李建華

珠海華昕開(kāi)發(fā)建設(shè)有限公司 廣東 珠海 519000

在水利工程運(yùn)行的過(guò)程中，不分水閘因?yàn)樵O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低或者是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后老化嚴(yán)重等多種原因，出現(xiàn)了各種各樣的安全隱患。為了能夠確保水閘的安全運(yùn)行，更好的發(fā)揮出水閘的作用，需要對(duì)水閘進(jìn)行重建。而在水閘重建工程中，必須要對(duì)水利建構(gòu)筑物基礎(chǔ)管樁水平承載力值進(jìn)行核算，并繼續(xù)適當(dāng)調(diào)整，以使得其能夠滿足相關(guān)要求。接下來(lái)就結(jié)合具體的工程案例，對(duì)水利相關(guān)構(gòu)筑物基礎(chǔ)管樁水平承載力進(jìn)行研究，希望為類似工程提供有益借鑒。

1 項(xiàng)目概況

石角咀水閘位于珠海市境內(nèi)前山河水道出?？谔帲且蛔趽醭?、御咸、排洪、航運(yùn)的綜合利用大型水閘樞紐，始建于1958年。拆除新建內(nèi)容包括水利和市政兩部分，其中水利包括重建水閘，總凈寬 180m，設(shè)計(jì)流量為 1738m3/s，大（2）型水閘；新建泵站，設(shè)計(jì)流量為50m3/s，大（2）型泵站；重建船閘，主體結(jié)構(gòu)滿足珠江干線1000噸級(jí)船舶通航要求，閘室凈寬16m；市政工程包括新建市政道路和跨前山河橋梁等。

2 施工圖設(shè)計(jì)方案

水閘采用樁徑為φ600管樁，采用正方形布置。3#孔為一孔一聯(lián)，布樁形式為6排×5排（順?biāo)链怪迸艛?shù)），共24根；其余閘孔為兩孔一聯(lián)，布樁形式為7排×9排，共63根。

泵站采用樁徑為φ600管樁，采用正方形布置。進(jìn)水池布樁形式為6排×9排，共54根；攔污柵閘布樁形式為3排×9排，共27根；泵房布樁形式為11排×9排，共99根；出水池布樁形式為9排×9排，共81根。擋潮閘與水閘樁基布置保持一致，采用樁徑為φ600管樁，采用正方形布置。

船閘采用樁徑為φ600管樁，采用正方形布置。上閘首樁間距為3.3m×3.1m，布樁形式為12排×10排，共120根；下閘首樁間距為3.3m×3.1m，布樁形式為12排×10排，共120根； 3#閘室作為代表段，其布樁間距為3.0m×3.3m，布樁形式為8排×7排，56根。

翼墻樁基礎(chǔ)采用端承摩擦樁，選擇壓縮性較小的Ⅴ全風(fēng)化花崗巖層作為持力層。翼墻采用樁徑為φ500管樁，采用正方形布置，臨水側(cè)布設(shè)一斜樁，傾斜角度為15°。代表斷面為右岸上游翼墻A和江心洲下游翼墻A，右岸上游翼墻A標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)12m，江心洲下游翼墻A標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)10m。

3 樁頂作用效應(yīng)計(jì)算

在荷載作用下，作用于群樁中的單樁作用力計(jì)算公式如下：

式中：

經(jīng)計(jì)算，江心洲翼墻水平樁頂作用效應(yīng)計(jì)算成果詳見(jiàn)表1。

表1 樁頂作用效應(yīng)計(jì)算成果表

4 水平承載力檢測(cè)成果分析

根據(jù)《單樁水平靜載試驗(yàn)報(bào)告》（湖北正平水利水電工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司2022年12月30日），單樁水平承載力特征值為88kN，水平臨界荷載為88kN，臨界荷載對(duì)應(yīng)的水平位移為9.72mm。經(jīng)內(nèi)插法計(jì)算，加載位移為6mm時(shí)，荷載為68.37kN。

本工程主要建筑物（水閘、泵閘防洪閘、船閘上下閘首、船閘閘室、泵站進(jìn)水池、泵出水池、泵站進(jìn)水閘、泵房）單樁樁頂允許水平位移為6mm，次要建筑物（翼墻、導(dǎo)航墻等）單樁樁頂允許水平位移為10mm。以樁的水平靜載試驗(yàn)反算樁側(cè)水平抗力系數(shù)m值，根據(jù)工程允許位置情況計(jì)算以下兩種工況[1]：①臨界荷載，②樁頂位移為6mm：

式中：

m —— 樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)；

H0——水平靜載；

x0——水平位移；

vx—— 樁頂水平位移系數(shù)，按《規(guī)范》表5.7.2取值，檢測(cè)樁端約束為自由情況，vx=2.441；

bp —— 樁身的計(jì)算寬度，對(duì)于樁徑d不大于1m，b0＝0.9(1.5d+0.5)。

經(jīng)計(jì)算，樁側(cè)水平抗力系數(shù)m反算值，臨界荷載情況下（樁頂位移9.72mm）為7.8MN/m4，樁頂位移為6mm時(shí)為11.4MN/m4?？伤軤铕ば酝令A(yù)制樁對(duì)應(yīng)單樁在地面處水平位置10mm時(shí)的m值為6～10，m反算結(jié)果在規(guī)范范圍值內(nèi)[2]。

當(dāng)樁側(cè)土層為分層地基時(shí)，考慮到僅地表以下一定深度范圍（一般認(rèn)為3～4倍樁徑）內(nèi)的土層對(duì)水平受荷樁的內(nèi)力變形計(jì)算最具影響[3-4]，故本工程主要考慮2.4m范圍內(nèi)土層的m值。靜載試驗(yàn)選取樁基檢測(cè)時(shí)地面以下2.4m范圍內(nèi)地質(zhì)情況依次為可塑黏土厚1.8m、軟可塑淤泥質(zhì)土厚0.6m，與工程其他建筑物樁基相似。

因此，根據(jù)靜載試驗(yàn)成果分析結(jié)合工程地質(zhì)情況，本工程主要建筑物（樁頂允許水平位移為6mm）樁基計(jì)算中地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m選用10進(jìn)行復(fù)核，次要建筑物（樁頂允許水平位移為10mm）樁基計(jì)算中地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m選用7.8進(jìn)行復(fù)核。計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)表2。

表2 樁側(cè)水平抗力系數(shù)m反算值計(jì)算表

5 基樁水平承載力復(fù)算

5.1 單樁水平向承載力特征值復(fù)算

選取具有代表性的部位如水閘閘室、船閘下閘首及江心洲翼墻進(jìn)行單樁水平向承載力特征值復(fù)算。

樁身配筋率不小于0.6 5%的混凝土樁單樁水平向承載力特征值按下列公式估算（管樁樁身配筋率大于0.65%)[3]：

式中：

m——樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)，翼墻取7.4，水閘、下閘首取10。

b0—— 樁身的計(jì)算寬度，對(duì)于樁徑d不大于1m，b0＝0.9(1.5d+0.5)。

5.2 群樁效應(yīng)綜合影響系數(shù)計(jì)算

群樁基礎(chǔ)（不含水平力垂直于單排樁基縱向軸線和力矩較大的情況）的基樁水平承載力特征值應(yīng)考慮由承臺(tái)、樁群、土相互作用產(chǎn)生的群樁效應(yīng)[5]，可按下列公式確定：

Rh =ηhRha

ηh =ηiηr +ηl +ηb

式中 ηh —— 群樁效應(yīng)綜合系數(shù)；

ηi —— 樁的相互影響效應(yīng)系數(shù)；

ηr —— 樁頂約束效應(yīng)系數(shù)，ηr =2.05；

ηl —— 承臺(tái)側(cè)向土抗力效應(yīng)系數(shù)；

ηb —— 承臺(tái)底摩阻效應(yīng)系數(shù)，不考慮底板與地基土的摩擦力，取ηb=0；

5.3 計(jì)算結(jié)果及分析

經(jīng)計(jì)算，管樁基樁水平承載力詳見(jiàn)表3，樁基設(shè)計(jì)水平承載力可滿足要求，本工程樁基設(shè)計(jì)方案是可行的。

表3 樁頂作用效應(yīng)計(jì)算成果表

6 管樁水平承載力調(diào)整值

對(duì)于受水平荷載較大的設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)的建筑樁基，單樁水平承載力特征值應(yīng)通過(guò)單樁水平靜載試驗(yàn)確定[6]。因此，根據(jù)對(duì)本次靜載試驗(yàn)成果的分析，對(duì)工程單樁水平向設(shè)計(jì)承載力特征值進(jìn)行調(diào)整[7-8]，由110kN調(diào)整至68kN。調(diào)整后各部位承載力調(diào)整值見(jiàn)表4。

表4 管樁水平承載力擬調(diào)整值

7 結(jié)論

水利工程堤岸、閘等構(gòu)筑物屬于承受周期水平荷載或循環(huán)水平荷載為主顯著的建（構(gòu)）筑物，樁基水平承載力設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。本文通過(guò)針對(duì)石角咀水閘重建工程水利相關(guān)構(gòu)筑物基礎(chǔ)管樁水平承載力研究，客觀實(shí)際調(diào)整了設(shè)計(jì)特征值要求，滿足了現(xiàn)場(chǎng)施工及驗(yàn)收要求，相關(guān)做法值得推廣。