MG水庫涵洞基礎(chǔ)加固方案比選及設(shè)計分析

苗萌，賈俊策

（臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000）

1 工程概況

MG 水庫Ⅱ庫為一座灌注式水庫，由區(qū)域干渠引水入庫，主要用冬閑水及汛期洪水蓄庫，為0.13萬hm2飼草料基地提供灌溉水源，每年提供灌溉水量699.55萬m3。MG水庫Ⅱ庫總庫容583 萬m3，最大壩高38.50 m，工程規(guī)模Ⅳ等小（1）型。主要建筑物包括大壩、涵洞、溢洪道等，其中涵洞總長度196 m（導(dǎo)流涵洞段36 m，放水涵洞段160 m），涵洞縱坡1/50。

2 涵洞基礎(chǔ)地質(zhì)條件分析

2.1 全新統(tǒng)坡（洪）積粉質(zhì)壤土層

此項目涵洞基礎(chǔ)位于全新統(tǒng)坡（洪）積粉質(zhì)壤土層上，厚度1.00～2.50 m，主要為粉質(zhì)壤土，淺黃色，干～稍濕，稍密，中～高壓縮性，屬弱透水性，屬非自重濕陷性黃土場地，濕陷程度為輕微～中等，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=100～130 kPa。

2.2 全新統(tǒng)洪積砂卵礫石層

涵洞粉質(zhì)壤土層深度以下為洪積砂卵礫石土層，厚度4.50～6.50 m，主要為卵礫石和砂土，表部松散，下部中密～密實，但本土層地層不均勻，級配較差，局部為砂卵礫石與砂土互層。其中壩基和河床的砂卵礫石部分物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 涵洞基礎(chǔ)物理力學(xué)參數(shù)（部分）表

3 涵洞基礎(chǔ)加固方案比選

導(dǎo)流兼放水涵洞布置于壩體基礎(chǔ)中部河床位置，包括進口豎井段、壓力洞身段、閘閥間段、出口消力池段等幾部分，正是因為涵洞位置的重要性，因此對其地基堅固性、穩(wěn)定性提出了很高的要求。根據(jù)MG水庫Ⅱ庫的實際情況，共設(shè)計三種涵洞基礎(chǔ)加固方案，具體操作和對比分別如下。見表2。

表2 涵洞基礎(chǔ)處理方案對比分析表

方案一：3 m厚砂礫石拌20%熟石灰換填。對涵洞基礎(chǔ)底部土層作部分換填，換填深度3 m，按1：1擴槽，特別是涵洞基礎(chǔ)下粉質(zhì)壤土層全部清除。換填料采用級配連續(xù)的砂卵礫石摻拌20%石灰，30 cm 一層分層碾壓，壓實后相對密度不小于0.85，干密度試驗值不小于2.25 g/cm3，變形模量不小于40 MPa，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不低于300 KPa。

方案二：C10現(xiàn)澆混凝土填筑。對涵洞基礎(chǔ)底部土層作全部清除，采用C10 現(xiàn)澆混凝土澆筑基槽，澆筑厚度為涵洞基礎(chǔ)以下7～9 m，基槽開挖邊坡1：0.50，基礎(chǔ)下C10 現(xiàn)澆混凝土垂直澆筑，旁側(cè)基槽間隙采用河床砂礫石碾壓填筑。

方案三：設(shè)置C25鋼筋混凝土灌注樁。涵洞基礎(chǔ)以下采用灌注樁結(jié)構(gòu)，深度設(shè)計為10 m，灌注樁直徑1 m，涵洞基礎(chǔ)下設(shè)置兩排，樁距6 m。

方案一具有投資小，施工速度快，施工技術(shù)難度小，工程量省等優(yōu)點。因此，涵洞基礎(chǔ)加固工程設(shè)計選用方案一。

4 涵洞基礎(chǔ)加固方案設(shè)計

4.1 涵洞基礎(chǔ)

①換填材料中，要求選用無雜質(zhì)的中、粗砂，含泥量小于5.00%，礫石強度不低于四級，最大粒徑小于5 cm；②換填采用分層碾壓，首先在換填范圍外側(cè)打設(shè)鋼筋樁，并標(biāo)注尺度，指導(dǎo)每層攤鋪厚度。攤鋪材料采用“機械+人工”方式，推土機沿著兩側(cè)向中間攤鋪，部分角落和凹凸不平處人工修平；③涵洞基礎(chǔ)碾壓采用26T 型壓路機，先靜壓1 遍，之后弱振碾壓2 遍，最后再強振碾壓2 遍，檢測其相對密度滿足要求后則結(jié)束；④為消除壩下涵洞基礎(chǔ)不均勻沉降所產(chǎn)生涵洞裂縫，設(shè)計中壩下涵洞設(shè)置伸縮縫，伸縮縫間距12 m，采用雙止水結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)止水采用2 mm厚“凸”型止水銅片，外側(cè)止水為651型橡膠止水帶，設(shè)計要求止水伸縮量不小于20 mm。

4.2 涵洞洞身

4.2.1 涵洞首部進水豎井

工程設(shè)計豎井孔口為方形2.00 m×2.00 m，邊墻厚0.60 m，井筒外緣寬3.20 m，高度為19.72 m。豎井基礎(chǔ)承臺厚1.50 m，寬10 m，長10 m為方形。豎井采用C30F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)承臺采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4.2.2 洞身結(jié)構(gòu)

涵洞洞身采用鋼內(nèi)襯外包鋼筋混凝土內(nèi)圓外城門洞型結(jié)構(gòu)，斷面尺寸φ=1.20 m，外徑1.80 m。鋼涵洞壁厚30 cm，內(nèi)襯采用D1220-10螺旋鋼管，鋼材型號Q235B型鎮(zhèn)定鋼，涵洞外包采用C30F200W6 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。涵洞上游62 m 管周及基礎(chǔ)采用水泥土（1：9）人工夯填1 m厚，涵洞下游98 m管周采用反濾層包裹1 m厚，外包無紡布。

4.2.3 涵洞末尾段閘閥間

閘閥間內(nèi)管道采用D1232-16螺旋鋼管，鋼材型號Q235B型鎮(zhèn)定鋼，沿管道配備DN1200（1.00 MPa）電動閘閥2套、DN1200（1.00 MPa）套管式伸縮器2 套。閘閥間、水下墻、上部結(jié)構(gòu)均采用C25F200W6鋼筋混凝土，屋頂采用彩鋼屋面板。

4.3 涵洞壓力管結(jié)構(gòu)計算

4.3.1 壓力管配筋計算

該放水洞自重所引起的環(huán)向內(nèi)力可略去不計，管道承受內(nèi)水壓力時為軸心受拉構(gòu)件，可按（1）公式進行配筋計算。經(jīng)計算可得：管壁1 m長度內(nèi)承受的拉力設(shè)計值為N=288 000 N，鋼筋截面面積為As=1 161.30 mm2，管壁內(nèi)層配Φ14@200、外側(cè)配Φ12@200（As=1 335 mm2），分布鋼筋為32φ10。

式中：As為受拉鋼筋截面面積，mm2；γd為結(jié)構(gòu)細(xì)數(shù)，取值1.25；γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)取1.20；ψ為設(shè)計狀況系數(shù)，取值1.00；γQ為可變荷載（內(nèi)水壓力）分項系數(shù)1.20；pk為管內(nèi)水壓力，取值0.40 N/mm2；r為管道半徑，600 mm；b為管壁長，1 000 mm；fy為鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值（抗拉），310 N/mm2。

4.3.2 抗裂計算

因該壓力水管終年有水，故取內(nèi)水壓力的長期組合系數(shù)ρ=1.00，除內(nèi)水壓力外無其它可變荷載，故可只按荷載效應(yīng)長期組合進行抗裂驗算，計算公式見（2）（3），如果Nl＜αct·ftk·A0，則滿足抗裂要求。計算得：N1=240 000 N，αct·ftk·A0=325 012.50 N，C25標(biāo)號的混凝土滿足抗裂要求。

式中：Nl為荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載效應(yīng)長期組合計算的軸向力值，N；ρ為長期組合系數(shù)，取值1.00；h為管壁厚，取值300 mm；A0為受拉鋼筋截面面積，mm2；αE為彈性模量比，αE=Es/Ec，取值7.14；ftk為混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值（抗拉），取值1.50 N/mm2；αct為混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)，對荷載效應(yīng)的短期組合，對長期組合取值0.70。

5 結(jié)語

對MG 水庫Ⅱ庫涵洞基礎(chǔ)加固方案比選，確定優(yōu)選方案，方案設(shè)計保證了后續(xù)工程的順利實施，試運行中，涵洞沉降量在規(guī)范允許范圍內(nèi)，且洞身結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)任何開裂情況，說明該涵洞工程設(shè)計完全合理。