1、1裴庄闸改建工程基础处理方案设计摘要：沿海地区地基一般均为软土地基，存在压缩性大，承载力低等特点，以裴庄闸改建工程为例，介绍沿海水闸工程基础处理设计方法。关键词：水闸；软土地基；沉降；承载力；基础处理；桩基； 中图分类号： TU471.8 文献标识码： A 文章编号： 1 工程概况 裴庄闸工程位于河北省汉沽农场境内，津唐运河与还乡河改道交汇处。该工程主要功能是防止蓟运河及还乡河汛期洪水倒灌津唐运河，解决津唐运河在丰南县境内排沥问题及利用河道蓄水灌溉农田。 裴庄闸工程始建于 1973 年，共五孔，中间三孔过水，两边孔封堵，单孔净宽为 8.4m，闸门为平板直升式。该工程在 1976 年地震中破坏严
2、重，节制闸机架桥全部发生位移及结构变形，操作控制室倒塌，闸门受挤，启闭机失灵，两岸护坡多处裂缝，地震后虽经修复，但经过 30 多年的运用，现存在闸门腐蚀漏水、启闭机锈蚀、电气设备老化、护坡裂缝渗水漫流等问题，成为津唐运河上的一处险工，一旦还乡河发生大洪水，洪水将倒灌津唐运河，威胁津唐运河两岸人民生命财产安全。经安全鉴定评定为四类闸，建议报废拆除重建。 2 基础处理原因分析 2.1 承载力复核计算 2闸室及上、下游翼墙基底应力计算采用水闸设计规范 （SL265-2001）第 7.3.4-1 条公式进行计算： 式中：闸室基础底面的面积（m2） ； 作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直
3、水流方向的形心轴的力矩（kNm） ； 闸室基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3） 。 平均基底应力 经计算，完建工况闸室基底平均地基应力 107.5kPa；上游翼墙基底平均地基应力 152kPa，下游翼墙基底平均地基应力 206kPa，远大于地基允许承载力 80kPa。 2.2 沉降计算 （1）闸室 取一联闸室进行沉降计算。计算工况：完建情况，计算采用公式为建筑地基基础设计规范 （5.3.5）式： 式中 地基最终沉降量（mm） ； 按分层总和法计算出的地基变形量； 沉降计算经验系数； 地基变形计算深度范围内所划分的土层数； 基础底面处的附加压力（kPa） ； 基础底面下第层土的
4、压缩模量（MPa） ； 3、基础底面至第层土、 层土底面的距离（m） ； 、基础底面计算点至第层土、 层土底面范围内平均附加应力系数。 计算工况的地基附加压力为 100kPa，地基变形计算深度为 20m。经计算，地基变形量为 362.64mm，考虑经验系数后，闸室地基最终沉降量为 471.73mm。 （2）上、下游翼墙 翼墙沉降计算公式与闸室沉降计算公式相同。上、下游翼墙地基附加压力分别为 130kPa、150kPa。沉降计算成果见表 1。 表 1 由表 1 知：闸室、上、下游翼墙地基最大沉降量均大于规范允许值15cm；闸室与上游翼墙沉降差大于规范允许值 5cm。 综上，闸室、上下游翼墙地基承
5、载力及沉降变形均不满足规范要求，需进行地基处理。 3 基础处理方案比选 改建裴庄节制闸闸址区位于华北沉降带的东北部，基岩深埋地下，上部覆盖厚层新生代地层。对工程有影响的表层为第四系沉积物。属海相沉积层和河口陆相冲积层，为软土地基。闸底板建基面高程为-5.3m，两岸翼墙建基面高程在-6.0-4.8m 之间，持力层为第一海相层，属高或中等压缩性土，地基允许承载力为 80kPa。根据计算，闸基、上下游翼墙地基平均压力大于地基允许承载力，沉降量及沉降差不满足规范要求。4因此，必须进行基础处理。 结合本工程的地质特征，比较了换土垫层、深层搅拌和桩基础。 换土垫层法施工简单易行，广泛用于水闸软基处理，但只
6、适用于软土层厚度较小的情况，该闸址处软土层深厚，若全部采用换土垫层法进行地基处理，彻底换基则工程量大，难以实施；部分换基则沉降量较大，处理效果不佳。 深层搅拌桩法加固地基是利用水泥或石灰作固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软粘土与水泥或石灰强力拌合，形成水泥加固土柱，从而形成强度较高的复合地基。深层拌合法适合于软土地基，施工速度较快。由于闸基持力层为海相层，其硫酸盐、有机质及含水量均较高，这些因素将导致桩体强度增长缓慢，将会影响上部结构的施工进度。 采用灌注桩基础承受上部结构的竖向和水平荷载，能有效解决原地基承载力不足的问题，同时还能有效的控制建筑物的沉降和侧向位移，并具有一定的
7、抗震作用。经比选，本工程闸室、上下游翼墙均采用混凝土灌注桩基础。 利用第地质单元细砂层作为桩基持力层。闸室桩底高程为-25.2m，桩长 20m，桩径 1.0 m；上游翼墙桩底高程为-25.3m，桩长 20m，桩径 1.2m；下游翼墙桩底高程为-28.7.0m，桩长 22m，桩径 1.2m。采用桩的型式均为摩擦式灌注桩。 4 桩基础设计 4.1 桩的水平承载力 5根据建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008）5.7.2 条知：当缺少少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算桩身配筋率不小于 0.65%的灌注桩单桩水平承载力设计值： 式中桩身的抗弯刚度， ； 桩深换算截面惯性距； 桩身换算截面受拉边缘
8、的截面模量，圆形截面为 桩身配筋率； 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量比值； 桩顶容许水平位移（根据水闸设计规范取 5mm） ； 桩顶水平位移系数； 桩的水平变形系数（1/m） ； 桩侧土水平抗力系数的比例系数；取 m=6.0103（kN/m4） 桩身的计算宽度（m） 。 群桩中单桩水平承载力考虑放大系数 1.1、组合地震工况下放大系数1.2。由单桩水平承载力确定布桩根数计算成果见表 2。 表 2 4.2 桩的竖向承载力及布桩 6由单桩竖向承载力确定布桩根数计算成果见表 3。 表 3 由上述计算结果可知，闸室布桩根数由竖向承载力控制，桩基布置形式为矩形，桩间距 3.43.5m,共计 45 根桩；上
9、游翼墙最大单桩竖向力1273 kN 小于单桩最大竖向承载力 1294kN；下游翼墙最大单桩竖向力1730 kN 小于 1.2 倍的单桩最大竖向承载力 1863kN。桩基布置形式为矩形，桩间距 3.03.0m,上游翼墙左右岸布桩共计 54 根，下游翼墙左右岸布桩共计 92 根。 5 结语 对软土地基，当利用天然地基有困难时，采用钻孔灌注桩不仅在提高地基承载力、减少沉降量方面作用显著，而且可减轻上部结构重量，工程量小，投资省，已经成为一种独特的闸型。为了保证闸基的防渗安全，避免形成渗漏通道，土质地基上的水闸一般采用摩擦型桩承担。 参考文献 ： SL265-2001,水闸设计规范S GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范S 俞仲泉.水工建筑物软基处理K 叶书麟.地基处理工程实例应用手册K 陈仲颐，周景星，王洪瑾.土力学K GB50007-2002，建筑地基基础设计规范S 7JGJ94-2008,建筑桩基技术规范S
