高州水库灌区莲塘渡槽灌注桩基础设计探析

汤丙煌

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510635)



高州水库灌区莲塘渡槽灌注桩基础设计探析

汤丙煌

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510635)

茂名市高州水库灌区续建配套与节水改造工程是以灌溉为主，结合渠道沿线城镇生活、工业用水、同时改善茂名市小东江的水环境，并兼顾发电、防洪等任务，是广东省三大灌区之一。石骨总干渠为高州水库灌区主要干渠之一，除灌溉外，还担负着向高州市的城市居民供水任务，要求渠道不间断供水。莲塘渡槽为石骨总干渠最大的输水渡槽，莲塘渡槽的灌注桩基础处理，对整个渡槽建设的重要性尤为突出，由于灌注桩具有施工时无振动、无挤土、噪音小、宜于在建筑物密集地区使用等优点，灌注桩在施工中得到较为广泛的应用。

灌区；渡槽；基础处理；灌注桩

1　工程概况

高州水库灌区是广东省三大灌区之一，设计灌溉面积7.87 万 hm2，渠道总长3282km。高州水库灌区续建配套与节水改造首期工程改造渠道153.312km,其中石骨总干渠14.624km，东干渠16.754km，西干渠17.667km，电茂干渠14.860km，高州引鉴总干渠23.947km，南干渠4.486km，高化支渠12.140km,南盛引鉴总干渠22.984km，南盛水轮泵渠3.801km，陈垌、世华、陈金、双花和三文田支渠共22.049km；各类渠系建筑物共计为1530座，其中各类水闸74座，渡槽20座，涵洞488座，隧洞1座，桥梁248座，接洪堰699座[1]。

石骨总干渠渠道设计引水流量63.5m3/s，加大流量69.9m3/s,为高州灌区设计断面最大的渠道。除灌溉外，还担负着向茂名市的城市居民供水任务，要求渠道不间断供水。石骨总干控制灌溉面积55.6万亩。石骨总干渠本次加固改造的渠道沿线共布置了3座渡槽，分别为莲塘渡槽(石骨总干渠桩号0+032)、莲塘渡槽(石骨总干渠桩号2+209.4)和排步渡槽(石骨总干渠桩号8+984.6)。文章对3个渡槽中最长的莲塘渡槽灌注桩基础设计分析。

2　渡槽桩基础设计

2.1工程设计标准及采用的标准

2.1.1建筑物级别

莲塘渡槽设计流量为63.5m3/s，加大流量为69.9m3/s，根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288—99)的规定，渡槽主要建筑物(包括渡槽槽身、渡槽基础、渡槽上下游连接段、渐变段)级别3级，渡槽次要建筑物(两岸河岸防护)级别为4级[2]。

2.1.2洪水标准

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288—99)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)的规定，莲塘渡槽建筑物级别为3级，相应防洪标准为20a一遇[3]。

2.1.3抗震设计标准

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)，地震动峰值加速度为0.1g，地震动反映谱特征周期0.35s，对应地震基本烈度为7°[4]。根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL203—97)规定，莲塘渡槽按7°地震烈度进行抗震设计。

2.2计算参数的采用

2.2.1特征水位

渡槽中设计水深3.0m，满水水深4.5m，长200m。

2.2.2地震烈度

根据《中国地震动参数区划图》(1∶400万)GB18306—2001，场地50a超越概率10%，基岩地震动峰值加速度为0.1g，地震动反映谱特征周期0.35s，对应地震基本烈度为7°。

根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL203—97)莲塘渡槽建筑物按7度设防，各建筑物均须进行抗震计算。

2.3渡槽计算过程

莲塘渡槽按梁式渡槽设计。梁式渡槽的边槽墩采用C25实体重力式墩，渡槽跨中槽架采用C25钢筋混凝土墩式槽墩。莲塘渡槽槽墩高度在5～11m。每段承台基础布置4根直径1000mm灌注桩。

渡槽立面见图1。

桩基础布置见图2。

2.3.1渡槽荷载及桩基础作用力计算

1)计算公式

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)第8.5.3条[5]，在荷载作用下，作用于群桩中的单桩作用力计算公式如下：

轴心竖向力作用下：

(1)

偏心竖向力作用下：

(2)

水平力作用下：

(3)

式中：Fk为相应于荷载效应标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力；Gk为桩基承台自重及承台上土自重标准值；Qk为相应于荷载效应标准组合轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力；n为桩基中的桩数；Qik为相应于荷载效应标准组合偏心竖向力作用下第i根桩的竖向力；Mxk、Myk为相应于荷载效应标准组合作用于承台底面通过桩群形心的x、y轴的力矩；xi、yi为桩i至桩群形心的y、x轴线的距离；Hk为相应于荷载效应标准组合时，作用于承台底面的水平力；Hik为相应于荷载效应标准组合时，作用于任一单桩的水平力。

2)计算的主要工况

计算工况包括下列9种工况。

工况①：完建时期，相应渡槽中、河道中均无水。

工况②：正常运行，渡槽中满水，河道中无水。

工况③：正常运行，渡槽中设计水位，河道中设计水位。

工况④：正常运行，渡槽中满水，河道中设计水位。

工况⑤：正常运行，渡槽中设计水位，河道中无水。

工况⑥：渡槽中无水，河道中无水并遭遇7度地震。

工况⑦：渡槽中满水，河道中无水并遭遇7度地震。

工况⑧：渡槽中满水，河道中有水并遭遇7度地震。

工况⑨：渡槽中无水，河道中有水并遭遇7度地震。

3)荷载及荷载组合

计算荷载主要包括自重、土重、水重、扬压力、水流力、风压力及地震力等[6]，必要时还包括作用于渡槽顶部人行道板上的活荷载等，按不利条件选取，详见表1。

图1莲塘渡槽槽墩立面图

图2　莲塘渡槽槽墩灌柱桩基础布置图

4)计算过程

挑选渡槽槽墩高度最大的11槽墩(H=11m)进行计算[7]。

渡槽桩基单桩反力计算结果见表2。

表2　桩基单桩反力计算结果

2.3.2桩基承载力计算

1)单桩竖向承载力特征值计算

钻孔灌注桩单桩竖向承载力特征值由《建筑地基基础设计规范》(GB5007—2002)中单桩竖向承载力特征值公式估算[8]：

Ra=qpaAp+up∑qsiali

(4)

式中：Ra为单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia为桩端端阻力、桩侧阻力特征值，取值按表2；Ap为桩底端横截面面积；up为桩身周边长度；li为第i层岩上的厚度，根据各渡槽基础桩基实际长度量取[9]。

根据渡槽桩基长度及岩土层分布，挑选①号、③号、⑦号槽墩桩基进行计算，计算过程及成果详见表3。

2)单桩水平向承载力特征值计算

根据《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003)(以下简称《规范》)，桩身配筋率≥0.65%[10]的钻孔灌注桩单桩水平向承载力特征值按下列公式计算(假定管桩桩身配筋率>0.65%)：

(5)

计算过程见表4。

2.3.3计算结果

由计算成果可知，经水力计算，渡槽过流能力大于设计流量，满足要求。

经渡槽结构稳定计算，在各计算工况下，槽墩单桩最大平均竖向反力在计算工况③出现，平均单桩竖向反力为2480.4 kN，<单桩竖向承载力特征值2600 kN，满足要求。槽墩单桩最大竖向反力在计算工况⑦出现，单桩竖向最大反力为3009.2 kN。<1.2倍单桩竖向承载力特征值3120 kN，满足要求。单桩最大水平向最大反力在计算工况⑧出现，单桩水平向最大反力为195.7 kN。<单桩水平向承载力特征值500 kN，满足要求。

3　建　议

1)重建渡槽两岸基础的开挖及连接段施工将影响施工期旧渡槽的过水，建议施工时重新考虑此部分建筑物的施工导流问题。

2)渡槽下河道的设计洪水水位、流量等资料，对渡槽槽底高程是否高于设计洪水位、渡槽槽墩是否对河道的过流能力造成影响及分析河床的局部冲刷深度确定基础埋深。

3)新渡槽开挖，桩机施工过程中，如果新、旧渡槽之间距离过近会影响旧渡槽运行安全。

4)灌注桩承载能力大，施工方便，适用于深基础，不需开挖面积较大的基坑，在资金允许的前提下建议使用，提高建筑物基础安全级别。

表3　桩基单桩竖向承载力特征值计算结果

从表3可知，各槽墩基础桩基最小单桩竖向承载力特征值为2669.0kN，取2600kN。

表4　桩基单桩竖向承载力特征值计算结果

注：由于渡槽承受水流力、风荷载等水平力，水平承载为长期作用，故将单桩水平向承载力乘以系数0.8。

从表4可知，各槽墩基础桩基最小单桩水平向承载力特征值为517.8kN，取500kN。

[1]中华人民共和国水利部.GB50201—94防洪标准[S].北京：水利水电出版社，1994.

[2]中华人民共和国水利部.SL252—2000水利水电工程等级划分及洪水标准.北京：水利水电出版社，2000.

[3]中华人民共和国水利部.GB50288—99灌溉与排水工程设计规范[S].北京：水利水电出版社，1999.

[4]中华人民共和国水利部.SL265—2001水闸设计规范[S].北京：水利水电出版社，2001.

[5]中华人民共和国水利部.SL191—2008水工混凝土结构设计规范[S].北京：水利水电出版社，2008.

[6]中华人民共和国水利部.SL203—97水工建筑物抗震设计规范[S].北京：水利水电出版社，1997.

[7]中华人民共和国水利部.DL5077—1997水工建筑物荷载设计规范[S].北京：水利水电出版社，1997.

[8]中华人民共和国水利部.GB50007—2002建筑地基基础设计规范[S].北京：水利水电出版社，2002.

[9]中华人民共和国水利部.JGJ94—2008建筑桩基技术规范[S].北京：水利水电出版社，2008.

[10]中华人民共和国水利部.SL379—2007水工挡土墙设计规范[S].北京：水利水电出版社，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

汤丙煌(1982-)，男，江苏盐城人，工程师，从事水利设计工作。

TV672.3

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