MG水庫涵洞基礎加固方案比選及設計分析

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（導流涵洞段36 m，放水涵洞段160 m），涵洞縱坡1/50。

2 涵洞基礎地質條件分析

2.1 全新統坡（洪）積粉質壤土層

此項目涵洞基礎位于全新統坡（洪）積粉質壤土層上，厚度1.00～2.50 m，主要為粉質壤土，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，承載力標準值fk=100～130 kPa。

2.2 全新統洪積砂卵礫石層

涵洞粉質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參數見表1。

表1 涵洞基礎物理力學參數（部分）表

3 涵洞基礎加固方案比選

導流兼放水涵洞布置于壩體基礎中部河床位置，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、穩定性提出了很高的要求。根據MG水庫Ⅱ庫的實際情況，共設計三種涵洞基礎加固方案，具體操作和對比分別如下。見表2。

表2 涵洞基礎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，特別是涵洞基礎下粉質壤土層全部清除。換填料采用級配連續的砂卵礫石摻拌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，地基承載力標準值不低于300 KPa。

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

方案三：設置C25鋼筋混凝土灌注樁。涵洞基礎以下采用灌注樁結構，深度設計為10 m，灌注樁直徑1 m，涵洞基礎下設置兩排，樁距6 m。

方案一具有投資小，施工速度快，施工技術難度小，工程量省等優點。因此，涵洞基礎加固工程設計選用方案一。

4 涵洞基礎加固方案設計

4.1 涵洞基礎

①換填材料中，要求選用無雜質的中、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打設鋼筋樁，并標注尺度，指導每層攤鋪厚度。攤鋪材料采用“機械+人工”方式，推土機沿著兩側向中間攤鋪，部分角落和凹凸不平處人工修平；③涵洞基礎碾壓采用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束；④為消除壩下涵洞基礎不均勻沉降所產生涵洞裂縫，設計中壩下涵洞設置伸縮縫，伸縮縫間距12 m，采用雙止水結構，內側止水采用2 mm厚“凸”型止水銅片，外側止水為651型橡膠止水帶，設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鋼筋混凝土結構，基礎承臺采用C25F200W6鋼筋混凝土結構。

4.2.2 洞身結構

涵洞洞身采用鋼內襯外包鋼筋混凝土內圓外城門洞型結構，斷面尺寸φ=1.20 m，外徑1.80 m。鋼涵洞壁厚30 cm，內襯采用D1220-10螺旋鋼管，鋼材型號Q235B型鎮定鋼，涵洞外包采用C30F200W6 鋼筋混凝土結構。涵洞上游62 m 管周及基礎采用水泥土（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

閘閥間內管道采用D1232-16螺旋鋼管，鋼材型號Q235B型鎮定鋼，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、上部結構均采用C25F200W6鋼筋混凝土，屋頂采用彩鋼屋面板。

4.3 涵洞壓力管結構計算

4.3.1 壓力管配筋計算

該放水洞自重所引起的環向內力可略去不計，管道承受內水壓力時為軸心受拉構件，可按（1）公式進行配筋計算。經計算可得：管壁1 m長度內承受的拉力設計值為N=288 000 N，鋼筋截面面積為As=1 161.30 mm2，管壁內層配Φ14@200、外側配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為結構細數，取值1.25；γ0為結構重要性系數，鋼筋混凝土及預應力混凝土結構取1.20；ψ為設計狀況系數，取值1.00；γQ為可變荷載（內水壓力）分項系數1.20；pk為管內水壓力，取值0.40 N/mm2；r為管道半徑，600 mm；b為管壁長，1 000 mm；fy為鋼筋強度標準值（抗拉），310 N/mm2。

4.3.2 抗裂計算

因該壓力水管終年有水，故取內水壓力的長期組合系數ρ=1.00，除內水壓力外無其它可變荷載，故可只按荷載效應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標號的混凝土滿足抗裂要求。

式中：Nl為荷載標準值按荷載效應長期組合計算的軸向力值，N；ρ為長期組合系數，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為混凝土強度標準值（抗拉），取值1.50 N/mm2；αct為混凝土拉應力限制系數，對荷載效應的短期組合，對長期組合取值0.70。

5 結語

對MG 水庫Ⅱ庫涵洞基礎加固方案比選，確定優選方案，方案設計保證了后續工程的順利實施，試運行中，涵洞沉降量在規范允許范圍內，且洞身結構沒有出現任何開裂情況，說明該涵洞工程設計完全合理。