浅谈广东粤电宏发水电站桩基础设计

胡翠薇

（广东省源天工程有限公司，广东 清远 510500）

20 世纪70 年代，水工建筑工程因设备性能欠佳和技术水平不足等因素影响，建筑物整体质量完全没有达到工程设计的标准要求，加上长时间使用，且后续缺乏维护和修缮，致使这部分中小型水工建筑物出现严重渗漏问题，甚至崩塌。基于此，应加强对工程桩基础设计的重视程度，保证水工建筑工程桩基础设计的科学性和合理性，进一步提高中小型水工建筑物的工程质量[1]。本文对广东粤电宏发水电站工程桩基础进行设计分析。

1 工程概况

广东粤电宏发水电站工程土建工程选用的是11+715 m～11+785 m 的桩号，负责约2.3 万亩的农田浇灌任务。因长时间使用和维护修缮工作不到位，出现填方崩垮事故。崩垮缺口115 m2，造成了极为严重的经济损失。对此，实施工程修缮改建工作，采用矩形断面，将其结构改为钢筋混凝土简支梁式渡槽。

修缮工程采用C20 的钢筋混凝土槽身，轴心抗拉Ft=1.12 N/mm2，Ec=2.57×104N/mm2；轴心抗压Fc=9.8 N/mm2；C15 混凝土基础，轴心抗拉Ft=0.92 N/mm2，Ec=2.21×104N/mm2；轴心抗压Fc=7.3 N/mm2；钢筋混凝土材料γ=26 kN/mm2；HPB235 型号混凝土，fy=fy′=213 N/mm2；风荷载为0.36 kPa，人荷载为2.6 kPa。

工程设计流量1.92 m3/s，轮灌水流量2.47 m3/s，糙率系数0.018。工程上游渠道结构为1.97 m×1.38 m 的过水断面。渠道结构纵坡1/3000；渡槽结构纵坡1/500。

2 设计难点

桩基础结构主要包括两部分：承台和桩基。

承台位于桩基础顶端，依照承台的位置差异，可将桩基础分为高承台桩基础和低承台桩基础[2]，中小型水工建筑物采用低承台桩基础。

桩基础设计主要是根据工程的施工要求以及实际地形情况，对建筑工程桩基础的类型、桩长、平面布置以及断面尺寸、承台尺寸等进行设计选择，并对桩基础的强度和沉降量进行估算和评测，确保桩基础具有较高的承载能力、较强的竖向强度和良好的稳定性。

3 设计方案

桩基础设计要对桩的类型、长度以及径比等基础内容进行设计。不同桩类型会对整体桩基础的质量造成不同的影响，需要提高桩侧摩阻力、承载能力，增大桩侧表面积，通过扩大桩直径充分发挥桩端阻力。设计中，桩总表面积中桩端及桩侧表面积所占比重不会影响桩整体的承载力，桩侧摩阻力和桩长表现为反比例关系[4]，随着桩长比的不断增大，桩侧摩阻力会趋向一个稳定的极限值。

3.1 静荷载试验

静载荷试验是中小型水工建筑物工程桩基础设计的重要环节，关键参数是单桩的竖向承载力，也是决定桩基础设计安全性和可靠性的关键因素，应着重对桩水平和竖直承载力进行计算。桩竖向承载力采用下式进行计算：

式中：Rk表示桩竖向承载力标准值，qp表示桩端承载力标准值；Ap表示桩身横截面表面积，m2；Up表示单桩桩身周长，m；qi表示桩周末端阻力标准值；Li表示桩承台底面各土层深度[5]。

该工程中桩端承载力标准值取650 kPa，各土层深度分别为3 m 和6.6 m。需注意的是，因厚液性指数不同，桩周末端阻力标准值也存在差异，要根据工程的实际情况进行测算，选取3 m 厚液性指数为0.25 的粘性土，其阻力标准值是38 kPa，6 m厚液性指数为0.75 的粘性土阻力标准值是16 kPa。

将上述数据带入式（1）可以得出最终的桩竖向承载力标准值。经计算，桩竖向承载力为974 kN，明显高于标准要求，符合工程设计要求。需注意的是，必须对桩基础设计的安全性进行检查，并对其经济效益进行准确评估。

桩基础设计中的静荷载试验可以分为两部分进行：（1）桩身结构能够承载的最大竖向荷载；（2）地基对桩的支撑力[6]。两者相互承载、相互分担。

3.2 桩下基础

桩下基础设计在桩基础设计中是最容易受到忽视或引发整体设计质量问题的一个环节[7]。桩基础采用方形截面设计，通过对圆形桩截面进行公式的换算，计算工程桩身轴力和桩身的沉降量：

经上述公式计算，可以得出桩身所具备的弹性压缩量为-0.006 mm，桩顶沉降值为-19.97 mm，鉴于此，两个数值均取0。在此基础上对地基中不同土层的平均摩阻力进行计算，得出土层厚度为6.6 m 的软塑黏土平均摩阻力值为20 kPa，土层厚度为3 m 的硬塑黏土平均摩阻力为25 kPa。

由此可知，工程所选桩长度为7 m，轴力为负，无需对桩下底板及桩基础地基承载力进行设计。在考虑安全性的前提下，桩身承台以下土体配置深度3.84 m，工程取值为4.5 m，进一步保证了桩基础设计的安全性。

4 结语

桩基础是水工建筑物最为重要的组成部分之一，是决定建筑物后期可靠、安全运行的关键性因素。在中小型水工建筑物的桩基础设计中，应依照工程实际地形、地质情况对桩基础进行选择，并确保桩基础设计能够满足工程要求，保证桩基础结构简单、牢固，且施工操作便捷，以便提高水工建筑物的整体质量，延长使用时间，从而创造出更大的经济效益和社会效益。