高州水庫灌區蓮塘渡槽灌注樁基礎設計探析

湯丙煌

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州 510635)

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高州水庫灌區蓮塘渡槽灌注樁基礎設計探析

湯丙煌

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州 510635)

茂名市高州水庫灌區續建配套與節水改造工程是以灌溉為主，結合渠道沿線城鎮生活、工業用水、同時改善茂名市小東江的水環境，并兼顧發電、防洪等任務，是廣東省三大灌區之一。石骨總干渠為高州水庫灌區主要干渠之一，除灌溉外，還擔負著向高州市的城市居民供水任務，要求渠道不間斷供水。蓮塘渡槽為石骨總干渠最大的輸水渡槽，蓮塘渡槽的灌注樁基礎處理，對整個渡槽建設的重要性尤為突出，由于灌注樁具有施工時無振動、無擠土、噪音小、宜于在建筑物密集地區使用等優點，灌注樁在施工中得到較為廣泛的應用。

灌區；渡槽；基礎處理；灌注樁

1　工程概況

高州水庫灌區是廣東省三大灌區之一，設計灌溉面積7.87 萬 hm2，渠道總長3282km。高州水庫灌區續建配套與節水改造首期工程改造渠道153.312km,其中石骨總干渠14.624km，東干渠16.754km，西干渠17.667km，電茂干渠14.860km，高州引鑒總干渠23.947km，南干渠4.486km，高化支渠12.140km,南盛引鑒總干渠22.984km，南盛水輪泵渠3.801km，陳垌、世華、陳金、雙花和三文田支渠共22.049km；各類渠系建筑物共計為1530座，其中各類水閘74座，渡槽20座，涵洞488座，隧洞1座，橋梁248座，接洪堰699座[1]。

石骨總干渠渠道設計引水流量63.5m3/s，加大流量69.9m3/s,為高州灌區設計斷面最大的渠道。除灌溉外，還擔負著向茂名市的城市居民供水任務，要求渠道不間斷供水。石骨總干控制灌溉面積55.6萬畝。石骨總干渠本次加固改造的渠道沿線共布置了3座渡槽，分別為蓮塘渡槽(石骨總干渠樁號0+032)、蓮塘渡槽(石骨總干渠樁號2+209.4)和排步渡槽(石骨總干渠樁號8+984.6)。文章對3個渡槽中最長的蓮塘渡槽灌注樁基礎設計分析。

2　渡槽樁基礎設計

2.1工程設計標準及采用的標準

2.1.1建筑物級別

蓮塘渡槽設計流量為63.5m3/s，加大流量為69.9m3/s，根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288—99)的規定，渡槽主要建筑物(包括渡槽槽身、渡槽基礎、渡槽上下游連接段、漸變段)級別3級，渡槽次要建筑物(兩岸河岸防護)級別為4級[2]。

2.1.2洪水標準

根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288—99)及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252—2000)的規定，蓮塘渡槽建筑物級別為3級，相應防洪標準為20a一遇[3]。

2.1.3抗震設計標準

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306—2001)，地震動峰值加速度為0.1g，地震動反映譜特征周期0.35s，對應地震基本烈度為7°[4]。根據《水工建筑物抗震設計規范》(SL203—97)規定，蓮塘渡槽按7°地震烈度進行抗震設計。

2.2計算參數的采用

2.2.1特征水位

渡槽中設計水深3.0m，滿水水深4.5m，長200m。

2.2.2地震烈度

根據《中國地震動參數區劃圖》(1∶400萬)GB18306—2001，場地50a超越概率10%，基巖地震動峰值加速度為0.1g，地震動反映譜特征周期0.35s，對應地震基本烈度為7°。

根據《水工建筑物抗震設計規范》(SL203—97)蓮塘渡槽建筑物按7度設防，各建筑物均須進行抗震計算。

2.3渡槽計算過程

蓮塘渡槽按梁式渡槽設計。梁式渡槽的邊槽墩采用C25實體重力式墩，渡槽跨中槽架采用C25鋼筋混凝土墩式槽墩。蓮塘渡槽槽墩高度在5～11m。每段承臺基礎布置4根直徑1000mm灌注樁。

渡槽立面見圖1。

樁基礎布置見圖2。

2.3.1渡槽荷載及樁基礎作用力計算

1)計算公式

根據《建筑地基基礎設計規范》(GB50007—2002)第8.5.3條[5]，在荷載作用下，作用于群樁中的單樁作用力計算公式如下：

軸心豎向力作用下：

(1)

偏心豎向力作用下：

(2)

水平力作用下：

(3)

式中：Fk為相應于荷載效應標準組合時，作用于樁基承臺頂面的豎向力；Gk為樁基承臺自重及承臺上土自重標準值；Qk為相應于荷載效應標準組合軸心豎向力作用下任一單樁的豎向力；n為樁基中的樁數；Qik為相應于荷載效應標準組合偏心豎向力作用下第i根樁的豎向力；Mxk、Myk為相應于荷載效應標準組合作用于承臺底面通過樁群形心的x、y軸的力矩；xi、yi為樁i至樁群形心的y、x軸線的距離；Hk為相應于荷載效應標準組合時，作用于承臺底面的水平力；Hik為相應于荷載效應標準組合時，作用于任一單樁的水平力。

2)計算的主要工況

計算工況包括下列9種工況。

工況①：完建時期，相應渡槽中、河道中均無水。

工況②：正常運行，渡槽中滿水，河道中無水。

工況③：正常運行，渡槽中設計水位，河道中設計水位。

工況④：正常運行，渡槽中滿水，河道中設計水位。

工況⑤：正常運行，渡槽中設計水位，河道中無水。

工況⑥：渡槽中無水，河道中無水并遭遇7度地震。

工況⑦：渡槽中滿水，河道中無水并遭遇7度地震。

工況⑧：渡槽中滿水，河道中有水并遭遇7度地震。

工況⑨：渡槽中無水，河道中有水并遭遇7度地震。

3)荷載及荷載組合

計算荷載主要包括自重、土重、水重、揚壓力、水流力、風壓力及地震力等[6]，必要時還包括作用于渡槽頂部人行道板上的活荷載等，按不利條件選取，詳見表1。

圖1蓮塘渡槽槽墩立面圖

圖2　蓮塘渡槽槽墩灌柱樁基礎布置圖

4)計算過程

挑選渡槽槽墩高度最大的11槽墩(H=11m)進行計算[7]。

渡槽樁基單樁反力計算結果見表2。

表2　樁基單樁反力計算結果

2.3.2樁基承載力計算

1)單樁豎向承載力特征值計算

鉆孔灌注樁單樁豎向承載力特征值由《建筑地基基礎設計規范》(GB5007—2002)中單樁豎向承載力特征值公式估算[8]：

Ra=qpaAp+up∑qsiali

(4)

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值；qpa、qsia為樁端端阻力、樁側阻力特征值，取值按表2；Ap為樁底端橫截面面積；up為樁身周邊長度；li為第i層巖上的厚度，根據各渡槽基礎樁基實際長度量取[9]。

根據渡槽樁基長度及巖土層分布，挑選①號、③號、⑦號槽墩樁基進行計算，計算過程及成果詳見表3。

2)單樁水平向承載力特征值計算

根據《建筑地基基礎設計規范》(DBJ15-31-2003)(以下簡稱《規范》)，樁身配筋率≥0.65%[10]的鉆孔灌注樁單樁水平向承載力特征值按下列公式計算(假定管樁樁身配筋率>0.65%)：

(5)

計算過程見表4。

2.3.3計算結果

由計算成果可知，經水力計算，渡槽過流能力大于設計流量，滿足要求。

經渡槽結構穩定計算，在各計算工況下，槽墩單樁最大平均豎向反力在計算工況③出現，平均單樁豎向反力為2480.4 kN，<單樁豎向承載力特征值2600 kN，滿足要求。槽墩單樁最大豎向反力在計算工況⑦出現，單樁豎向最大反力為3009.2 kN。<1.2倍單樁豎向承載力特征值3120 kN，滿足要求。單樁最大水平向最大反力在計算工況⑧出現，單樁水平向最大反力為195.7 kN。<單樁水平向承載力特征值500 kN，滿足要求。

3　建　議

1)重建渡槽兩岸基礎的開挖及連接段施工將影響施工期舊渡槽的過水，建議施工時重新考慮此部分建筑物的施工導流問題。

2)渡槽下河道的設計洪水水位、流量等資料，對渡槽槽底高程是否高于設計洪水位、渡槽槽墩是否對河道的過流能力造成影響及分析河床的局部沖刷深度確定基礎埋深。

3)新渡槽開挖，樁機施工過程中，如果新、舊渡槽之間距離過近會影響舊渡槽運行安全。

4)灌注樁承載能力大，施工方便，適用于深基礎，不需開挖面積較大的基坑，在資金允許的前提下建議使用，提高建筑物基礎安全級別。

表3　樁基單樁豎向承載力特征值計算結果

從表3可知，各槽墩基礎樁基最小單樁豎向承載力特征值為2669.0kN，取2600kN。

表4　樁基單樁豎向承載力特征值計算結果

注：由于渡槽承受水流力、風荷載等水平力，水平承載為長期作用，故將單樁水平向承載力乘以系數0.8。

從表4可知，各槽墩基礎樁基最小單樁水平向承載力特征值為517.8kN，取500kN。

[1]中華人民共和國水利部.GB50201—94防洪標準[S].北京：水利水電出版社，1994.

[2]中華人民共和國水利部.SL252—2000水利水電工程等級劃分及洪水標準.北京：水利水電出版社，2000.

[3]中華人民共和國水利部.GB50288—99灌溉與排水工程設計規范[S].北京：水利水電出版社，1999.

[4]中華人民共和國水利部.SL265—2001水閘設計規范[S].北京：水利水電出版社，2001.

[5]中華人民共和國水利部.SL191—2008水工混凝土結構設計規范[S].北京：水利水電出版社，2008.

[6]中華人民共和國水利部.SL203—97水工建筑物抗震設計規范[S].北京：水利水電出版社，1997.

[7]中華人民共和國水利部.DL5077—1997水工建筑物荷載設計規范[S].北京：水利水電出版社，1997.

[8]中華人民共和國水利部.GB50007—2002建筑地基基礎設計規范[S].北京：水利水電出版社，2002.

[9]中華人民共和國水利部.JGJ94—2008建筑樁基技術規范[S].北京：水利水電出版社，2008.

[10]中華人民共和國水利部.SL379—2007水工擋土墻設計規范[S].北京：水利水電出版社，2007.

Analysis of Liantang Aqueduct Filling Pile Foundation Design for Gaozhou Reservoir Irrigation Area

TANG Bing-huang

(Guangdong Provincial Water Conservancy & Electric Power Investigation, Design and Research Institute, Guangzhou 510635, China)

Gaozhou reservoir irrigation district construction continued and water-saving reform project is mainly for irrigation in Maoming City, combination with domestic and industrial water along the channel, meanwhile, improving the water environment of Xiaodongjiang River in Maoming City and taking into account the power generation and flood control etc, is one of the three top irrigation areas in Guangdong Province. Shigu general main channel is one of the major canal of Gaozhou reservoir irrigation areas, except for irrigation, is also responsible for supplying water to the residents of Gaozhou city, and is required to supply water uninterruptedly. Liantang aqueduct is the biggest delivery aqueduct of Shigu general main canal, the filling pile foundation treatment is especially prominent for Liantang aqueduct construction, as a result of bored pile construction with the characteristics of no vibration, no soil compaction and low noise, is suitable to be used in built-up area, and the filling piles will be applied widely during construction.

irrigation area; adequate; foundation treatment; filling pile

1007-7596(2016)07-0120-05

2016-05-26

湯丙煌(1982-)，男，江蘇鹽城人，工程師，從事水利設計工作。

TV672.3

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