軟土地基水閘設計中沉降控制復合樁基應用研究

胡翀宇

(北京交通大學海濱學院，河北黃驊　061199)

軟土地基水閘設計中沉降控制復合樁基應用研究

胡翀宇

(北京交通大學海濱學院，河北黃驊061199)

摘要:結合工程實例，介紹了軟土地基水閘設計中沉降控制復合樁基的計算原理，從荷載設計、樁基承載力計算、水閘樁高等方面，闡述了沉降控制復合樁基的設計方法，從而確保軟土地基水閘結構設計的安全性及穩(wěn)定性。

關鍵詞:軟土地基，水閘，沉降控制，復合樁基

設計軟土地基水閘的工程中，由于軟土地基具備一定的特殊性，不僅會在一定程度上影響設計水閘的整體質量，還會降低施工整體進度，實際應用的時候需要合理提高設計水閘的質量，有機結合沉降控制復合基樁的施工方式，保證整體提高施工質量。

1　工程實例

某水閘在設計的時候，位于三河交匯口處，正常運行情況下，水閘攔截河水的時候需要承擔負載進行工作，適當增加水位，為了方便進行飲水。洪水時期進行開閘泄水，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，軟土地基中設計水閘的時候，底板寬12 m，底板長23 m，底面存在－2.5 m的高程，底板按最大荷載計算能夠達到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　計算基本原理

1)設計沉降控制負荷基樁需要滿足以下需求:第一，一般情況，在設計沉降控制負荷基樁的時候適合使用長細比在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制方樁的可靠性和安全性。不應該低于5d～6d的樁距，并且依據樁端進入相對比較低壓縮性的持力層、高壓縮性泥質土層中選擇埋深樁基的實際要求進行設計，基本上設計的時候都是不低于建筑1/15高度的沉降控制負荷基樁承臺埋深。第二，承臺和樁地基需要一起承擔外部荷載，應該符合以下規(guī)則:當承臺底面存在荷載永久組合值的時候，并且高于沉降控制負荷基樁單樁承載能力之和，此時，樁需要承擔單樁極限承載荷載之和，承臺需要承擔地基剩下的荷載之和;當承臺底面存在荷載永久組合值小于沉降控制負荷基樁單樁承載能力之和的過程中，荷載全部由樁承擔。

2)設計沉降控制負荷基樁沉降需要滿足以下需求:假設P是承臺底面作用中荷載準永久組合值，σc是承臺底面上自重應力，在承臺中合理布置單樁n個，其中Rk是單樁極限承載標準值的沉降控制負荷基樁，Gpk是扣除浮力影響以后樁基自身重力標準值，設計基樁沉降應該符合以下規(guī)則:

第一，當nRk≥P－σcAc的時候，沉降實際上就是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，選擇沉降系數為1.0。

第二，當nRk≤P－σcAc的時候，沉降可以被分為兩部分: a.沉降實際上就是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，選擇沉降系數為1.0。b.在負荷為P－σcAc－nRk承臺底面附件荷載影響下形成的沉降。

3　沉降控制復合樁基的設計

在軟土地基上設計建設水閘的時候，極易形成不均勻沉降或者大面積沉降，需要得到重視。實際設計水閘的時候，不僅需要提高外部結構剛度，保證能夠合理利用軟土地基密實土層，從而達到降低附加壓力的目的，還可以依據砂井預壓來有效控制地基沉降以便于達到提高設計水閘質量的目的。

3.1設計應用優(yōu)勢

設計軟土地基水閘樁基的時候合理應用沉降控制復合樁基，實際運行工作的過程中荷載主要都是由樁間土、承臺以及樁來承擔。設計沉降控制，可以達到降低施工以后沉降的作用。在應用沉降控制復合樁基的時候，軟土地基水閘基樁設計的過程中可以合理應用沉降量，主要就是因為軟土地基中設計水閘一般情況下存在不是很堅硬的地基樁端持力層，實際應用的時候會具備比較大的樁間距，所以，適合應用在設計沉降控制復合樁基中，實際設計的時候可以不用分析水閘下端荷載，實際上就是不分析樁端持力層，從而達到優(yōu)化沉降控制復合樁基的目的。

3.2設計荷載的要點

樁自身能夠抵御上部比較小的荷載，如果提高上部荷載，需要充分分析現場抵抗荷載承臺的作用，能夠相加單樁承載力，并且外荷載主要通過總單樁進行承載，承臺承擔剩余荷載。設計軟土地基水閘的時候，設計基樁可以不分析樁和底板，地基土共同承擔設計荷載的概念是相對保守的。基于此，應該在一定比例基礎上更合理設計承臺承擔的外部荷載，對于不同的作用時間，將代替荷載比例，可以在下個樁體轉移荷載。實際設計樁基的時候，樁間距和樁荷載具備一定關系，此時需要合理的進行設計。

3.3具體設計計算

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

當Lo/So＜5的時候，Te=5Lo/( 1.6Lo/So+2)。

當Lo/So≥5的時候，Te=5Lo。

其中，Lo為水平投影長度; So為垂直投影長度; Te為水閘地基有效計算深度，m。選擇樁身設計界面尺寸、確定樁的數量和承臺數量，然后計算確定承載力。

承載力計算:

當εc≤εo的時候，σc= fc［1－( 1－εc/εo)n］。

當εo＜εc＜εuk的時候，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。

在水閘泄洪的時候，設計洪水位的時候，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+設計水位=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　實踐應用價值

在實際應用沉降控制復合樁基設計水閘的時候，具備相同的樁距和樁數，并且在相同樁端持力層的基礎上，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。在樁長達到22 m的時候，沉降值出現轉折，并且優(yōu)化樁距、樁數會影響沉降。當樁長是21 m的時候，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，設計軟土地基水閘的時候，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　結語

在設計軟土地基水閘的時候，需要不斷創(chuàng)新和優(yōu)化設計方案，建立滿足上部荷載的水閘底板地基，并且優(yōu)化設計水閘下部基樁，在實際設計的時候合理應用沉降控制復合樁基技術，能夠在一定程度上增加承載力，擁有相應的實際應用價值。

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:1009-6825( 2016) 04-0054-02

中圖分類號:TU447

文獻標識碼:A