淺談粉細砂地層高架門機基礎布置

柳洪丹 王 靜

（中國水利水電第三工程局 陜西 西安 710016）

1 工程概況

2 門機布置形式簡述

黃河海勃灣水利樞紐工程是一座防洪、發電等綜合利用工程。本工程為Ⅱ等工程，工程規模為大（2）型，樞紐主要建筑物由河床電站、泄洪閘、土石壩等建筑物組成。水庫正常蓄水位1076.0m，總庫容4.87億m3，電站總裝機容量90MW。樞紐主要建筑物土石壩、泄洪閘、電站等為2級建筑物，導墻及壩前右岸第1段庫岸防護邊坡等次要建筑物級別為3級。樞紐布置從右到左依次為：右岸連接壩段、電站壩段（包括主安裝場、4個機組段和電站隔墩壩）、泄洪閘壩段（共16孔）、泄洪閘與土石壩連接段以及土石壩段。電站壩段裝有四臺貫流式水輪發電機組。

為完成本標段廠房混凝土澆筑及部分金屬結構安裝，混凝土垂直運輸，在上游側布置兩臺MQ600B型高架門機、下游側布置MQ600和MQ600B型高架門機各一臺共四臺高架門機。門機垂直安裝最大高度為29m，筒身均為一節半安裝（單節9m）。上下游門機臂桿交叉最大為5m。

3 地質條件簡述

由招標文件工程地質勘察資料可知：本標段基坑主要由粉砂、細砂組成。該單元的粉砂干密度平均值為1.67g/cm3，濕密度平均值2.00g/cm3，細砂干密度平均值為1.64g/cm3，濕密度平均值 1.98g/cm3，地基允許承載力210kPa～230kPa。粉細砂地基承載力不能滿足門機安裝使用要求。

4 門機基礎布置規劃

本標段基坑主要為粉砂、細砂，考慮到其地質條件的特殊性，為確保門機安全運行，門機基礎采用碎石樁與混凝土板基礎結合的方式。首先以軌道中心線為軸線施工單排碎石樁，樁徑0.8m，樁距3m，樁深4m，然后在各自門機基礎平臺澆筑C20鋼筋混凝土板，板厚60cm，寬10m，縱向每15m設分縫，填縫材料填充，混凝土板上下面均布設Φ22@200mm鋼筋，分布筋為Φ18@200mm，門機軌道（UQ70軌）安裝于混凝土板之上。

圖5-1 基礎受力簡圖

圖5-2 基礎受力簡圖

圖5-3 基礎受力剪力v

圖5-4 基礎受力彎矩

表5-1 內力計算表

表5-2 附加應力計算成果表

5 門機基礎復核計算

5.1 內力分析

MQ600/30門機共有四個行走支承，每個對基礎的力設為F，混凝土底板基礎自重設為g，地基反力設為q，故底板基礎受力簡圖如下：

能看出底板基礎主要受到門機自重，基礎自身重量以及地基承載力作用，三者可看成一平衡力系，可以把基礎當作以門機軌道為支座的“倒雙外伸板”來分析計算，門機共有行走支承四個，每個長度為4m。根據平面力系平衡關系可得：

取混凝土容重：γc=24.0（kN/m3）

計算得：q=457.6kN/m

5.2 內力計算、剪力圖與彎矩圖繪制

1)支座反力RA、RB，由 RA+RB=q·L得。

VA 左 =-q·a=-457.6×1.5=-686.4（kN）；VA右 =1/2q·l=0.5×457.6×7=1601.6（kN）

VB 左 =-1/2q·l=-0.5×457.6×7=-1601.6（kN）；VB 右 =q·a=457.6×1.5=686.4（kN）

2）支座處及跨中彎矩計算，繪制M圖

3）配筋計算

a材料強度

混凝土 C20軸心抗壓強度設計值fc=10.0N/mm2；受力鋼筋為二級，抗拉強度設計值fy=310N/mm2

b截面尺寸

板長 L=10m；板寬b=4m；板厚 h=0.6m,鋼筋保護層厚度a=30mm，故h0=h-a=600-30=570mm

c相關系數

結構重要性系數γ0，取γ0=1.0；設計狀況系數ψ，視為持久狀況，取ψ=1.0；鋼筋混凝土結構系數，γd=1.05，詳見表5-1。

由于Φ22@200的鋼筋布置方式利于施工，故采用Φ22間距按照200mm布置，因為板為雙向受力，所以上下兩層均布置，在垂直于受力鋼筋方向布置分布鋼筋，采用直徑18mm螺紋鋼置于主筋內側，間距也為200mm。

5.3 基礎沉降計算

5.3.1 計算基底凈壓力

根據建筑物基礎的尺寸，基礎單節長度L=15m、寬度 B=10m，L/B=15/10=1.5＜10可知，基底壓力和地基中附加應力是屬于空間問題，且為中心荷載，所以基底壓力為：

基底凈壓力為：

5.3.2 將地基土分層

分層時將天然土層的交界面和地下水位定為分層面，同時在同一類土層中分層的厚度不宜過大，對于水工建筑物地基，每層的厚度可以控制在Hi=2-4m或Hi≤0.4B，B為基礎寬度，對于每一分層，壓力是均勻分布的。由于基坑一直采用管井抽排水，目前就取建基面最低部位高程即為地下水位，從設計藍圖可知，地下水位在基底以下3.44m處，故可以將分層厚度取為Hi=3.44/2=1.72m。

5.3.3 求各分層面的自重應力并繪制分布曲線

（1）求各分層的自重應力

表5-3 各分層的平均應力及相應的孔隙比計算表格

壓縮曲線如下圖所示

（2）繪制自重應力分布曲線

5.3.4 求各分層面的豎向附加應力并繪制分布曲線

（1）求各分層面的豎向附加應力

因屬于空間問題，故應用“角點法”來求解。為此，通過中心點將基底劃分為四塊面積相等的計算面積，其長度L1=7.5m，寬度B1=5m。中心點正好在四塊計算面積的角點上，該點下任意深度Z1處的附加應力為一塊計算面積所得的四倍。計算結果如表5-2所示。

（2）繪制自重應力分布曲線

5.3.5 確定壓縮層厚度

再求出各分層面的豎向附加應力并得到分布曲線后，以δZ=0.1δc的標準確定壓縮層的厚度H。從計算結果可知，在第二點處 的 δZ2/δc2=4.899/68.8=0.071＜0.1，所以壓縮層的厚度H=2×1.72=3.44m。

5.3.6 計算各分層的平均自重應力和平均附加應力

按算術平均算出各分層的平均自重應力δci和平均附加應力δzi，即

式中（δci）上、（δci）下——第i分層上、下面的自重應力

（δzi）上、（δzi）下——第i分層上、下面的附加應力

各分層的平均自重應力和平均附加應力計算的結果見表5-3。

5.3.7 計算各分層初始孔隙比和壓縮后的孔隙比

根據第i分層的初始應力p1i=δci，和初始應力與附加應力之和p2i=δci+δzi按壓縮曲線圖查出相應的初始孔隙比e1i和壓縮穩定后孔隙比e2i。

5.3.8 基礎沉降量計算結果

目前在工程中廣泛采用的方法是以無側向變形條件下的壓縮量計算公式為基礎的分層總合法，無側向變形條件下的壓縮量計算公式為：

按照公式可以求出第i分層的壓縮量，即

式中Hi為第i分層的厚度。

最后加以總和，即得基礎的沉降量為

根據以往門機使用經驗，基礎整體沉降量小于2cm以內均能滿足門機使用穩定。

6 施工方法

（1）施工程序

準備工作完成→測量放線→工作面清理→鋼筋、模板、埋件安裝→保溫設施搭設→砼澆筑→保溫、養護→拆模→冬歇期養護

（2）工作面清理

采用人工清理，其偏差不得超過面板設計線50mm，確保澆筑面平整，形體滿足設計要求。

（3）模板安裝

門機基礎砼澆筑采用設立平面模板，側模采用P3015定型小鋼模板拼裝，U型卡連接牢固，鋼管背帶，斜撐加固。模板安裝完成后，經測量校正，滿足體型要求。

（4）埋件安裝

按照加工圖紙樣式加工埋件，測量放點后進行埋設。加固采用與主體鋼筋連接方式，也可自設加固系統，例如增設鋼筋插筋用于固定，確保位置不能偏差。

（5）混凝土澆筑

分段施工，平鋪法鋪料，每層鋪料厚度25cm～30cm，布料后及時振搗密實，振搗采用直徑30軟軸振搗器，振搗過程中確保密實，不得觸碰埋件。加快混凝土澆筑速度，抹面人員在振搗完成后進行抹面壓光處理。抹面采用二次收面處理，先用木抹粗抹一遍，然后用鐵抹子壓光處理。

（6）澆筑手段

砼自卸汽車拌合樓打料至施工區域，利用上下游下基坑道路，施工區域放置受料大箱，反鏟澆筑，人工輔助。

7 結束語

（1）整體筏板型結構是采取增大了受力面積而減小了局部壓力，實際布置過程中可結合永久結構，上游砼護坦和下游尾水渠底板布置，需與設計單位多溝通交流。

（2）筏板頂面易為毛面，便于后期與永久結合，不再拆除，上下游側還可進行增加齒槽方式避免增加抗滑穩定性。陜西水利