高州水庫(kù)灌區(qū)蓮塘渡槽灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探析

湯丙煌

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州 510635)

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高州水庫(kù)灌區(qū)蓮塘渡槽灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探析

湯丙煌

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州 510635)

茂名市高州水庫(kù)灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程是以灌溉為主，結(jié)合渠道沿線城鎮(zhèn)生活、工業(yè)用水、同時(shí)改善茂名市小東江的水環(huán)境，并兼顧發(fā)電、防洪等任務(wù)，是廣東省三大灌區(qū)之一。石骨總干渠為高州水庫(kù)灌區(qū)主要干渠之一，除灌溉外，還擔(dān)負(fù)著向高州市的城市居民供水任務(wù)，要求渠道不間斷供水。蓮塘渡槽為石骨總干渠最大的輸水渡槽，蓮塘渡槽的灌注樁基礎(chǔ)處理，對(duì)整個(gè)渡槽建設(shè)的重要性尤為突出，由于灌注樁具有施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)擠土、噪音小、宜于在建筑物密集地區(qū)使用等優(yōu)點(diǎn)，灌注樁在施工中得到較為廣泛的應(yīng)用。

灌區(qū)；渡槽；基礎(chǔ)處理；灌注樁

1　工程概況

高州水庫(kù)灌區(qū)是廣東省三大灌區(qū)之一，設(shè)計(jì)灌溉面積7.87 萬(wàn) hm2，渠道總長(zhǎng)3282km。高州水庫(kù)灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造首期工程改造渠道153.312km,其中石骨總干渠14.624km，東干渠16.754km，西干渠17.667km，電茂干渠14.860km，高州引鑒總干渠23.947km，南干渠4.486km，高化支渠12.140km,南盛引鑒總干渠22.984km，南盛水輪泵渠3.801km，陳垌、世華、陳金、雙花和三文田支渠共22.049km；各類渠系建筑物共計(jì)為1530座，其中各類水閘74座，渡槽20座，涵洞488座，隧洞1座，橋梁248座，接洪堰699座[1]。

石骨總干渠渠道設(shè)計(jì)引水流量63.5m3/s，加大流量69.9m3/s,為高州灌區(qū)設(shè)計(jì)斷面最大的渠道。除灌溉外，還擔(dān)負(fù)著向茂名市的城市居民供水任務(wù)，要求渠道不間斷供水。石骨總干控制灌溉面積55.6萬(wàn)畝。石骨總干渠本次加固改造的渠道沿線共布置了3座渡槽，分別為蓮塘渡槽(石骨總干渠樁號(hào)0+032)、蓮塘渡槽(石骨總干渠樁號(hào)2+209.4)和排步渡槽(石骨總干渠樁號(hào)8+984.6)。文章對(duì)3個(gè)渡槽中最長(zhǎng)的蓮塘渡槽灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析。

2　渡槽樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及采用的標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1建筑物級(jí)別

蓮塘渡槽設(shè)計(jì)流量為63.5m3/s，加大流量為69.9m3/s，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288—99)的規(guī)定，渡槽主要建筑物(包括渡槽槽身、渡槽基礎(chǔ)、渡槽上下游連接段、漸變段)級(jí)別3級(jí)，渡槽次要建筑物(兩岸河岸防護(hù))級(jí)別為4級(jí)[2]。

2.1.2洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288—99)及《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)的規(guī)定，蓮塘渡槽建筑物級(jí)別為3級(jí)，相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇[3]。

2.1.3抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，地震動(dòng)峰值加速度為0.1g，地震動(dòng)反映譜特征周期0.35s，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為7°[4]。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL203—97)規(guī)定，蓮塘渡槽按7°地震烈度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2.2計(jì)算參數(shù)的采用

2.2.1特征水位

渡槽中設(shè)計(jì)水深3.0m，滿水水深4.5m，長(zhǎng)200m。

2.2.2地震烈度

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(1∶400萬(wàn))GB18306—2001，場(chǎng)地50a超越概率10%，基巖地震動(dòng)峰值加速度為0.1g，地震動(dòng)反映譜特征周期0.35s，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為7°。

根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL203—97)蓮塘渡槽建筑物按7度設(shè)防，各建筑物均須進(jìn)行抗震計(jì)算。

2.3渡槽計(jì)算過程

蓮塘渡槽按梁式渡槽設(shè)計(jì)。梁式渡槽的邊槽墩采用C25實(shí)體重力式墩，渡槽跨中槽架采用C25鋼筋混凝土墩式槽墩。蓮塘渡槽槽墩高度在5～11m。每段承臺(tái)基礎(chǔ)布置4根直徑1000mm灌注樁。

渡槽立面見圖1。

樁基礎(chǔ)布置見圖2。

2.3.1渡槽荷載及樁基礎(chǔ)作用力計(jì)算

1)計(jì)算公式

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2002)第8.5.3條[5]，在荷載作用下，作用于群樁中的單樁作用力計(jì)算公式如下：

軸心豎向力作用下：

(1)

偏心豎向力作用下：

(2)

水平力作用下：

(3)

式中：Fk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力；Gk為樁基承臺(tái)自重及承臺(tái)上土自重標(biāo)準(zhǔn)值；Qk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合軸心豎向力作用下任一單樁的豎向力；n為樁基中的樁數(shù)；Qik為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合偏心豎向力作用下第i根樁的豎向力；Mxk、Myk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合作用于承臺(tái)底面通過樁群形心的x、y軸的力矩；xi、yi為樁i至樁群形心的y、x軸線的距離；Hk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用于承臺(tái)底面的水平力；Hik為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用于任一單樁的水平力。

2)計(jì)算的主要工況

計(jì)算工況包括下列9種工況。

工況①：完建時(shí)期，相應(yīng)渡槽中、河道中均無(wú)水。

工況②：正常運(yùn)行，渡槽中滿水，河道中無(wú)水。

工況③：正常運(yùn)行，渡槽中設(shè)計(jì)水位，河道中設(shè)計(jì)水位。

工況④：正常運(yùn)行，渡槽中滿水，河道中設(shè)計(jì)水位。

工況⑤：正常運(yùn)行，渡槽中設(shè)計(jì)水位，河道中無(wú)水。

工況⑥：渡槽中無(wú)水，河道中無(wú)水并遭遇7度地震。

工況⑦：渡槽中滿水，河道中無(wú)水并遭遇7度地震。

工況⑧：渡槽中滿水，河道中有水并遭遇7度地震。

工況⑨：渡槽中無(wú)水，河道中有水并遭遇7度地震。

3)荷載及荷載組合

計(jì)算荷載主要包括自重、土重、水重、揚(yáng)壓力、水流力、風(fēng)壓力及地震力等[6]，必要時(shí)還包括作用于渡槽頂部人行道板上的活荷載等，按不利條件選取，詳見表1。

圖1蓮塘渡槽槽墩立面圖

圖2　蓮塘渡槽槽墩灌柱樁基礎(chǔ)布置圖

4)計(jì)算過程

挑選渡槽槽墩高度最大的11槽墩(H=11m)進(jìn)行計(jì)算[7]。

渡槽樁基單樁反力計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　樁基單樁反力計(jì)算結(jié)果

2.3.2樁基承載力計(jì)算

1)單樁豎向承載力特征值計(jì)算

鉆孔灌注樁單樁豎向承載力特征值由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5007—2002)中單樁豎向承載力特征值公式估算[8]：

Ra=qpaAp+up∑qsiali

(4)

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值；qpa、qsia為樁端端阻力、樁側(cè)阻力特征值，取值按表2；Ap為樁底端橫截面面積；up為樁身周邊長(zhǎng)度；li為第i層巖上的厚度，根據(jù)各渡槽基礎(chǔ)樁基實(shí)際長(zhǎng)度量取[9]。

根據(jù)渡槽樁基長(zhǎng)度及巖土層分布，挑選①號(hào)、③號(hào)、⑦號(hào)槽墩樁基進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程及成果詳見表3。

2)單樁水平向承載力特征值計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(DBJ15-31-2003)(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)，樁身配筋率≥0.65%[10]的鉆孔灌注樁單樁水平向承載力特征值按下列公式計(jì)算(假定管樁樁身配筋率>0.65%)：

(5)

計(jì)算過程見表4。

2.3.3計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算成果可知，經(jīng)水力計(jì)算，渡槽過流能力大于設(shè)計(jì)流量，滿足要求。

經(jīng)渡槽結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算，在各計(jì)算工況下，槽墩單樁最大平均豎向反力在計(jì)算工況③出現(xiàn)，平均單樁豎向反力為2480.4 kN，<單樁豎向承載力特征值2600 kN，滿足要求。槽墩單樁最大豎向反力在計(jì)算工況⑦出現(xiàn)，單樁豎向最大反力為3009.2 kN。<1.2倍單樁豎向承載力特征值3120 kN，滿足要求。單樁最大水平向最大反力在計(jì)算工況⑧出現(xiàn)，單樁水平向最大反力為195.7 kN。<單樁水平向承載力特征值500 kN，滿足要求。

3　建　議

1)重建渡槽兩岸基礎(chǔ)的開挖及連接段施工將影響施工期舊渡槽的過水，建議施工時(shí)重新考慮此部分建筑物的施工導(dǎo)流問題。

2)渡槽下河道的設(shè)計(jì)洪水水位、流量等資料，對(duì)渡槽槽底高程是否高于設(shè)計(jì)洪水位、渡槽槽墩是否對(duì)河道的過流能力造成影響及分析河床的局部沖刷深度確定基礎(chǔ)埋深。

3)新渡槽開挖，樁機(jī)施工過程中，如果新、舊渡槽之間距離過近會(huì)影響舊渡槽運(yùn)行安全。

4)灌注樁承載能力大，施工方便，適用于深基礎(chǔ)，不需開挖面積較大的基坑，在資金允許的前提下建議使用，提高建筑物基礎(chǔ)安全級(jí)別。

表3　樁基單樁豎向承載力特征值計(jì)算結(jié)果

從表3可知，各槽墩基礎(chǔ)樁基最小單樁豎向承載力特征值為2669.0kN，取2600kN。

表4　樁基單樁豎向承載力特征值計(jì)算結(jié)果

注：由于渡槽承受水流力、風(fēng)荷載等水平力，水平承載為長(zhǎng)期作用，故將單樁水平向承載力乘以系數(shù)0.8。

從表4可知，各槽墩基礎(chǔ)樁基最小單樁水平向承載力特征值為517.8kN，取500kN。

[1]中華人民共和國(guó)水利部.GB50201—94防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：水利水電出版社，1994.

[2]中華人民共和國(guó)水利部.SL252—2000水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn).北京：水利水電出版社，2000.

[3]中華人民共和國(guó)水利部.GB50288—99灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：水利水電出版社，1999.

[4]中華人民共和國(guó)水利部.SL265—2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：水利水電出版社，2001.

[5]中華人民共和國(guó)水利部.SL191—2008水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：水利水電出版社，2008.

[6]中華人民共和國(guó)水利部.SL203—97水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：水利水電出版社，1997.

[7]中華人民共和國(guó)水利部.DL5077—1997水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：水利水電出版社，1997.

[8]中華人民共和國(guó)水利部.GB50007—2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：水利水電出版社，2002.

[9]中華人民共和國(guó)水利部.JGJ94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：水利水電出版社，2008.

[10]中華人民共和國(guó)水利部.SL379—2007水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：水利水電出版社，2007.

Analysis of Liantang Aqueduct Filling Pile Foundation Design for Gaozhou Reservoir Irrigation Area

TANG Bing-huang

(Guangdong Provincial Water Conservancy & Electric Power Investigation, Design and Research Institute, Guangzhou 510635, China)

Gaozhou reservoir irrigation district construction continued and water-saving reform project is mainly for irrigation in Maoming City, combination with domestic and industrial water along the channel, meanwhile, improving the water environment of Xiaodongjiang River in Maoming City and taking into account the power generation and flood control etc, is one of the three top irrigation areas in Guangdong Province. Shigu general main channel is one of the major canal of Gaozhou reservoir irrigation areas, except for irrigation, is also responsible for supplying water to the residents of Gaozhou city, and is required to supply water uninterruptedly. Liantang aqueduct is the biggest delivery aqueduct of Shigu general main canal, the filling pile foundation treatment is especially prominent for Liantang aqueduct construction, as a result of bored pile construction with the characteristics of no vibration, no soil compaction and low noise, is suitable to be used in built-up area, and the filling piles will be applied widely during construction.

irrigation area; adequate; foundation treatment; filling pile

1007-7596(2016)07-0120-05

2016-05-26

湯丙煌(1982-)，男，江蘇鹽城人，工程師，從事水利設(shè)計(jì)工作。

TV672.3

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