淺談廣東粵電宏發(fā)水電站樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

胡翠薇

（廣東省源天工程有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 510500）

20 世紀(jì)70 年代，水工建筑工程因設(shè)備性能欠佳和技術(shù)水平不足等因素影響，建筑物整體質(zhì)量完全沒有達(dá)到工程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，加上長時(shí)間使用，且后續(xù)缺乏維護(hù)和修繕，致使這部分中小型水工建筑物出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏問題，甚至崩塌。基于此，應(yīng)加強(qiáng)對工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重視程度，保證水工建筑工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，進(jìn)一步提高中小型水工建筑物的工程質(zhì)量[1]。本文對廣東粵電宏發(fā)水電站工程樁基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

1 工程概況

廣東粵電宏發(fā)水電站工程土建工程選用的是11+715 m～11+785 m 的樁號，負(fù)責(zé)約2.3 萬畝的農(nóng)田澆灌任務(wù)。因長時(shí)間使用和維護(hù)修繕工作不到位，出現(xiàn)填方崩垮事故。崩垮缺口115 m2，造成了極為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。對此，實(shí)施工程修繕改建工作，采用矩形斷面，將其結(jié)構(gòu)改為鋼筋混凝土簡支梁式渡槽。

修繕工程采用C20 的鋼筋混凝土槽身，軸心抗拉Ft=1.12 N/mm2，Ec=2.57×104N/mm2；軸心抗壓Fc=9.8 N/mm2；C15 混凝土基礎(chǔ)，軸心抗拉Ft=0.92 N/mm2，Ec=2.21×104N/mm2；軸心抗壓Fc=7.3 N/mm2；鋼筋混凝土材料γ=26 kN/mm2；HPB235 型號混凝土，fy=fy′=213 N/mm2；風(fēng)荷載為0.36 kPa，人荷載為2.6 kPa。

工程設(shè)計(jì)流量1.92 m3/s，輪灌水流量2.47 m3/s，糙率系數(shù)0.018。工程上游渠道結(jié)構(gòu)為1.97 m×1.38 m 的過水?dāng)嗝妗Ｇ澜Y(jié)構(gòu)縱坡1/3000；渡槽結(jié)構(gòu)縱坡1/500。

2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要包括兩部分：承臺和樁基。

承臺位于樁基礎(chǔ)頂端，依照承臺的位置差異，可將樁基礎(chǔ)分為高承臺樁基礎(chǔ)和低承臺樁基礎(chǔ)[2]，中小型水工建筑物采用低承臺樁基礎(chǔ)。

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)工程的施工要求以及實(shí)際地形情況，對建筑工程樁基礎(chǔ)的類型、樁長、平面布置以及斷面尺寸、承臺尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇，并對樁基礎(chǔ)的強(qiáng)度和沉降量進(jìn)行估算和評測，確保樁基礎(chǔ)具有較高的承載能力、較強(qiáng)的豎向強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性。

3 設(shè)計(jì)方案

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要對樁的類型、長度以及徑比等基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。不同樁類型會(huì)對整體樁基礎(chǔ)的質(zhì)量造成不同的影響，需要提高樁側(cè)摩阻力、承載能力，增大樁側(cè)表面積，通過擴(kuò)大樁直徑充分發(fā)揮樁端阻力。設(shè)計(jì)中，樁總表面積中樁端及樁側(cè)表面積所占比重不會(huì)影響樁整體的承載力，樁側(cè)摩阻力和樁長表現(xiàn)為反比例關(guān)系[4]，隨著樁長比的不斷增大，樁側(cè)摩阻力會(huì)趨向一個(gè)穩(wěn)定的極限值。

3.1 靜荷載試驗(yàn)

靜載荷試驗(yàn)是中小型水工建筑物工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，關(guān)鍵參數(shù)是單樁的豎向承載力，也是決定樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全性和可靠性的關(guān)鍵因素，應(yīng)著重對樁水平和豎直承載力進(jìn)行計(jì)算。樁豎向承載力采用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Rk表示樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，qp表示樁端承載力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap表示樁身橫截面表面積，m2；Up表示單樁樁身周長，m；qi表示樁周末端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Li表示樁承臺底面各土層深度[5]。

該工程中樁端承載力標(biāo)準(zhǔn)值取650 kPa，各土層深度分別為3 m 和6.6 m。需注意的是，因厚液性指數(shù)不同，樁周末端阻力標(biāo)準(zhǔn)值也存在差異，要根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行測算，選取3 m 厚液性指數(shù)為0.25 的粘性土，其阻力標(biāo)準(zhǔn)值是38 kPa，6 m厚液性指數(shù)為0.75 的粘性土阻力標(biāo)準(zhǔn)值是16 kPa。

將上述數(shù)據(jù)帶入式（1）可以得出最終的樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值。經(jīng)計(jì)算，樁豎向承載力為974 kN，明顯高于標(biāo)準(zhǔn)要求，符合工程設(shè)計(jì)要求。需注意的是，必須對樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的安全性進(jìn)行檢查，并對其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行準(zhǔn)確評估。

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的靜荷載試驗(yàn)可以分為兩部分進(jìn)行：（1）樁身結(jié)構(gòu)能夠承載的最大豎向荷載；（2）地基對樁的支撐力[6]。兩者相互承載、相互分擔(dān)。

3.2 樁下基礎(chǔ)

樁下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中是最容易受到忽視或引發(fā)整體設(shè)計(jì)質(zhì)量問題的一個(gè)環(huán)節(jié)[7]。樁基礎(chǔ)采用方形截面設(shè)計(jì)，通過對圓形樁截面進(jìn)行公式的換算，計(jì)算工程樁身軸力和樁身的沉降量：

經(jīng)上述公式計(jì)算，可以得出樁身所具備的彈性壓縮量為-0.006 mm，樁頂沉降值為-19.97 mm，鑒于此，兩個(gè)數(shù)值均取0。在此基礎(chǔ)上對地基中不同土層的平均摩阻力進(jìn)行計(jì)算，得出土層厚度為6.6 m 的軟塑黏土平均摩阻力值為20 kPa，土層厚度為3 m 的硬塑黏土平均摩阻力為25 kPa。

由此可知，工程所選樁長度為7 m，軸力為負(fù)，無需對樁下底板及樁基礎(chǔ)地基承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)。在考慮安全性的前提下，樁身承臺以下土體配置深度3.84 m，工程取值為4.5 m，進(jìn)一步保證了樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的安全性。

4 結(jié)語

樁基礎(chǔ)是水工建筑物最為重要的組成部分之一，是決定建筑物后期可靠、安全運(yùn)行的關(guān)鍵性因素。在中小型水工建筑物的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，應(yīng)依照工程實(shí)際地形、地質(zhì)情況對樁基礎(chǔ)進(jìn)行選擇，并確保樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)能夠滿足工程要求，保證樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡單、牢固，且施工操作便捷，以便提高水工建筑物的整體質(zhì)量，延長使用時(shí)間，從而創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。