.68

 

　　地震工况1 63.14 55.09 59.111.15 21365.121599.11

 

　　地震工况2 61.08 57.15 59.111.07 20668.0188.11

 

　　根据水闸稳定计算成果表3-1，最大竖向力发生在完建工况，单桩竖向力按平均分摊闸室的竖向荷载，设计闸室基础下部顺水流方向布布桩6排，每排7根，总桩数为42根，平均桩长为21m。则实际单桩承受的上部荷载为Nk=26445/42=629.64kN<Ra=726.89kN，满足要求；地震期P震=21365.12/42=508.69kN<1.2Rh=872.27kN，满足要求。

 

　　（2）单桩水平承载力计算

 

　　本工程按群桩基础计算，水平力平均分摊到每根桩，单桩实际所受水平力应不大于单桩的水平允许承载力。桩的水平承载力由水平位移控制（一般为10mm），按下式估算单桩水平承载力特征值：

 

　　Rha=0.75α3EIχoa/γx

 

　　式中：

 

　　Rha——单桩水平承载力特征值（kN）；

 

　　α——桩的水平变形系数；

 

　　EI——桩身抗弯刚度；

 

　　χoa——桩顶容许水平位移，取10mm；

 

　　γx——桩顶水平位移系数。

 

　　群桩基础的复合基桩水平承载力特征值按下式计算：

 

　　式中：

 

　　——群桩效应综合系数；

 

　　——桩的相互影响效应系数；

 

　　——桩顶约束效应系数；

 

　　——沿水平荷载方向的距径比；

 

　　——分别为沿水平荷载方向与垂直于水平荷载方向每排桩中的桩数。

 

　　经计算可知，单桩水平向承载力特征值为Rha=69.6KN，考虑群桩效应，计算得校核洪水期：Rh=85.4KN；地震工况：Rh=106.8KN。

 

　　水闸上部荷载产生的水平力：校核洪水期：P=2861.68/42=68.1kN四、结语

 

　　本工程采用PHC管桩方案较为合理，且该工程于2015年4月已经完工验收，在水闸管桩地基施工过程中也较为顺利。目前水闸沉降很少且在工程允许范围内，水闸试运行效果较好。针对本工程施工过程中的一些经验总结，这里需要指出的是，管桩打桩前需要做好桩锤，打桩过程中的接送桩需采用相应的技术措施，确定好收锤标准等，借此，管桩才能最大限度发挥其施工简便、速度快，高承载力的特点。

 

　　参考文献：

 

　　[1]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008