基于渦河蒙城樞紐管理區的結構設計方法與研究

劉 洋 楚殿輝

（1.安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司 合肥 230088 2.安徽省淮河河道管理局 蚌埠233000）

隨著國家水利基礎設施建設的投資及重大水利項目不斷推進，水利工程后期運管維護的重要性日趨凸顯，管理房等基本配套設施亟需跟進。隨著重點水利樞紐工程的管理區規模不斷擴大，對布局和建筑物的工程質量也提出了新的要求。由于管理區緊鄰水利樞紐，建設過程中需著重考慮不利地質條件及相關結構問題。

1 工程概況

為了便于工程管理，蒙城節制閘上游右岸與老河道間設管理平臺，在此布置樞紐管理區，包括管理房、停車場、防汛倉庫、綠化及文化設施等。上游管理平臺頂高程29.500～29.000m，由引河開挖土方回填，平臺面積約90 畝。下游右岸平臺高程29.000m，布置景觀和綠化。

管理區主要單體建筑物分別為辦公樓和生活樓，辦公樓為主體四層框架結構，建筑面積約2500m2；生活樓為主體三層，局部一層的框架結構，建筑面積約2400m2。抗震設防烈度為6 度，地震加速度0.05g，設計地震分組為第二組。

2 結構設計

2.1 地基基礎設計

2.1.1 管理區場地地質情況

該樞紐管理區由開挖河道填土堆積而成，最大填土深度達10m 以上，填土下部土質主要為粉細砂、砂壤土、夾輕粉質壤土和砂壤土薄層，其中輕粉質壤土承載力較低，且部分土層存在零星的砂僵盤硬塊。

2.1.2 地基基礎設計方案優化比選

根據地質勘查報告及補勘報告，管理區地下土質復雜，堆積而成的厚回填土對建筑物沉降影響較大。由于辦公樓層數較高，并存在局部較大荷載，采用地基加固處理手段無法有效解決附加應力較大導致的地基沉降問題。管理區項目的進度要求較高，管理區主體建筑物辦公樓及生活樓施工進度須在節制閘及船閘之前完成。經過地基基礎的設計方案比選，采用水泥土攪拌樁無法有效解決地基沉降問題，采用鉆孔灌注樁基礎工期較長，無法滿足施工進度要求。最終確定采用預應力管樁基礎處理方案。地基基礎設計方案比選見表1。

表1 地基基礎設計方案比選表

針對大面積深回填土軟土地基，采用此方案較為合適。樁基礎參數提供給施工單位與預應力管樁廠家提前聯系制作，現場實施安裝效率高，成樁質量較好，檢測時間短。

2.2 上部結構設計

2.2.1 辦公樓結構設計

辦公樓主體為四層框架結構，二層平面設有檔案室，局部荷載較大，四層大會議室跨度較大，橫向跨度15m，縱向跨度17m，該區域接近該層平面面積的3/4，會議室結構層與兩側結構層的板頂高程相差1.5m，形成錯層結構，各種因素疊加導致辦公樓結構各層豎向剛度相差較大，整體結構豎向不規則。尤其錯層結構使框架柱形成短柱，延性降低，易發生脆性變形破壞，抗震不利。

設計中根據平面荷載的不同調整了平面剛度分布，不僅在局部增加豎向構件抗側移剛度，同時相應增加了水平構件剛度，力求剛度均勻，變形協調。四層會議室與其鄰近的錯層結構，采用了深梁作為連接錯層的構件（圖1），使其水平剛度通過深梁均勻傳遞，既避免了短柱的形成，同時增加了節點剛度和結構延性。會議室大跨度結構采用鋼筋混凝土井字梁布置（圖2），梁截面統一設計為350mm×900mm，平面網格劃分規整，在不影響建筑使用功能的前提下使其結構整體剛度增強，不設吊頂也可達到協調美觀的效果，位移變形控制良好。

圖1 錯層結構轉換構件示意圖

圖2 大跨度結構井字梁布置示意圖

2.2.2 生活樓結構設計

生活樓主體為三層框架結構，建筑平面不規則，水平力作用下，在右側三層結構處發生扭轉變形。結構縱長超過50m，局部一層與主體結構三層之間豎向荷載相差較大，且地基為深回填土，需要考慮不均勻沉降及結構是否設縫問題。

設計中考慮到辦公樓已采用預應力管樁基礎，生活樓體量適中，經成本和進度綜合分析，基礎設計也采用預應力管樁。此方案同時解決了結構豎向荷載差異較大導致的不均勻沉降問題。結構不設縫處理，進行整體結構分析，找出扭轉變形部位，通過增加導致扭轉效應的框架角柱和邊柱的截面尺寸，有效控制了扭轉效應。不設縫處理，也有利于建筑防水及保溫構造的處理，增加了建筑物的耐久性。

3 其他關鍵問題及對策

3.1 室內地面沉降問題

辦公樓及生活樓主體結構采用樁基礎解決了主體結構沉降問題，但室內地面以下土基為深回填土，如處理不當，一層地面會發生不均勻沉降，建筑裝飾地磚會發生嚴重開裂。對此一般采用分層回填，且素土夯實，壓實度不小于0.97，此方法工程實際實施中很難達到預期效果。如完全采用碎石及砂子回填，上部做水泥砂漿面層，經濟性差且實施難度較大。

本工程管理區位于深回填土上，不存在二次開挖、回填、壓實的條件。采用剛性地坪的做法，承臺頂高程以上采用素土分層回填夯實至室內地面高程以下200mm 水泥砂漿墊層處，設混凝土板，板厚不小于120mm 并進行構造配筋，此方法可有效避免不均勻沉降。

3.2 預應力樁無法達到設計高程

辦公樓在預應力管樁實施過程中出現局部范圍沉樁困難，樁端無法達到設計高程。其中有一處樁出現斷樁。經復核補勘報告，判斷樁端可能遇到土基中的砂僵盤，果斷要求停止沉樁，對達不到設計高程的樁基全部進行樁身完整性和承載力檢測，以滿足設計要求。如達不到設計要求，進行補樁處理。

3.3 建筑細部線條結構構造的處理原則

辦公樓及生活樓的建筑立面存在大量裝飾線條、構架等非主體結構構件。考慮到現澆混凝土結構整體性較好，設計中大量采用現澆混凝土的方式處理。局部輕薄的墻身線條盡量采用直徑較小的構造鋼筋，防止后期開裂。構架均設置了連系梁與主體結構連接，端部設構造柱與連系梁連接，大面積墻身及懸臂非主體結構構件均保證了與主體結構的有效連接，確保了非主體結構構件抗震的整體安全可靠性。

4 結論

水利樞紐工程管理區多位于開挖河道堆積的深回填土之上，此類土基為新回填土，承載力低，沉降大，穩定性差。采用預應力管樁基礎能有效解決沉降問題，節省工期，經濟適用。室內地坪采用剛性地坪做法，可有效解決室內地面不均勻沉降問題，且不影響施工進度。

管理區主體建筑物多為框架結構，宜盡量采用整體結構設計的原則，按不設縫處理。對于未來使用功能可能發生調整而導致的平面荷載變化的區域，宜在結構設計中預留一定的富裕度。局部存在的單跨結構，對豎向受力構件提高一級抗震構造措施進行設計。對存在錯層、大跨度、局部平面荷載過大導致的結構平面不規則、豎向不規則問題，均可以通過調整結構布置、優化結構設計的方式解決■