MG水库涵洞基础加固方案比选及设计分析

苗萌，贾俊策

（临沂市水利工程处，山东 临沂 276000）

1 工程概况

MG 水库Ⅱ库为一座灌注式水库，由区域干渠引水入库，主要用冬闲水及汛期洪水蓄库，为0.13万hm2饲草料基地提供灌溉水源，每年提供灌溉水量699.55万m3。MG水库Ⅱ库总库容583 万m3，最大坝高38.50 m，工程规模Ⅳ等小（1）型。主要建筑物包括大坝、涵洞、溢洪道等，其中涵洞总长度196 m（导流涵洞段36 m，放水涵洞段160 m），涵洞纵坡1/50。

2 涵洞基础地质条件分析

2.1 全新统坡（洪）积粉质壤土层

此项目涵洞基础位于全新统坡（洪）积粉质壤土层上，厚度1.00～2.50 m，主要为粉质壤土，浅黄色，干～稍湿，稍密，中～高压缩性，属弱透水性，属非自重湿陷性黄土场地，湿陷程度为轻微～中等，承载力标准值fk=100～130 kPa。

2.2 全新统洪积砂卵砾石层

涵洞粉质壤土层深度以下为洪积砂卵砾石土层，厚度4.50～6.50 m，主要为卵砾石和砂土，表部松散，下部中密～密实，但本土层地层不均匀，级配较差，局部为砂卵砾石与砂土互层。其中坝基和河床的砂卵砾石部分物理力学参数见表1。

表1 涵洞基础物理力学参数（部分）表

3 涵洞基础加固方案比选

导流兼放水涵洞布置于坝体基础中部河床位置，包括进口竖井段、压力洞身段、闸阀间段、出口消力池段等几部分，正是因为涵洞位置的重要性，因此对其地基坚固性、稳定性提出了很高的要求。根据MG水库Ⅱ库的实际情况，共设计三种涵洞基础加固方案，具体操作和对比分别如下。见表2。

表2 涵洞基础处理方案对比分析表

方案一：3 m厚砂砾石拌20%熟石灰换填。对涵洞基础底部土层作部分换填，换填深度3 m，按1：1扩槽，特别是涵洞基础下粉质壤土层全部清除。换填料采用级配连续的砂卵砾石掺拌20%石灰，30 cm 一层分层碾压，压实后相对密度不小于0.85，干密度试验值不小于2.25 g/cm3，变形模量不小于40 MPa，地基承载力标准值不低于300 KPa。

方案二：C10现浇混凝土填筑。对涵洞基础底部土层作全部清除，采用C10 现浇混凝土浇筑基槽，浇筑厚度为涵洞基础以下7～9 m，基槽开挖边坡1：0.50，基础下C10 现浇混凝土垂直浇筑，旁侧基槽间隙采用河床砂砾石碾压填筑。

方案三：设置C25钢筋混凝土灌注桩。涵洞基础以下采用灌注桩结构，深度设计为10 m，灌注桩直径1 m，涵洞基础下设置两排，桩距6 m。

方案一具有投资小，施工速度快，施工技术难度小，工程量省等优点。因此，涵洞基础加固工程设计选用方案一。

4 涵洞基础加固方案设计

4.1 涵洞基础

①换填材料中，要求选用无杂质的中、粗砂，含泥量小于5.00%，砾石强度不低于四级，最大粒径小于5 cm；②换填采用分层碾压，首先在换填范围外侧打设钢筋桩，并标注尺度，指导每层摊铺厚度。摊铺材料采用“机械+人工”方式，推土机沿着两侧向中间摊铺，部分角落和凹凸不平处人工修平；③涵洞基础碾压采用26T 型压路机，先静压1 遍，之后弱振碾压2 遍，最后再强振碾压2 遍，检测其相对密度满足要求后则结束；④为消除坝下涵洞基础不均匀沉降所产生涵洞裂缝，设计中坝下涵洞设置伸缩缝，伸缩缝间距12 m，采用双止水结构，内侧止水采用2 mm厚“凸”型止水铜片，外侧止水为651型橡胶止水带，设计要求止水伸缩量不小于20 mm。

4.2 涵洞洞身

4.2.1 涵洞首部进水竖井

工程设计竖井孔口为方形2.00 m×2.00 m，边墙厚0.60 m，井筒外缘宽3.20 m，高度为19.72 m。竖井基础承台厚1.50 m，宽10 m，长10 m为方形。竖井采用C30F200W6钢筋混凝土结构，基础承台采用C25F200W6钢筋混凝土结构。

4.2.2 洞身结构

涵洞洞身采用钢内衬外包钢筋混凝土内圆外城门洞型结构，断面尺寸φ=1.20 m，外径1.80 m。钢涵洞壁厚30 cm，内衬采用D1220-10螺旋钢管，钢材型号Q235B型镇定钢，涵洞外包采用C30F200W6 钢筋混凝土结构。涵洞上游62 m 管周及基础采用水泥土（1：9）人工夯填1 m厚，涵洞下游98 m管周采用反滤层包裹1 m厚，外包无纺布。

4.2.3 涵洞末尾段闸阀间

闸阀间内管道采用D1232-16螺旋钢管，钢材型号Q235B型镇定钢，沿管道配备DN1200（1.00 MPa）电动闸阀2套、DN1200（1.00 MPa）套管式伸缩器2 套。闸阀间、水下墙、上部结构均采用C25F200W6钢筋混凝土，屋顶采用彩钢屋面板。

4.3 涵洞压力管结构计算

4.3.1 压力管配筋计算

该放水洞自重所引起的环向内力可略去不计，管道承受内水压力时为轴心受拉构件，可按（1）公式进行配筋计算。经计算可得：管壁1 m长度内承受的拉力设计值为N=288 000 N，钢筋截面面积为As=1 161.30 mm2，管壁内层配Φ14@200、外侧配Φ12@200（As=1 335 mm2），分布钢筋为32φ10。

式中：As为受拉钢筋截面面积，mm2；γd为结构细数，取值1.25；γ0为结构重要性系数，钢筋混凝土及预应力混凝土结构取1.20；ψ为设计状况系数，取值1.00；γQ为可变荷载（内水压力）分项系数1.20；pk为管内水压力，取值0.40 N/mm2；r为管道半径，600 mm；b为管壁长，1 000 mm；fy为钢筋强度标准值（抗拉），310 N/mm2。

4.3.2 抗裂计算

因该压力水管终年有水，故取内水压力的长期组合系数ρ=1.00，除内水压力外无其它可变荷载，故可只按荷载效应长期组合进行抗裂验算，计算公式见（2）（3），如果Nl＜αct·ftk·A0，则满足抗裂要求。计算得：N1=240 000 N，αct·ftk·A0=325 012.50 N，C25标号的混凝土满足抗裂要求。

式中：Nl为荷载标准值按荷载效应长期组合计算的轴向力值，N；ρ为长期组合系数，取值1.00；h为管壁厚，取值300 mm；A0为受拉钢筋截面面积，mm2；αE为弹性模量比，αE=Es/Ec，取值7.14；ftk为混凝土强度标准值（抗拉），取值1.50 N/mm2；αct为混凝土拉应力限制系数，对荷载效应的短期组合，对长期组合取值0.70。

5 结语

对MG 水库Ⅱ库涵洞基础加固方案比选，确定优选方案，方案设计保证了后续工程的顺利实施，试运行中，涵洞沉降量在规范允许范围内，且洞身结构没有出现任何开裂情况，说明该涵洞工程设计完全合理。