沿海地區(qū)軟基水閘的設(shè)計(jì)分析

1、<p>　　沿海地區(qū)軟基水閘的設(shè)計(jì)分析</p><p>　　摘要:我省沿海地區(qū)軟地基較多，大多存在著地基承載力不足、沉降差大等問題，在這種軟弱地基上修建的水閘、堤防等水工建筑物無論是設(shè)計(jì)上還是施工上都是一個(gè)難題。本文結(jié)合沿海地區(qū)水閘實(shí)例，就軟基水閘的設(shè)計(jì)展開分析，為了滿足設(shè)計(jì)要求，制定出了相關(guān)的軟基處理方法，其設(shè)計(jì)成果可供類似工程參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:沿海地區(qū)；水

2、閘；地基承載力；設(shè)計(jì)；地基處理 </p><p>　　中圖分類號(hào)： TV66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p>　　我省沿海地區(qū)多為沖擊平原，軟弱淤泥粘土層在沿海地區(qū)廣泛分布著。這種土質(zhì)的特點(diǎn)是壓縮性大、含水量高、透水性差、強(qiáng)度低，這樣就導(dǎo)致地基的承載力和穩(wěn)定性不能滿足工程的要求，因此，在此種地基上修筑水工建筑物對(duì)于設(shè)計(jì)上是一個(gè)巨大的難題。下面，結(jié)合工程實(shí)例，就沿海地區(qū)軟基水

3、閘的設(shè)計(jì)及地基的處理進(jìn)行探討， </p><p><b>　　1 閘址工程地質(zhì) </b></p><p><b>　　1.1 工程概況 </b></p><p>　　某水閘為新建水閘，兩岸堤頂高程3.38～4.11m，河堤內(nèi)均為魚塘、蝦塘，塘底高程-0.6～0.6m，河道底部高程為-1.49～-2.49m不等。閘址距離河口

4、150m處。 </p><p><b>　　1.2 地質(zhì)條件 </b></p><p>　　其底層依次為含礫中粗砂(Q4al)、淤泥質(zhì)粘土(Q4m)、含淤泥質(zhì)砂(Q4al)、含礫中粗砂(Q4al)、礫質(zhì)粘土(Qedl)、花崗巖弱風(fēng)化層(C)。閘基的主要地層物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1。區(qū)域地震烈度為×度需進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。 </p><p>

5、　　表1 水閘基土物理力學(xué)參數(shù) </p><p>　　1.3 工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià) </p><p>　　根據(jù)場(chǎng)地地層物理力學(xué)性質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，本建筑物地基基礎(chǔ)主要地層的地基承載力特征值fak和壓縮模量Es建議值見表2。 </p><p>　　表2 地基承載力特征值、壓縮模量綜合取值表kPa </p><p>　　閘基座落在第&su

6、p1;淤泥質(zhì)粘土層(Q4m)上，厚6.0～15.30m，底板高程-14.89～-9.64m。由于該層承載力低，沉降變形大，底部為沖洪積含礫中粗砂(Q4al)，結(jié)合本地區(qū)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，建議采用粉噴樁基礎(chǔ)處理，粉噴樁樁長(zhǎng)控制以進(jìn)入沖洪積含礫中粗砂層1～2m為宜。閘基混凝土與淤泥質(zhì)粘土之間的磨擦系數(shù)為f=0.20；閘基混凝土與墊層礫(粗)砂之間的磨擦系數(shù)為f=0.32。 </p><p><b>　　2 水閘

7、設(shè)計(jì) </b></p><p>　　大堤應(yīng)急項(xiàng)目的堤防及穿堤建筑物的級(jí)別均為2級(jí)，按50年一遇防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其堤防及穿堤水(船)閘、涵竇等的主要建筑物為2級(jí)，水閘為中型水閘，孔數(shù)×單孔凈寬為5m×10m，排水4孔，通航1孔，閘孔總凈寬50m，設(shè)計(jì)底板高程-2.60m，設(shè)計(jì)流量400m3/s，閘軸線分別布置在距河口150m處。計(jì)算設(shè)計(jì)水位時(shí)，對(duì)應(yīng)的閘頂高程4.655m，校核水位

8、對(duì)應(yīng)的閘頂高程4.732m。根據(jù)堤防部分的計(jì)算結(jié)果，新建水閘所在堤段的堤頂高程均為4.80m?？紤]閘頂高程不低于堤頂高程并留有適當(dāng)?shù)陌踩６?，確定新建水閘的排水孔閘頂高程為5.10m。為滿足通航要求，綜合擬定新建閘的通航孔閘頂高程為5.60m。據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)資料及測(cè)量資料，大堤段現(xiàn)有水閘的底板高程均為-2.4m。經(jīng)水閘過流能力復(fù)核計(jì)算，參考現(xiàn)有水閘的底板高程，并結(jié)合閘址地形，確定新建水閘閘底板高程為-2.60m。為減小閘門的高度，節(jié)約投資，

9、排水孔設(shè)置胸墻，胸墻底部高程為2.00m，孔口凈高4.6m；通航孔采用平板門，為滿足通航凈空的要求，不設(shè)胸墻，孔口凈高7.8m。 </p><p>　　2.1 閘室、空箱及翼墻穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算 </p><p>　　為減小軟土地基水閘沉降變形較大的問題，閘室兩側(cè)采用了空箱定型結(jié)構(gòu)，故閘室穩(wěn)定均不涉及側(cè)向穩(wěn)定問題。 </p><p>　　各種工況下閘室、空箱及翼墻穩(wěn)定、應(yīng)

10、力計(jì)算成果分別見表3。從閘室、空箱及翼墻的穩(wěn)定、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果來看，各種工況下閘室的抗滑安全系數(shù)、應(yīng)力不均勻系數(shù)都滿足規(guī)范要求，閘基下覆淤泥質(zhì)軟土，水閘、空箱和八字墻基礎(chǔ)應(yīng)力均超過地基承載力，應(yīng)進(jìn)行樁基處理。 </p><p>　　表3 水閘閘室穩(wěn)定、應(yīng)力計(jì)算成果表 </p><p>　　2.2 空箱的抗浮穩(wěn)定復(fù)核 </p><p>　　外海側(cè)設(shè)計(jì)高潮位2.96m，內(nèi)

11、港側(cè)的填土高程1.50m，而且空箱隔墻設(shè)置充(放)水孔與內(nèi)港水位連通，使空箱內(nèi)水位保持與內(nèi)河水位齊平。因此空箱的抗滑與抗浮穩(wěn)定的安全裕度較大。 </p><p>　　2.3 地基處理設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　水閘閘基下淤泥層厚度10～15m，淤泥層底高程-3.0m。淤泥的承載力特征值僅為60kPa，孔隙比e大，天然含水量均大于液限ωL，壓縮性大(壓縮模量為1.46～3.07MPa)。

12、 </p><p>　　由閘室、翼墻及空箱應(yīng)力計(jì)算結(jié)果顯示，完建期的基底應(yīng)力最大，基底應(yīng)力為60.996～86.56kPa。平均基底應(yīng)力大于地基軟土的承載力特征值。沉降變形較大，必須采取地基處理措施?？裳须A段對(duì)預(yù)制管樁、軟基換填及深層水泥攪拌法(粉噴樁)進(jìn)行了比選，鑒于粉噴樁處理地基具有施工簡(jiǎn)單方便、本地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)成熟、工期短、造價(jià)低等特點(diǎn)，推薦采用粉噴樁法。 </p><p>　　(1)

13、粉噴樁單樁承載力特征值計(jì)算。根據(jù)5建筑地基處理技術(shù)規(guī)范6，粉噴樁單樁承載力特征值，分別按式(1)和式(2)計(jì)算，并取其中最小值。 </p><p>　　按樁身水泥土強(qiáng)度: </p><p>　　Ra=ηfcuAp(1) </p><p>　　式中:η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.30；fcu為與粉噴樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d齡期的立方體

14、抗壓強(qiáng)度平均值，取為1600kPa；Ap為樁的橫截面積，取0.1963m2，計(jì)算得出Ra=94.2kPa。 </p><p>　　按土對(duì)樁的支承力: </p><p><b>　　(2) </b></p><p>　　式中: μp為樁的周長(zhǎng)，為1.57m；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，對(duì)粉質(zhì)粘土取10kPa，對(duì)淤泥質(zhì)土取8kPa；li為樁

15、長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度；qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值；a為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，取0.5。 </p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算，取小值為單樁承載力設(shè)計(jì)值Ra。經(jīng)計(jì)算，單樁承載力由樁身材料強(qiáng)度確定，為94.2kPa。 </p><p>　　(2)粉噴樁復(fù)合地基承載力特征值按式(3)計(jì)算: </p><p><b>　　(3) </b

16、></p><p>　　式中:fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；m為面積置換率，根據(jù)本工程的樁基布置形式，為0.1963；Ra為單樁承載力特征值，kN；B為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.75；fsk為處理后樁間土承載力，可取樁間土天然地基承載力特征值，多層土可按厚度進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算結(jié)果見表4。 </p><p>　　表4 復(fù)合地基承載力計(jì)算表kPa </p>&l

17、t;p>　　根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，最大應(yīng)力均小于復(fù)合地基的1.2倍，滿足規(guī)范要求。 </p><p>　　(3)粉噴樁處理后地基沉降計(jì)算?？偝两盗縎主要由粉噴樁復(fù)合土層的變形量S1和樁端下土層的變形量S2組成。粉噴樁復(fù)合土層的壓縮變形量按式 </p><p><b>　　(4)計(jì)算: </b></p><p><b>　　(4) &

18、lt;/b></p><p>　　式中，Esp為粉噴樁復(fù)合土層的壓縮模量，可用置換率加權(quán)的方法進(jìn)行計(jì)算: </p><p>　　Esp=mEp+(1-m)Es(5) </p><p>　　式中:Ep為粉噴樁樁身的壓縮模量，取120MPa；Es為樁間土的壓縮模量，取樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的加權(quán)平均壓縮模量；P0為粉噴樁復(fù)合土層頂面的附加壓力值，kPa； </p>

19、;<p>　　樁端下土層變形量S2按式(6)計(jì)算: </p><p><b>　　(6) </b></p><p>　　式中:Pz為粉噴樁復(fù)合土層底面的附加壓力值，kPa；s2為自身荷載和相鄰荷載產(chǎn)生的樁端以下未加固土層的沉降。見5建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范6(GB50007-2002)。 </p><p>　　本工程粉噴樁的設(shè)計(jì)方案樁

20、徑為50cm，采用行間距為1m×1m的正方形布置形式。與粉噴樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，90d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值取為1600kPa。則粉噴樁面積置換率為19.63%，單樁承載力特征值為94.2kPa。水閘閘室最終沉降量為44.7mm，滿足規(guī)范要求。 </p><p><b>　　3 結(jié)語 </b></p><p>　　綜上所

21、述，為減小軟土地基建筑物變形量較大的問題，閘室及其兩側(cè)空箱均采用了輕型結(jié)構(gòu)，利用粉噴樁復(fù)合地基滿足構(gòu)筑物的抗滑穩(wěn)定和基礎(chǔ)承載力的要求。通過計(jì)算，水閘閘室最終沉降量為44.7mm，滿足規(guī)范要求，說明粉噴樁復(fù)合地基能夠有效地解決軟土地基水閘沉降問題。本水閘的設(shè)計(jì)成果值得在沿海類似水閘工程借鑒參考。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1