初探中小型水工建筑物樁基礎設計實例

【摘要】水工建筑物的樁基礎設計是否合理，對建筑結構安全、節約支出、工程造價意義重大，為此，本文結合實例，根據樁基礎設計的內容，特別是樁基礎設計中靜載荷試驗的重要意義及設計計算方法，以及樁基設計中樁型、樁長、樁徑比的設計價值和具體設計計算方法，對小型水工建筑樁基礎的設計問題進行分析。

【關鍵詞】中小型水工建筑物；樁基礎設計；設計實例

我國很多發生事故或存在病險需要再度修建的中小型水工建筑物，多建造于上世紀70年代前[1]，當時因為技術或設備等問題導致達不到設計標準，或者不滿足設計要求，長期使用下又無后續完備的修繕措施，進而導致滲透后崩塌。

1 工程概況

該工程樁號11+715m～11+785m，肩負著兩個自然縣約2.5萬畝農田的灌溉任務。于13年8月發生填方崩垮，缺口達112m2（長X深），造成經濟損失近70萬元。鑒于此，在多方的重視和努力下，充分了解了險情情況，并根據調查的資料，決定對其進行改建，改為鋼筋混凝土筒支梁式渡槽，倒墻頂設置拉桿，采用矩形斷面，上面用人行混凝土板進行鋪裝，具體資料如下。

1.1 水力資料 設計流量為1.92m3/s，輪灌時流量達到2.45 m3/s，糙率系數n=0.017。渡槽縱坡為l/500， 渠道縱坡為I/3000，上游渠道為1.96mx1.36m的過水斷面。

1.2 建筑材料 槽身采用C20混凝土，其軸心抗壓fc=9.6N/mm2，軸心抗拉ft=1.10 N/mm2，Ec=2..55 x104N/mm2；基礎及樁柱采用C15混凝土，軸心抗壓fc=7.2N/mm2，軸心抗拉ft=0.91N/mm2，Ec=2.20x104N/mm2；鋼筋采用HPB235，fy=fy’=210N/mm2 ，ES=2.1x105 N/mm2 ；鋼筋混凝土γ=25kN/m3.人群荷載 2.5kPa。風荷載0.35kPa。

2工程樁基礎設計方案

樁基礎設計主要包括以下幾方面：①樁類型及幾何尺寸；②單樁豎向及水平承力設計值；③樁數量、間距及布置方式；④樁基承載力及地基變形情況；⑤樁身結構設計；⑥承臺設計；⑦樁基礎施工圖的繪制。本文根據該工程實際要求，從基礎設計、荷載及樁柱配筋計算、樁柱水平及軸向承載力計算，以及樁下基礎設計進行分析闡述。

2.1 基礎設計

在樁基設計過程中，樁型、樁長，以及樁徑比的設計十分重要。因為不同的樁型將直接影響成樁的質量，比如施工用料，進而影響施工的工期和成本。一般情況下，采用擴大樁側表面積的方式，進而提升樁側摩阻力承載能力，通過增加直徑以提升樁端的阻力發揮。需要注意的是，樁側表面積和樁端的表面積在總面積中所占的比重并不會對樁的總承載力造成影響。正常情況下，樁長比和樁側摩阻力是成反比例關系，即隨著樁長比的提升，樁側摩阻力卻會隨著土層的加深而縮小。由此可見，隨著樁長比的不斷增加，樁側摩阻力會達到一個極限值，并且趨于穩定。

2.2 樁柱水平及軸向承載力計算

確定樁的承載力是樁基設計的關鍵點和難點，本文根據該工程實例對軸線承載力計算如下：

軸向承載標準值： （1）；

上式中， 為樁端上承載力標準值，單位KPa，因軟塑粘性土入土深度在5.2m～10.3m之間，故取值650kPa； 為樁身橫截面面積，單位為m2；為樁身周邊長度，單位m； 為樁身的周邊長度，單位為m； 為樁周末阻力標準值，單位kPa，根據以往經驗計算，即6.5米的厚液性指數為0.75，粘性土為17kPa，而3.0的厚液性指數為0.25，粘性土為38kPa； 為承臺底面下的各層土地深度，本工程設計中，分別設計為6.5m和3m。

將上述數值代入公式（1），得出軸向承載的標準值約為975kN，顯著大于P=195kN，設計滿足要求。

針對樁柱水平的承載力計算，同樣根據相應公式代入計算得出，結果亦符合要求，文中不再贅述。需引起注意的是，樁基礎工程設計中，檢驗樁基礎設計是否安全，是否經濟價值最大，單樁承載力的荷載試驗尤為重要，通常，其包括兩部分，即樁自身結構可以承受的最大軸向荷載，以及地基土對樁的支撐能力，兩個方面都很重要，可以理解為其間是互相分擔、互相承受的關系[2]。

2.3 樁下基礎設計

樁下基礎設計也是樁基礎設計中的重要環節，或是容易導致質量問題或是在實際施工中易忽視的環節[3]。根據以往樁基礎設計經驗，將本次工程的樁身軸力和樁沉降量進行計算。由于，本樁基礎設計采用的是方形截面設計，故需將公式樁圓形截面進行相應的換算，具體公式如下：

，經公式計算得出樁身彈性壓縮量，以及樁頂沉降值分別為 -.005 mm和-19.98 mm，故均取為0.

由上述計算可知，由于樁身7m時，其軸力已為負值，因此，柱下基礎地基承載力和底板配筋設計已無必要，且樁柱筋亦無需繼續向下配制，經計算，從承臺以下土體中的配制深度經計算為3.82m，出于安全和成本的考慮，取4.5m。

結束語：

對于水工建筑樁基礎設計，除上述內容外，在設計前，還需對工程的實際特點和具體要求進行分析，并綜合考慮收集整理的巖土工程勘察、場地環境及施工條件等資料，以確保工程質量和使用壽命。

參考文獻：

[1] 王燕.淺談樁基礎設計[J].四川建材，2015，41（3）：92-93.

[2] 代輝.CFG樁復合地基變形計算問題研究[D].鄭州： 鄭州大學，2014.