双排混凝土灌注桩在企石水闸导流明渠设计中的应用.pdf

摘要 关键词 1工程 概况 双排混凝土灌注桩 在企石水闸导流明渠设计中的应用 林 斌 ( 广 东省东莞市水利勘测设计 院 广 东 东莞 5 2 3 1 0 9 ) 本文结合实际工程案例， 分析了双排混凝土灌注桩作为边坡支护兼作水闸翼墙结构技术，其施 _T - 简便 ， 节 约场地 ， 能有效 防止流沙 、 流土 ， 且 抗渗性好 ， 在建设场地 有限制的边坡支 护工程 中 尤其适用。 双排灌注桩 ； 深基坑支护 ； 入 土深度 ； 扶壁 式挡土墙 中图分类号 ： T V 5 5 1 1 + 1 文献标识码 ： B 东引企石水闸( 节制闸 ) 位 于企石 镇东 引运河上游 ， 系东引运河上第一座节 制闸 ， 距东引运河起点建塘水闸 l 1 3 3 k m。 节制闸 前 5 0 m为东江企 石排水 闸进 水渠起点 ， 节 制闸距排水 闸距离为 3 0 0 m。旧企石节制闸 始建 于 1 9 7 1年 ， 为涵 闸结 构 ， 共 1 1孔 ， 孔 宽约 2 5 m。 随着城市化 的速度加快 ， 旧企石 节制闸的防洪排涝能力已远远不能满 足要 求 。为保证东引运河的安全度汛 和工程 所 在地防洪排涝的功能 ，需对企石水 闸进 行 重建。 旧企石 节制 闸闸顶 即为市政道 路 ， 路 面高程为 1 2 8 m， 两岸 为民用居住楼 、 工 厂 及加油站等 ，基坑底面高 程为一1 9 0 m 基 坑深达 6 4 m。企石节制闸枯水期五年一遇 设计洪 峰流量为 1 2 4 m T s ， 同时考虑石马河 枯水期洪水排 入东引运河 ， 流量为 3 0 mT s ， 故 企 石 节 制 闸枯 水 期 施 工 洪 水 流 量 为 4 2 4 mT s 。而运 河河宽 5 0 m6 0 m，闸室宽 2 8 4 m， 布置闸室 和导 流渠后 ， 场地 空 间所 剩不多 ，故本工程的障碍在 于施工 导流方 式是否符合实际 ， 经济上是否可行。 2施工导流设计方案 比选 由于本工程左岸为 民用居住楼 ，右岸 为工厂厂 房及加 油站 ，场地 地形复杂且狭 窄 ， 布置水 闸后无放坡 空 间 ， 限制 颇多 ， 故 施 工导 流在本T程中起着关键作用 ，它直 接影响着 工程建设 的可行性 ，工程建设工 期的长短及工程造价。 ( 1 ) 全段围堰法导流。根据 现场环境 条 件 ，若在水 闸上下游各做 一道横 向土石 围 堰 ， 绕开基坑后将没有 位置 布置导流 明渠 ， 故施工期间上游来水 只能通过 企石排水 闸 排人东江 。由于枯水期上游来水 基本为污 水 。 对东 江水质 污染大 ， 不符 实际 ， 故全段 围堰法导流在本工程 中不适合 。 ( 2 )分段 围堰 法导 流 。现 有河 床宽 5 0 m6 0 m， 闸室宽 2 8 4 m， 故只能采取分段 围堰 ， 才有条件布置纵 向围堰束窄 河床 ， 有 足够的位置做基坑 ， 分期导流及分 期施工 。 第一期 采用钢板桩和双排桩对基坑进 行支 护， 同时和旧涵闸右岸三孔构成导流 明渠。 第一期 纵向围堰可保证闸室 、上下游 连接 段 的施工 。当闸室 、上下 游连接段施工 完 ( 1 ) 本 T程混凝土施 工选用新 型 T M l 型防冻剂。添加方 式按照使 用说明书指定 的温度 区间并结合试验 室配比进行 。 ( 2 ) 混 凝 土施 工时 要 求 尽 量 在 气 温 较高 的时段 浇筑 。浇 筑前 需 清除 模板 上 的冰雪 、 冰块 和 杂物 等 ， 浇筑 完后 立 即进 行 草毡 防护 ， 不得 进 行洒水 养 护 ， 并推 迟 拆 模时 间 。按照 规范 要求 做好 冬 季施 工 混凝 土试 块管 理工 作 ，试块 组 数应 比常 温多两组 ，多余 的两组试块应在施工部 位 同条件 下养 护 。混凝 土在 浇 筑 时应 及 时运 至浇筑 地点 ，本 工 程用 小 型滚 筒拌 和机 械 ， 要求 随拌 随用 ， 并延 长混 凝 土拌 和时 间。运 输和 浇筑 时 ，应 及时 进行 振 捣 ， 防止 混 凝 土冻 结 、 离析 、 水 泥 和砂 浆 损失 、 坍落度损失等情况出现。另外 ， 若 风 力大 于 4级 ， 要 求 在迎 风面采 取 防风 、 防冻措 施 ， 本次 工程 中先进 行 围墙施 工 ， 不 仅能 起到 施工 安全 防 护作 用 ，也能 一 定程 度起 到防风 功效 。 2 2 3砖砌施工 砖砌施工砂浆采用防冻砂浆 ，防冻剂 掺量应根据当日气温结合防冻剂使用说 明 ， 并根据实验室 的配 比实施 。 冬季砌筑施 工时不得采用混合砂浆施： 【，必须采用水 泥砂浆， 并且设计要求使用水泥砂浆的部 位 应比常温时提高一个等级 。砂浆在 搅拌 时 ， 搅 拌时间延长 ， 本工程粘土采用小 型滚 筒砂浆搅拌 机械 ， 要 求砂浆随伴随用 ， 不得 图省事而一 次拌 和出大量砂浆备用 。烧结 砖 在冬季施T 不得水浸 ， 砖 上的冰 、 霜 、 雪 杂物等要清除 ， 操作上 ， 应按照“ 三一” 砌筑 法施工 ， 灰缝 控制在 l O m m 以内 ， 每 日砌筑 应在气温较高时段施工 ，夜 间应根据气温 暂停施工 。砌筑后需对砌筑表 面进行保护 和保温性覆 盖， 砌体表 面不得残 留砂浆。本 工程采用 草帘被进行保温 ，重物 覆盖外加 尼龙绳进行 固定 。 2 2 4钢筋施工 钢筋 现场焊 接时用彩条布设置简 易防 风挡 雨雪 工棚 ，防止焊接后急剧 降温造 成 焊接 部位应 力集中。接头在焊接之前须 清 除冰雪 、 污垢等杂物。应使焊缝和热影 响区 慢慢冷却 。焊后 未冷却 的接头避免碰 到冰 雪 ， 当环境 温度低于 一 2 O q C时 ， 不得进行 焊 接 。 钢筋在负温下进行冷拉时 ， 其环境温 度 不低 于 一 2 0 。 2 3经济措施 为保证工程冬季顺利施T，建设单位 采取严 明的奖罚措施 ，设 立冬季施 工专项 资金库 ，要求 各参 建单位确保冬季 工施 丁 的专项资金专款专用 ， 如有违约情况 ， 将按 照合 同条款进行处理。同时 ， 要求增加对一 线建筑工人 的冬季 补贴 ，为建筑工人配备 棉衣、手套等劳保用品，及时支付工人工 资 ， 安排好建筑工人 的生活 ， 以提高工人 的 积极性 ， 保证工程质 量。 3结语 目前， 塬后集中供水工程已经顺利完 成了冬季施工。从现场实物检查和实验抽 检情况来 看 ， 工 程施工 质量达 到 了规 范和 技术 的要求 ， 有 效控制 了施 工质量 。从该 工程冬 季施_T过 程和结 果来看 ， 工 程没有 出现 任何 质量 问题 ，其冬 季施 工 措施 规 范 、 合理 且落 实到 位 ， 对施 工 现场 的质 量 控制确 实有效 。陕函 水利 ( 责任编辑 ： 黄灵芝 ) o _- L 、 r ) o 表 1 土层物理力学参数表 土 层 层底标高( m) 层厚 ( m) 重度 ( k N m3 ) 内摩擦 角(。 ) 粘 聚力 ( k P a ) 杂填土 2 31 l 5 8 9 2 0 2 5 O 粉质粘土 一3 1 9 5 5 2 0 2 0 2 3 淤泥质粘土 一8 6 9 5 5 l 7 5 6 7 粘土 一I 1 6 9 3 l 9 1 l 7 l 9 强风化泥质粉砂岩 一1 8 6 9 7 = =二二 = = 兰 13 A P 0 P o b 一 C 0 5圣 P P b 隧 D 图 1双排桩土压力简图1 ： 1 O 0 工 。 达 到设计要 求后 ， 就可利 用其作 导流 ， 再 进行第二期 围堰 和水 闸的右岸翼墙施 原 纵向围堰的双排灌注桩 可作 为翼墙的下部结 构 ， 在 其上部布置扶臂式挡 土墙 ， 以达到双排 灌 注桩先作临时纵 向围堰 ，后 作挡土墙下部 结 构的综 合作用 ，减少 了挡 土墙 基础处理 的 投资， 降低工程造价的目的。 根据工程实际情况 ， 经 过方案 比较 ， 拟 采 用 双排灌 注桩支护基坑 ， 桩径为 1 0 0 0 mm0前 排 桩分 主副桩 ， 一 主一 副 ， 主桩 配筋 ， 副桩 为 素桩 ， 主副桩 咬接 5 0 mm， 桩距 9 5 0 mm； 后排桩 间距 1 9 0 0 m m，排距 4 m，前后 排呈梅花形 布 置。 桩顶通过 1 0 0 0 mm高的厚板将二排桩连结 成一个整体 。 3双排桩设计 作为现在新 型的支 护结 构 ，因为 它是 由 二排平行 的钢筋 混凝 土桩和桩顶 的圈粱形成 的空 间门架 式支护构成 ， 在承受水平荷 载时 ， 具有位移小 ， 弯矩小的优点 ， 即使在不 用锚 杆 情况下 ， 双排桩也可 以解决较大位移 的问题 。 3 1 土压力计算 基坑开挖深度为 6 4 m。基坑地下水 主要 为孔 隙潜水类 型 ， 主要贮存于残积土层 中 ， 地 下水位标高约为 一2 0 m。 土层物理力学参数见 表 1 。 如 图 l所示 ， 开挖前 ， 前排 桩 B D与后排 桩 A E在桩两侧 的土压力为静止土压力 P 0 。 基 坑开挖后 ， 前排桩土压力合力为 P a f 及 P p f ， 后 排桩土压力合力为 P a b与 P p b， 后排桩 土压力 合力为 P a b与 P p b 。 本工程中双排桩为梅花形 排列 ， 考 虑桩 间土对土压力的传递作用 ， 一 般 情况下前排桩与后排桩土压力是不同的， 所以 需要对土压力进行修正 ： 主动土压力 为： P a t , =( 1 一 d ) Pa f = ( 1 + t x) 一 c 专， 一Z 厂 式 中， P a 自然被动土压力 ； P a b 作用于后排桩的主动土压力 ； P a f 一作用 于前排桩 的主动土压力 ； d 比例系数 ； I o 一双排桩极 限排距 ， L o =Ht a n ( 4 5 。 一 0 5中 ) 3 2 嵌 固深度的确定 土压力修正后 ，假定开挖 面以下一定位 置处考虑成固定端 ，然后用结 构力 学知识分 析求解刚架内力。开挖面以下将弯矩最大点 考虑成固定端进行计算比较合理。修正后的 土压力结果以及 固定端位置等 条件 ，按 门式 刚架进行计算。计算简 图详见图 1 。 应用等值梁法计算桩 的嵌 固深度 ，首先 确定反弯点( 正负弯矩等于零) 的位置。实际 中地 面下 土压力等于零的位置与弯矩 为零 的 位置很接近 ， 因此计算时用土压力为零的点代 替反 弯点 的位置。桩的嵌固深度就是经验 系 数和桩 的最小人 土深度的乘积 ，经验系数取 1 2 。 计算得 到桩 的嵌 固深度为 7 5 m。 考虑到此 桩在导流任务完成后是作 为扶 壁式挡土墙 的 底板，而按等值梁法算得的桩的嵌固深度为 7 5 m， 是落于粘土层中， 为了满足扶壁式挡土 墙的承载力要求， 桩最好落于强风化泥质砂岩 层上 ， 故最终取桩的人土深度为 1 0 5 m。 3 3稳定性验算 稳定性验算包括： 倾覆稳定验算、 抗滑动 稳定验算、 墙身截面强度验算。 利用重力式挡土墙的方法进行支护结构 稳定性验算 ， 即将前后排桩和桩间土结合一体 计算 。应用加权平均 ，桩土平均重度 = 25 k N m 。 采用理正深基坑 支护设计 软件进行稳定 验算。抗倾覆安全系数 2 0 9 ， 抗滑动安全系数 3 5 9 ， 最 大剪应 力 2 2 3 2 6 k P a ， 水泥土承受的最 大剪应力 9 8 0 7 9 k P a 。支护结构稳定性 满足工 程设计要求 。 3 4双排桩结构计算 待求 解刚架为三次超静定 结构 ，应用结 构力学知识 ，计算其 内力 。求 得前排桩剪力 Q c=1 7 5 2 6 k N， 基 坑 外 侧 最 大 弯 矩 Mc = 1 7 5 9 7 k N m， 基 坑 内 侧 最 大 弯 矩 Me= 2 4 2 7 2 k N m； 后排 桩翦 力 Q a =6 3 2 2 k N， 基坑 外侧最大弯 矩 Mc =1 3 3 9 2 k N 1 11 ， 基坑 内侧最 大弯矩 M c -6 7 6 0 k N m。 由计算结果可以看出 ， 双排桩支护结构 的 嵌 固深度满 足基坑 稳定性要求 ，故在本工程 中 ， 采 用双排 直径 1 0 0 0 ra m， 间距 1 9 0 0 m m， 排 距 4 0 0 0 ram， 梅花形排列的混凝土灌注桩支护 基坑。 4结论 按 双排混凝 土灌 注桩支 护方案 施工 ， 不 但避 免高边 坡开挖危及基坑安全 ，而且 由于 前排桩为 主副桩 咬合有 自止水功能 ，避免 了 基坑渗水 、 流沙等问题， 且实现了双排灌注桩 在施工前 期是导流渠侧墙 、 基坑支护桩 ， 施 工 后期是水 闸翼墙 的底板 ， 一物多用 ， 取得 了极 好的经济效益。 工程从开始施工至建成， 已有 两年多， 经观测， 其沉降及水平位移量均在设 计范 围内 ， 一 切正常 ， 因此上述基坑支护方 法 是切实可行的， 得到了建设单位和有关部门的 肯定。陕西水利 ( 责任编辑： 黄灵芝 ) 4结语 水库工程的老化和病害虽不可避免， 但 病害如此严重 ，已成为 固原 市水利 工程管理 中的突 出问题 。水库 的除险加固在客观上要 求我们按 自然规律和经 济规 律办事 ，尊重科 学， 注重实效； 在主观上要求我们更新观念， 发挥人的主观能动性和创造性 。因此 ， 为确保 水利工程的安全 运行 ， 需要不断地在病 害整治 中总结经验 ， 吸取教训 ， 为水 利工程整治加固 设计做有益借鉴。陕西水利 ( 责任编辑： 黄灵芝)