钢筋混凝土灌注桩在地基处理中的应用.pdf

设计 施工 水利规划与设计 2 0 1 6 年第 3 期 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 - 2 4 6 9 2 0 1 6 0 3 0 3 2 钢筋混凝土灌注桩在地基处理中的应用 孟 宇 ( 辽宁江河水利水 电新技术设计研究 院 ，辽 宁 沈阳 1 1 0 0 0 3 ) 摘要 ：以辽 宁省 沿海地 区某中型水 闸基础 处理 为例 ，论述地基 处理 中采 用钢 筋混凝土灌注桩的计算方 法，分析不 同地基 土层 与钢 筋混凝 土灌注桩深度 的关系。计 算结果表 明 ，钢筋 混凝土灌 注桩 的深度 与单桩 的最 大竖向荷载 、 灌 注桩 的大小、每层土的极限摩 阻力和桩端横截 面面积有 关。在钢 筋混凝 土灌注桩 的设计 中，需根 据 闸体所 处环 境 的水文 气象资料 、工程地质情况和 闸体运行工 况等基础 资料确 定计 算参数 ，以保证 计算结果的准确性。 关键词 ：钢筋混凝土 ；灌注桩 ；基础处理 中图分类号 ：T V 2 2 3 文献标识码 ：B 文章编 号 ：1 6 7 2 - 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 0 8 9 0 4 1 基本情况 某水闸位于辽 宁省东港市鸭绿江人海 口上游 ， 是一座综合利用 的拦河闸，具有灌溉、挡潮作用。 该闸是东港市东部 3 1 6万亩水 田引江纳潮灌 溉的主要工程 ，年 引江纳潮量在 0 9 1亿 m 左右， 和铁 甲水库联合运用灌溉水 田面积 3 0余万 亩，同 时担负着全流域 3 3 0 k m 集雨面积的排洪任务 ，承 泄上游铁甲水库和山城水库的汛期泄洪水量。本闸 位于河 口处 ，涨 潮 时闸 门关 闭 ，防止 海水 流 入 ，汛 期遭遇洪水时 ，闸门开启 ，排出洪水 。 1 1 工程简 介 本 闸在安全鉴定中被评定为四类闸，需要拆除 重建 ，恢复其灌溉、挡潮作用。 本水闸工程等别为 等，主要建筑物级别为 3 级 ，次要建筑 物为 4级 ，临时性建 筑物 级别 为 5 级 ，设计洪水标准为 2 0年一遇 ，校核洪水标 准为 1 0 0年 一遇 ，临 时 性 建 筑 物 防 洪 标 准 为 5年 一 遇 ， 设计潮水标准为 2 0年一遇。 本 闸重 建 工 程 在 原 闸址 下 游 9 0 m 处 ，从 上 游 到下游分别布置有上游防冲槽、海漫、消力池 、闸 室段、下 游 消 力 池 、海 漫 ，防 冲槽 ，全 长 总 计 1 4 8 m，整个 闸室宽 6 3 m。在 闸室段 上设检 修工作 桥、排架 、启闭机房和交通桥 。闸室剖面见图 1 。 1 2自然 条件 本 闸地处温带湿润地区季风气候 ，其特点是寒 冷期长 ，无霜期短 ，降雨集 中，四季分明。春季 日 射增强 ，冷空气逐渐减弱，气温 回升较快 ，风大干 图 1 闸 室 剖 面 图 旱 ；夏季盛行东南季风 ，炎热潮湿 ，雨量集 中，多 连阴雨和暴雨天气 ；秋季西北风开始增强 ，日射减 弱，气温开始下降 ；冬季盛行西北季风 ，北方冷空 气频繁入侵 ，气候严寒 。 降水 ：年最大 降水量 1 3 2 0 7 m m，年最小 降水 收稿 日期 ：2 o 1 5 0 2 1 1 作者简介 ：孟宇 ( 1 9 8 2年一 ) ，男 ，工程师。 8 9 2 0 1 6 年第 3 期 水利规划与设计 设计 施工 量 5 7 4 2 m m，多 年平均 降水 量 9 6 7 m m，多年平 均 蒸发 量 1 2 0 8 mm。 气温 ：年平 均气温 8 4 ，最高气 温 3 3 8 ， 最低气 温 一2 8 2 。 冰况：初冰 日为 1 2月上旬，盛冰 日 1月上旬开 始，融冰 日 2月中旬开始，终冰 日3月中旬 ，总冰 期约 1 0 0 d ，盛冰期约 4 5 d ，最大冰层厚度 0 7 6 m。 冻层 ：土壤最大冻深 0 8 1 m。 1 3工程 地质 概 况 拟建 闸址处 河道 宽约 8 0 m，河 床底 高程为 一 0 0 7 一0 7 9 m；左 侧河 漫 滩 宽 约 2 5 m，高 程 约 2 3 85 3 8 m；右 侧 河 漫 滩 宽 约 3 5 m，高 程 约 2 3 7 5 2 8 m；河道两岸为土堤 ( 堤路结合 ) ，左岸 堤顶宽度 约 3 5 m，高程约 5 6 26 0 9 m，右岸 堤 顶宽 约 4 5 m，高 程 约 5 4 86 3 1 i n ，整 个 场 地 大 的地貌单元为滨海相沉积平原。 根据勘察 ，闸址处从上到下的地层依次如下 。 ( 1 ) 淤泥质粉质粘土 ：灰黑色 ，湿 饱水 ，流 塑 软塑状态 ，含有少量 的腐殖质 、云母 及粉砂。 层厚 0 5 0 m，极限侧 阻力标准值 q =1 0 k N m 。 ( 2 ) 淤泥质粉质粘土夹粉砂 ：灰黑色 ，湿 饱 水 ，软塑状态 ，含有 少量的腐殖质 、云母 及粉砂 ， 局部夹有较多量粉砂薄层现象 ，层厚 3 0 0 m，极限 侧阻力标准值 Q ：1 2 k N m 。 ( 3 ) 粉砂 ：灰黑色 ，主要矿物成分为石英、长 石及云母等 ，饱水 ，松散 稍密、部分中密 ，层厚 2 4 0 m，极限侧阻力标准值 q =1 5 k N m 。 ( 4 ) 粉细砂 ：灰黑色 ，主要 矿物成分 为石英、 长石 及 云母 等 ，饱 水 ，中密 密 实 状 态 ，层 厚 1 6 0 m，极限侧阻力标准值 q =2 5 k N m 。 ( 5 ) 圆砾 ：灰 白色 、灰黄 色，圆形、亚 圆形 ， 磨圆度一般 ，粒径约为 0 2 5 c m，由硬质岩组成 ， 层厚 大于 1 3 m，极 限侧 阻力标 准值 P =7 0 k N m ，极限端阻力标准值 q =1 0 0 0 k N m 。 从设计闸底板底面高程来看 ，闸基位于淤泥质 粉质粘土层 、淤泥质粉质粘土夹粉砂层 ，其 中淤泥 质粉质粘 土层、淤 泥质粉质粘 土夹粉砂层 土层较 厚 ，压缩性 较大 ，为流塑 软 塑状态 ，承载力较 低 ，层面起伏较大 ，密实度较低 ，严重液化。闸基 不宜直接采用天然地基作为持力层。 2 灌 注桩 设计 2 1综合分析 根据地勘报告 ，闸室基础下广泛分布的淤泥质 90 粉质粘土 ，含水量 高，孔隙 比大 ，具有高压缩性 ， 承载力低 ，抗剪强度低 ，加载后变形量大等特点。 场地土地震设防烈度为 7 。 ，在地震力作用下存在着 液 化 的可能 性 。为 了防止 地震 时地 基 液化 、水位 差 较大时发生渗透破坏 ，同时提高地基承载力 ，对 闸 室地基采用桩基础进行处理 ，以满足各种工况的不 同要求 。 根据其他工程实例 ，地基为较深厚的软基的大 中型水 闸，一般采用桩基础进行地基处理，该处理 方法不仅在提高基础承载力 、减小沉降量方面作用 显著 ，而且工程量较小 、施工进度快。 钢筋混凝土灌注桩是将结构全部荷载通过桩传 到基础下部的持力层 ，以保证结构的安全稳定。采 用混凝土灌注桩不仅在提高地基承载力 ，减少地基 沉降量方面作用显著 ，而且稳定可控。 考虑 到 闸室 、消力 池 、海 漫 和翼 墙底 板 下基 础 为淤泥质粉质粘土 ，基础承载力低 ，施工 时重型机 械无法正常运行 ，本次对其基础进行 回填 1 m厚 山 皮土 ，回填后对其土料进行压实 ，使其沉 陷至设计 高程再进行施工。 2 2桩 的平面 布置 为 了充分 利用 水 闸基础 各桩 的承载 能 力 ，桩 的 平面布置尽量使桩群形心与底板底面 以上基本荷载 组合的合力作用点相接近 ，使各桩实际承担 的荷载 尽量相等 ，这对减小地基的不均匀沉 降，维护水闸 结构安全和正常使用是有利的。 本 闸设 计 钢 筋 混 凝 土 灌 注 桩 桩 径 0 8 m。 为避 免桩基础施工可能引起的松弛效应和挤压效应对相 邻桩 的不利影响 ，要求钢筋混凝土灌注桩的中心距 不能小于 2 5倍桩径 ( 2 0 m) ；同时，为 了使桩 群 构成整体基础 ，中心距不能大于 6倍桩径 ( 4 8 m) 。 本闸灌 注 桩 成 矩 阵 布 置 ，顺 水 流 方 向 中 心 距 3 2 5 m，垂直水 流 方 向 中心 距 4 3 m 和 4 1 7 5 m。闸 室桩 基础 平面 布置 见 图 2 、图 3 。 2 3各桩承受的竖向荷载 不考虑桩 间土的作用 ，按桩基全部承担其上部 荷载，各桩所承受的竖向荷载按式 ( 1 )计算 ： Y G 5 - M P = 式( 1 ) “ Yi 式中： P 为第i 根桩承担的竖向 荷载( k N ) ； G 为 底板 底面 以上 的全部 竖 向荷 载 ( k N) ；N 为桩 数 ( 根) ； M 为底板底面以 上的全部荷载对桩群重 设计 施工 水利规划与设计 2 0 1 6 年第 3 期 图 2闸室( 3子 L 一联 ) 桩基础平面布置图 图 3闸室 ( 2孔一联 ) 桩 基础 平面布置图 心轴 X的力矩 ( k N m) ； Y 为第 i 根桩距重心轴 X 的距离 ( m) 。 取 闸 室 3孔 一 联 和 2孔 一 联 的 一 纵排 1 、2 、 3 、4 、5 桩为典型设计代表桩 ，经计算各桩承受 最大的竖 向荷载相差不大，比较均匀 ，本 闸最大荷 载 P =1 2 4 2 3 2 k N，根据最大荷载设计桩长。 2 4 单桩 竖 向允许 承载 力计 算 根据 单桩 的最 大 竖 向荷 载 确 定桩 长 ，按式 ( 2 ) 计算 ： = 专 ( f ,l + L A ) 式 ( 2 ) 式中： 为单桩竖 向允许承载力( k N) ； K为安全系 数 ； 为桩身的截面周长( m) ； 为桩周第 i 层土的 极限摩阻力( k N m ) ； 为第 i 层土 的厚度 ( m) ； 为桩 端处 的极 限端 承力 ( k N m ) ； A 为 桩 端横 截 面 面积 ( m 。 ) 。 经计算确定桩长为 1 9 m，单桩竖向允许承载力 为 1 4 0 9 2 3 k N单桩最大荷载 1 2 4 2 3 2 k N，满足 工程设计要求。 3 结语 钢筋混凝土灌注桩是将结构全部荷载通过桩传 到基础下部的持力层 ，以保证结构的安全稳定。采 用混凝土灌注桩不仅在提高地基承载力 ，减少地基 沉降量方面作用显著 ，而且稳定可控。据调研，我 国沿海地区净宽大于 5 0 m、拥有相似地质条件 ( 淤泥 或淤泥质粉质粘土地基) 的大 中型挡潮闸普遍采用钢 筋混凝土灌注桩进行地基处理，对大 中型水闸设计 9l 2 0 1 6 年第 3 期 水利规划与设计 设 计施 工 中地基处理方案可以起到一定的借鉴和参考作用。 参考 文献 1 G B 5 0 0 0 7 2 0 0 2 建筑地基基础设计规范 S 2 J G J 9 4 - 2 0 0 8 建 筑桩基技术规范 S 3 王芳 上海地区排涝水 闸合理 规模 的探讨 J 水利 规划与 设 计 ， 2 0 1 4 ( 0 7 ) ：1 1 - 1 4 4 尚常清混凝土灌注桩在布吉河粤宝路 河段改造工程 中的应用 J 水利规划与设计 ， 2 0 1 1 ( 0 6 )： 1 0 9 1 1 0 5 吴吴防洪 堤工程灌注桩 的施工技术 J 水利技术监 督 ， 2 0 1 3 ( 0 3 ) ： 5 6 5 9 6 赵强强 ，白玉堂 ，蔡少奇水 闸施工设 计与质量 管理浅议 J 水利技 术监督 ， 2 0 0 9 ( 0 4 ) ：1 9 2 O 7 S L 2 6 5 - 2 0 0 1 水 闸设计规 范 S ( 上接第 6 4页 ) 规划、设计、施工与运行管理工作 ， 必将培养一大批高效节水灌溉技术规划设计人才和 运行管理人才 ，为全面实施高效节水灌溉项 目开展 奠定强有力人才基础。 2 2 4促进 区域经济多元化发展 随着项 目的实施 ，将进一步加快示范区传统农 业 向节水农业 、设施农业 、生态农业 的过渡 ，促进 农 、林 、牧 、副业全 面发 展 和 当地 及 周边 地 区农业 生产朝着科学化 、集约化 、规模化、产业化和现代 化方向发展 ，对形成种、养 、加 、贸一体化经济实 体 ，推动区域经济多元化发展意义重大。 2 2 5 推动城 乡经济一体化发展 通过高效节水灌溉工程的实施 ，将改善农村农 业生产状况 ，促进农业生产技术的进步 ，推动农业 生产的全面发展 ，加快城镇和农村现代化进程。对 发展乡镇企业、文化教育 、医疗卫生事业 ，都带来 一 定 的直接和间接社会效益 ，对实现当地农村经济 健康、稳定与可持续发展具有 巨大推动作用 。 2 3 生态环 境 效益 分析 兰州市土地资源丰富，水资源紧缺。实施高效 节水灌溉工程 ，将有效缓解兰州市工农业用水与生 态环境用水矛盾 ，对生态植被恢复与建设具有重要 意义。 2 3 1 提高水资源利用效率，减少地下水开采量 随着灌排基础设施维修、改造、新建、设备更 换 ，可进一步提高水资源利用率 ，减少渠道输水损 失 ，在一定程度上扩大了供水能力及供水范围，减 少地下 水开采量 ，继 而有效扼制 地下水 位下 降速 度 ，改善生态环境。 2 3 2 改善灌 区生态环境 ，提升生态环境容量 高效节水灌溉项 目的实施 ，能更好 的利用生态 链规律 ，改善灌区气候条件 ，抑制水土流失 ，调整 生产结构 ，建立 良好的农业生态环境 。同时 ，结合 国家退耕还林、还草政策使周边地 区荒山荒坡栽种 树木花草 ，发展林果业 ，美化区域环境 ，使 当地的 92 生态恶化趋势得到有效遏制 ，并得到持续修复，从 而提 升生 态环 境 的容量 。 2 3 3 预 防土 壤 盐渍 化 ，提 高土 壤 环境质 量 规划实施后 ，渠系水利用系数和田间水利用系 数得到有效提高 ，灌溉定额合理降低 ，可有效减少 灌溉水深层渗 漏，消除土壤 滋生盐渍化 的主要诱 因，提高土壤环境质量 。 3 结语 兰州市高效节水灌溉工程的实施 ，将大大提高 农业抗旱减灾能力和综合生产能力 ，有效促进农业 灌溉用水 的高效利用 ，增强水资源调配能力，促进 作物增产 、农 民增收 ，极大改善农民生产 、生活条 件以及区域生态环境 ，为保障兰州市农业现代化快 速发展提供坚实的基础 ，其经济效益、社会效益和 生态环境效益非常显著 。在推广过程 中不仅要保证 工程质量 ，而且要从农业种植结构 、节水政策等方 面对农户进行 培训 教育 ，充分 理解高效 节水 的意 义 ，保证高效节水工程发挥真正的作用。 参 考文 献 1 姚志春 ，马成彪兰州新区水资源可持续 利用对策研究 J 水 利规划与设计 ， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ： 5 8 2 刘星华 ， 贾 生海 集雨栽培技术对旱 地春玉米 干物质积 累及产 量的影 响 研 究 J 干 旱 区 资 源 与 环 境 ，2 0 1 5 ，2 9( 0 9) ： 1 0 7 一 l 1 2 3 李英能黄河流域灌溉农业节水技术模式及发展对策 J 中国 水利 ， 2 0 0 6 ( 0 5 ) ：2 4 2 7 4 苗世成 兰州市农业节水灌溉存 在的问题及对策 J 甘肃农业 科技 ， 2 0 0 7( 1 I ) ： 4 3 4 5 5 王春素高效 节水 灌溉 措施 及效 益评 价 J 水 利技 术 监督 ， 2 0 1 4 ( 0 4 ) ： 5 0 - 5 2 6 孔德辉北票市发展高效节水灌溉必要性分析 J 水利规划与 设计 ， 2 0 1 4 ( 1 1 ) ： 2 5 2 7 7 郑文燕 甘肃省农业节水现状与发展建议 J 节水灌溉 ，2 0 1 1 ( 0 9 ) ： 9 1 1 8 雷宏刚甘肃省高效节水灌溉 发展现状 、存在 问题及发 展对策 J 甘肃水利水 电技术 ， 2 0 1 5 ， 5 1 ( 0 9 ) ： 4 7 5 0