陳西平

摘 要：咬合樁是樁與樁之間形成相互咬合排列的一種基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)；施工時(shí)先施工A樁，后施工B樁，在A樁混凝土初凝后、終凝前切割A(yù)樁相交部分的混凝土，在澆筑B樁從而實(shí)現(xiàn)咬合。新型鉆孔咬合樁筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新地將樁基礎(chǔ)與基坑支護(hù)墻技術(shù)結(jié)合組成大直徑筒型結(jié)構(gòu)，形成土體-筒形結(jié)構(gòu)-小承臺(tái)結(jié)構(gòu)-錨籠的組合體系，從而形成大直徑筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：咬合樁；筒型基礎(chǔ)；樁墻

中圖分類號(hào)：TU753.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）02-0107-03

0 引言

鉆孔咬合樁采用機(jī)械鉆孔施工，樁與樁之間相互咬合排列。施工主要采用“套管鉆機(jī)+普通混凝土”方案。鉆孔咬合樁的排列方式采用，第一序樁素混凝土（A樁）和第二序鋼筋混凝土樁（B樁）間隔，先施工A樁，后施工B樁，B樁施工時(shí)，利用套管鉆機(jī)的切割能力切割掉相鄰A樁的部分混凝土，則實(shí)現(xiàn)了咬合。

1 咬合樁設(shè)計(jì)

華能通榆200萬kW風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng)項(xiàng)目位于白城市通榆縣開通鎮(zhèn)、什花道鄉(xiāng)和八面鄉(xiāng)境內(nèi)，距離通榆縣約15 km左右，距離長春市約240 km。位于東經(jīng)123°18'（風(fēng)電場(chǎng)中心），北緯44°48'（風(fēng)電場(chǎng)中心），海拔高度約為135～155 m；此次實(shí)驗(yàn)樣機(jī)選取EN-156/3.3機(jī)型機(jī)位的基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算。

新型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承臺(tái)直徑14 m，高3.5 m，樁長12.5 m，底部基礎(chǔ)采用新型鉆孔咬合樁筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

1.1 風(fēng)機(jī)荷載

本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)樣機(jī)擬選用遠(yuǎn)景EN-156/3.3機(jī)型[1]，經(jīng)統(tǒng)計(jì)后，選取計(jì)算中用到的風(fēng)機(jī)荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表1。

1.2 檢算內(nèi)容

依據(jù)《陸上風(fēng)電場(chǎng)工程風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]規(guī)定，風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及檢算應(yīng)進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算、抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算、抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算、沉降及變形驗(yàn)算等有關(guān)基礎(chǔ)安全的其他驗(yàn)算。

1.3 基于規(guī)范的工程算法

1.3.1 計(jì)算依據(jù)

新型鉆孔咬合樁筒型基礎(chǔ)沒有完全一致的既有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可直接套用，但其承載和受力機(jī)理上與《陸上風(fēng)電場(chǎng)工程風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]較為一致，因此擬將新型鉆孔咬合樁筒型基礎(chǔ)進(jìn)行等效處理后，依據(jù)此進(jìn)行計(jì)算分析。

1.3.2 地基計(jì)算

1.3.2.1 地基承載力特征值

地基承載力特征值可由荷載試驗(yàn)或其他原位測(cè)試，公式計(jì)算及工程類比等方法綜合確定，根據(jù)地勘報(bào)告，采用荷載試驗(yàn)與公式計(jì)算兩種方法計(jì)算[2]。

由于機(jī)位處地下水位埋深在2.2 m左右，此次計(jì)算中土體重度及加權(quán)平均重度，均取浮重度作為有效重度進(jìn)行計(jì)算。按照等效計(jì)算筒型基礎(chǔ)尺寸及土質(zhì)參數(shù)取值，計(jì)算得到筒型基礎(chǔ)修正后土體地基承載力特征值fa=301.73 kPa（其中⑦粉質(zhì)粘土的c及φ取場(chǎng)區(qū)地勘報(bào)告中的均值）。

1.3.2.2 基底壓力

承受軸心荷載的計(jì)算如式（1）。

Pk ≤ ?fa ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：Pk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，基礎(chǔ)底面處平均壓力單位kPa 。

經(jīng)計(jì)算：

Pk=113.74 kPa

式中： fa1、fa2為修正的地基承載力，fa1取394.82 kPa，fa2取301.73 kPa。所以Pk< fa1，Pk

1.3.2.3 預(yù)應(yīng)力筒型基礎(chǔ)按剛性基礎(chǔ)計(jì)算

地基土體按照線彈性假定，筒型基礎(chǔ)地基計(jì)算如式（2）、（3）所示。

基礎(chǔ)側(cè)面橫向壓應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：

（2）

（3）

依據(jù)上述要求進(jìn)行計(jì)算，得到以下兩個(gè)結(jié)果。

①深度h/3處為粉砂，c、φ值取地勘報(bào)告中的經(jīng)驗(yàn)值c=2.0 kPa，φ=35°。按照地基土體線彈性假定，此h/3處基礎(chǔ)側(cè)面橫向壓力值為：

σh/3=63.94 kPa＜γh/3（ηKp－Ka）+2c（η ? ? ? ?+ ? ? ? ?）

=147.12 kPa

σh/3滿足要求。

②深度h處為粉質(zhì)粘土，c、φ值取地勘報(bào)告中的經(jīng)驗(yàn)值c=37.5 kPa，φ=11.7°。按照地基土體線彈性假定，此h處基礎(chǔ)側(cè)面橫向壓力值為：

σh/3=205.77 kPa＜γh（ηKp-Ka）+2c（η ? ? ? ?+ ? ? ? ?）

=251.86 kPa

σh/3滿足要求。

1.3.2.4 基礎(chǔ)水平變形和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角

預(yù)應(yīng)力筒型基礎(chǔ)按《陸上風(fēng)電場(chǎng)工程風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中剛性基礎(chǔ)計(jì)算。地基土體按照線彈性假定，筒型基礎(chǔ)地基計(jì)算應(yīng)符合式（4）、（5）的規(guī)定：

基礎(chǔ)頂面水平變形和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足下列要求：

y0·tanω≤0.020 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

ω≤0.004 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

筒型基礎(chǔ)的傾斜變形參考基礎(chǔ)變形控制，轉(zhuǎn)角按照0.004控制，頂面水平位移根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)按20 mm控制。經(jīng)計(jì)算，筒型基礎(chǔ)頂面水平變形和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角為：

y0·tanω=3.37e-5≤0.020

ω=0.00018≤0.004

滿足要求。

1.3.2.5 抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算

筒型基礎(chǔ)抗傾覆承載模式如圖1所示，在基礎(chǔ)頂面彎矩的作用下，基礎(chǔ)可能圍繞底面上垂直于ab的某一條弦發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，即導(dǎo)致基礎(chǔ)傾覆。因此應(yīng)找到基礎(chǔ)最有可能產(chǎn)生傾覆的軸線位置，進(jìn)行抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算。如圖1所示，在圖示荷載作用下，假設(shè)基礎(chǔ)有可能繞斷面mn發(fā)生傾覆，因此設(shè)該斷面與ab的交點(diǎn)為x。

將荷載及筒體、筒內(nèi)土體自重?fù)Q算到筒底中心處，得：

豎向力V=4 358.90 kN

橫向力H=894 kN

彎矩M=96673.7 kN·m

迭代計(jì)算確定基礎(chǔ)的最危險(xiǎn)旋轉(zhuǎn)軸位置：

ox=7 m

MV=VλR=300 549.79 kN·m

水平荷載導(dǎo)致的傾覆力矩為：

MH=3 307.8 kN·m

筒型基礎(chǔ)的總抗傾力矩為：

MR=MV=30 0549.79 kN·m

筒型基礎(chǔ)受到的傾覆力矩為：

Mq=MH+M=9 9981.50 kN·m

筒型基礎(chǔ)的抗傾安全系數(shù)為：

SFt=MR/Mq=300 549.79/9 9981.5=3.01 ?滿足要求。

1.3.2.6 抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)按照《陸上風(fēng)電場(chǎng)工程風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]正常運(yùn)行荷載工況基本組合、極端荷載工況基本組合、罕遇地震工況基本組合分別驗(yàn)算，并求取對(duì)應(yīng)內(nèi)容的荷載分項(xiàng)系數(shù)。

基于以上荷載計(jì)算，進(jìn)一步經(jīng)折算后得到基礎(chǔ)底部、極端荷載工況基本組合（荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.0）為：

Mk= 96 673.70 kN·m

Nk= 15 926.29 kN

Fk= 894 kN

計(jì)算得到基礎(chǔ)底面抗滑力為：

FR=μ·Nk=4 777.89 kN

其中，基礎(chǔ)底部與地基摩擦系數(shù)取0.3。

因此，F(xiàn)R/FS=5.34＞1.3 ，滿足要求。

1.3.2.7 沉降計(jì)算

在計(jì)算地基沉降變形時(shí)，為了便于計(jì)算，將基礎(chǔ)圓形截面按面積等效成矩形截面，其邊長D計(jì)算如公式（6）

D= ? ? ? ?=12.4 m ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

d為筒型基礎(chǔ)直徑，d取14 m。

地基內(nèi)的應(yīng)力分布，可采用各向同性均質(zhì)線性變形體理論假定。

經(jīng)計(jì)算，可得POK=103.5 kPa。

樁基沉降計(jì)算深度 Zn應(yīng)按應(yīng)力比法確定，即計(jì)算深度處的附加應(yīng)力σ計(jì)算[3]如式（7），深度取23 m，沉降計(jì)算見表2。

σz=0.2σc ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

假定Zn=23 m，σz=103.5 kPa≤0.2，σc=132.4 kPa，需要對(duì)得出的最終沉降進(jìn)行修正，修正系數(shù)根據(jù)地區(qū)變形觀測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定，無地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可Es=18.2 MPa。

最終計(jì)算各工況下的最終沉降值s=35.2 mm。

輪轂高度90 m

2 咬合樁檢測(cè)

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）第4.6.16條的規(guī)定：咬合樁基礎(chǔ)的檢測(cè)應(yīng)采用聲波透射法對(duì)墻體混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)墻段數(shù)量不宜少于同條件下總墻段數(shù)的20%，且不少于3幅墻段。本工程咬合樁基礎(chǔ)總樁數(shù)為70個(gè)，本次檢測(cè)擬對(duì)該工程抽取3處采用聲波透射法進(jìn)行墻身結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)，其余準(zhǔn)備2個(gè)槽段備用。

2.1 儀器設(shè)備

擬采用北京市康科瑞工程檢測(cè)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的NM-4A非金屬超聲檢測(cè)分析儀（出廠編號(hào)：NM-4A-685）。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前準(zhǔn)備工作

具體有以下6點(diǎn)：①采用標(biāo)定法確定儀器系統(tǒng)延遲時(shí)間。②計(jì)算聲測(cè)管及耦合水層聲時(shí)修正值。③在咬合樁基礎(chǔ)頂測(cè)量相應(yīng)聲測(cè)管外壁間凈距離。④將各聲測(cè)管內(nèi)注滿清水，檢查聲測(cè)管暢通情況，換能器應(yīng)能在全程范圍內(nèi)升降順暢。⑤檢測(cè)前需收集地質(zhì)勘察報(bào)告、咬合樁基礎(chǔ)相關(guān)圖紙及施工記錄等資料。⑥將伸出墻頂?shù)穆暅y(cè)管切割到同一標(biāo)高，測(cè)量管口標(biāo)高，作為計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程的基準(zhǔn)，并向管內(nèi)注入清水，封口待檢。

2.3 聲測(cè)管埋設(shè)要求

具體有以下8點(diǎn)：①聲測(cè)管應(yīng)具有一定的強(qiáng)度、韌性及剛度，宜采用內(nèi)徑為50 mm的鋼管，接頭宜采用螺紋連接。②聲測(cè)管的管道應(yīng)暢通，管中間不能有阻塞，以保證換能器能順利升降。③測(cè)管應(yīng)焊接或綁扎在鋼筋內(nèi)側(cè)，聲測(cè)管應(yīng)順直且平行。④聲測(cè)管應(yīng)密封，在底部和接口處要做到密封不漏水，在頂部加蓋（測(cè)試時(shí)打開）。⑤混凝土澆筑前管內(nèi)注滿清水。⑥聲測(cè)管底部應(yīng)與檢測(cè)構(gòu)件底部齊平，管的頂部應(yīng)高出檢測(cè)工作面300 mm以上。⑦單個(gè)直槽段中的聲測(cè)管埋置數(shù)量根據(jù)槽段長度確定，聲測(cè)管間距不大于2.0 m，聲測(cè)管距咬合樁基礎(chǔ)端頭不小于0.5 m，呈平行四邊形布置。對(duì)于轉(zhuǎn)角槽段，拐角處聲測(cè)管埋設(shè)數(shù)量設(shè)為3根，對(duì)于長邊根據(jù)實(shí)際情況按照聲測(cè)管間距不大于2.0 m的原則進(jìn)行增加埋設(shè)聲測(cè)管。

3 結(jié)語

通過基于國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范的工程算法和有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，可以得到以下3點(diǎn)結(jié)論。

第一，新型鉆孔咬合樁筒型基礎(chǔ)整體方案的地基承載力、傾斜率、變形、穩(wěn)定性滿足地基計(jì)算要求。

第二，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力及初步配筋滿足基礎(chǔ)計(jì)算要求。

第三，新型鉆孔咬合樁筒型基礎(chǔ)初設(shè)體型與常規(guī)基礎(chǔ)對(duì)比，其承臺(tái)C40混凝土用量減少129 m3（減少26.88%），樁基C30混凝土用量增加40 m3（多12.05%），混凝土整體用量減少114.3 m3（減少13.6%）。咬合樁與常規(guī)基礎(chǔ)對(duì)比如表3所示。

參考文獻(xiàn)

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