汉江雅口航运枢纽工程地基处理优化设计.pdf

:./.汉江雅口航运枢纽工程地基处理优化设计收稿日期:作者简介:郭玉涛()男硕士工程师从事水利水电工程施工工作郭玉涛 李润杰 黄智超(.中国葛洲坝集团市政工程有限公司湖北 宜昌.湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司湖南 长沙)摘 要:根据现场地基处理试验效果结合汉江雅口航运枢纽工程地质情况成功引进了建筑业常用的长螺旋钻孔压灌桩地基处理技术取得了良好的工程效果为水利工程地基处理施工提供了新方法促进了长螺旋钻孔压灌桩技术的推广应用同时也为各种工程项目之间相互借鉴施工技术提供了思路关键词:地基处理汉江雅口航运枢纽建筑业长螺旋钻孔压灌桩中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言任何水工建筑物都是建造在一定的地层上的承受建筑物荷载的地层称为地基当天然地基承载力不满足要求或最大沉降量或最大沉降差达不到要求时应采取措施进行地基处理 水利工程常用的几种地基处理方法有:换土(砂)地基、钻孔灌注桩、预制桩、水泥搅拌桩、高压喷射灌浆、水泥粉煤灰碎石桩、强夯法、沉井、排水固结法、加筋法等 但是这些地基处理的方法均有其地层适用的局限性同时功效低、成本高 本文通过汉江雅口航运枢纽工程地基处理优化设计引进了建筑业常用的长螺旋钻孔压灌桩地基处理技术取得了良好的工程效果为水利工程地基处理施工提供了新方法同时也为各种工程项目之间相互借鉴施工技术提供了思路 工程概况.工程简介雅口航运枢纽位于汉江中游丹江口钟祥河段、湖北省宜城市下游.处上距丹江口水利枢纽 下距河口 是汉江干流湖北省内梯级开发中的第 级其上下游分别与崔家营梯级和碾盘山梯级衔接距上游崔家营梯级约.距下游碾盘山梯级约.枢纽正常蓄水位.相应库容.亿 装机容量 航道等级为()级设计通航船舶吨级为 主要建筑物包括船闸、泄水闸、发电厂房、土石坝、坝顶交通桥、鱼道等工程 工程开发任务以航运为主结合发电兼顾灌溉、旅游等综合利用效益.工程地质坝址区河谷开阔呈浅“”形河床宽浅地形上左岸为河漫滩其后缘接基岩岸坡岸坡顶部为级阶地右岸为级阶地宜西堤位于级阶地 基岩为新近系掇刀石组黏土岩夹泥灰岩、粉(细)砂岩、砂砾岩透镜体成岩程度差、属极软类岩石 河床覆盖层为第四系全新统冲积堆积物主要由砂卵砾石组成堆积韵律呈上细下粗的总趋势.建筑物建基面情况)泄水闸闸室及船闸部分导航墙基础坐落于覆盖层的砂砾石层上局部分布有粉细砂夹层工程性质较差根据建筑物结构进行受力计算泄水闸闸室最大地基应力为 最大沉降量.船闸部分导航墙最大地基应力为 最大沉降量.天然地基不能满足水闸设计规范 及船闸水工建筑物设计规范对建筑物正常运用要求需通过地基处理方式以提高地基承载力并减少地基沉降 ():.:第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .)安装场和鱼道工程坐落在回填料上不满足建筑物承载力要求需进行地基处理 建筑物地基处理原设计方案.碎石桩地基处理泄水闸闸室、岸墙和翼墙均采用碎石桩复合地基处理方案碎石桩桩径.间距.桩长约 碎石桩桩顶设置 砂石褥垫层褥垫层上层铺设 厚 混凝土垫层垫层超出基础外缘 级配砂石垫层中砂与碎石体积比为 最大粒径不超过 .桩地基处理)船闸上游导航墙型(主、辅)下游导航墙型(主、辅)下游靠船墩基础处理采用 桩桩基型号采用 ()桩径.桩间距为(.)(.)矩形布置桩桩长为 (下游型)桩顶设置 厚碎石垫层碎石垫层上层铺设 厚 混凝土垫层垫层超出基础外缘 )仿生态鱼道箱涵、挡墙及出口闸室基础处理工程鱼道基础处理均采用 桩桩基型号采用 ()桩径.桩间距.矩形布置桩长 桩顶设置 厚水泥砂褥垫层 水泥砂褥垫层水泥掺量不小于 摊铺后采用平板振捣器振捣密实夯填度大于.压实度不低于.渗透系数不大于/.高压旋喷桩地基处理电站安装场建基面以下采用高压旋喷桩加固旋喷桩直径.桩距、排距均为.呈梅花形布置桩体深入基岩 桩顶设置 厚水泥砂褥垫层 地基处理优化过程.碎石桩现场试验由于泄水闸建基面最先处理完成的因此针对泄水闸原地基处理设计方案现场分别进行了 和 沉管碎石桩试验及 振冲碎石桩试验试验过 程中发 现 在 试 验 场 地 标 高 以 下 约 处 沉管碎石桩及 振冲碎石桩沉管困难 沉管碎石桩采用钢靴后较为艰难穿透夹层到达设计标高试验过程中设备电缆明显发热钢靴受损严重且试验时间较长原设计施工方案在现场无法实施.长螺旋钻孔压灌桩现场试验结合碎石桩现场试验实际情况创造性的提出了长螺旋钻孔压灌桩地基处理方案并补充了长螺旋钻孔压灌桩地基处理现场试验项目长螺旋钻孔压灌桩 桩体材料采用 混凝土 试验发现 根 桩成桩过程顺利孔深.入岩 桩体平均充盈系数.单孔成桩平均耗时 或 桩基检测表明桩身完整性符合类桩要求单桩承载力特征值 大于设计计算数值 复合地基承载力在.倍极限承载力作用下沉降为.小于建筑物沉降允许值 长螺旋钻孔压灌桩试验效果良好施工速度较快能够满足泄水闸地基处理设计所需达到的设计参数同时可以保证工程质量及工期进度要求.地基处理优化设计长螺旋钻孔反馈出来的土层结构与地勘资料基本吻合砂砾石层上部粒径较小下部粒径较大底部局部会有超过 大块粒径考虑到静压 桩遇到下部大粒径砂时砾石很难打入且 桩会有损坏可能出现断桩无法达到设计要求同时结合整个枢纽各建筑物地基处理方案的多样性、地层结构的复杂性及工期节点要求尽可能统一枢纽区建筑物地基处理方案提出对泄水闸、船闸、电站安装场、过鱼设施地基处理方案进行优化设计并且新增了电站尾水渠右挡墙及二期混凝土纵向围堰地基处理方案统一优化设计为长螺旋钻孔压灌桩复合地基处理方案地基处理方案确定后召开了专家咨询会进行评估确认与会专家和各方代表根据现场进行的三种地基处理方案试验和长螺旋钻孔压灌桩单桩承载力及复合地基承载力试验成果同意采用长螺旋钻孔压灌桩复合地基处理方案 长螺旋钻孔压灌桩地基处理方案.优化设计工艺简介长螺旋钻孔压灌桩技术是采用长螺旋钻机钻孔至设计标高然后利用混凝土泵将流态混凝土从钻头底部活门压入孔内边压灌混凝土边提升钻头直至设计桩顶高程以上 处为止的一种新型桩基础施工工艺 .各部位优化方案)泄水闸闸室、岸墙和翼墙桩间距.梅花形布置桩长约.桩底至基岩面桩顶设置水泥砂褥垫层厚度为 垫层超出基础外缘 水泥砂褥垫层水泥掺量不小于 摊铺后采用平板振捣器振捣密实夯填度大于.压实度不低于.渗透系数不大于/)船闸上游导航墙型(主、辅)下游导航墙型(主、辅)下游靠船墩桩间距(.)(.)矩形布置桩底入基岩面桩长约 .桩顶设置 厚碎石褥垫层褥垫层上层铺设 厚 混凝土垫层 级配砂石垫层中砂与碎石体积比为 最大粒径不超过 )电站安装场桩间距.矩形布置桩底深入至细砂岩岩面以下.桩长约.桩顶设置 第 卷 第 期 年 月 郭玉涛等:汉江雅口航运枢纽工程地基处理优化设计厚水泥砂褥垫层)仿生态鱼道箱涵、挡墙及出口闸室工程鱼道均采用桩间距 矩形布置桩底深入至砂砾石以下 桩长约 桩顶设置 厚水泥砂褥垫层)电站尾水渠右挡墙桩间距(.)(.)矩形布置桩底深入至砂砾石层桩长 桩顶设置 厚水泥砂褥垫层)二期混凝土纵向围堰桩间距.矩形布置桩底至基岩面桩长约.桩顶设置 厚水泥砂褥垫层 地基处理优化设计验算.计算方法)单桩承载力特征值:复合地基技术规范要求刚性桩的竖向抗压承载力特征值应通过单桩竖向抗压荷载试验确定此处取现场地基处理试验过程中的试验数据)复合地基承载力特征值:根据规范中复合地基承载力特征值计算公式.结合现场实际情况将公式优化为式():()()其中为桩间土承载力特征值 为复合地基置换率为桩体竖向承载力特征值为桩体横截面积 为桩间土承载力发挥度取值.)复合地基沉降计算:根据规范复合地基的沉降由垫层压缩变形量、加固区复合土层压缩变形量()、加固区下卧土层压缩变形量()组成 其中垫层压缩变形量较小且在施工期已基本完成可忽略不计本项目复合地基桩体长度入岩为刚性桩故加固区下卧土层的压缩变形量也不考虑因此本项目复合地基沉降只为加固区的变形量 即 刚性复合地基沉降参照规范计算公式.公式如式()所示:()其中 为刚性桩桩顶附加荷载 为刚性桩桩长为桩体压缩模量为单桩截面积为刚性桩桩体压缩经验系数.计算成果根据优化后的地基处理方案进行复合地基承载力及沉降计算计算成果如表 所示结果表明优化后的地基处理方案均满足设计要求 长螺旋钻孔压灌桩地基处理优点.工艺优点)施工效率高:新型的长螺旋钻机是多功能工程钻机设备整体成桩的机械化程度高可 回转移动灵活定位迅捷精准动力大操作简单成孔迅速在雅口航运枢纽地基处理过程中单孔最快成桩时间为 左右每台桩基每天可成桩 根 根)承载力高:本工程长螺旋钻孔压灌桩桩底深入基岩面地基处理后属于刚性桩复合地基桩体强度和摩阻力共同发挥作用可以很好的发挥桩体和桩间土的承载效应 雅口一期泄水闸地基处理完成后分别检测了 个点的复合地基承载力按规范要求 倍的设计承载力进行加载在最大承载力的作用下复合地基最大沉降为.小于建筑物允许沉降值 满足建筑物沉降要求表 地基处理优化设计计算成果表项目复合地基承载力特征值/沉降量/泄水闸闸室.泄水闸左岸岸墙.泄水闸左岸翼墙.泄水闸右岸岸墙.泄水闸右岸翼墙.船闸上游段导航墙.船闸下游段导航墙.船闸下游段导航墙.船闸下游段导航墙.船闸下游靠船墩.电站安装场.仿生态鱼道.工程鱼道.尾水右挡墙类挡墙.尾水右挡墙类挡墙.尾水右挡墙类挡墙.二期混凝土纵向围堰上游段.二期混凝土纵向围堰下游段.)环保性能好:长螺旋钻孔压灌桩为干作业成桩通过长螺旋钻具的螺旋刀片切削土体向上运送到孔外排土成桩不需要泥浆护壁所以成桩过程中没有泥浆污染低噪声低振动挤土效应小对邻近的构筑物基础无不良影响)经济效益高:长螺旋钻孔压灌桩成桩速度快承载力高桩径变化范围大适用范围广综合成本与其他水利工程地基处理桩型相比较为低廉有明显的经济效益和社会效益.实际应用效果良好泄水闸、船闸、电站安装场主要通过基岩变位计进行沉降监测过鱼设施、电站尾水右挡墙、二期混凝土纵向围堰主要通过顶部位移监测点进行沉降监测监测发现各部位沉降均匀运行情况良好具体情况如下:)泄水闸各部位基础沉降较为稳定并逐渐趋缓属于均匀沉降但尚未完全收敛最大沉降位于 联中墩沉降量为.(联中墩较其他闸墩尺寸上部负荷更大)一期、二期泄水闸分别于 年 月、年 月开始有水运行截止目前泄水闸各部第 卷 第 期 年 月 山西建筑 位运行情况良好)船闸上闸首和闸室 号底板部位的基础沉降收敛较快基本趋于稳定 年汛期对上闸首的基础沉降收敛过程有小幅扰动 年 月船闸开始试通航截止目前已累计服务船舶 余艘)电站安装场基础沉降基本收敛变形以沉降为主各部位沉降较为均匀 电站安装场于 年 月份开始进行机组拼装及安装工作截止目前所有机组已经全部安装完成运行情况良好)仿生态鱼道、工程鱼道于 年 月全部施工完成由于下游碾盘山水利水电枢纽工程蓄水水位暂未达到设计要求一直未投入使用但是根据位移观测点的观测数据可知其沉降较为均匀无质量问题)电站尾水右挡墙、二期混凝土纵向围堰于 年 月开始有水运行根据位移观测点的观测数据可知其沉降较为均匀无质量问题.推广应用至其他工程长螺旋钻孔压灌桩复合地基在雅口航运枢纽工程中取得的良好效果为其他水利工程的地基处理施工提供了参考目前已知参考雅口工程应用长螺旋钻孔压灌桩复合地基的水利水电工程项目有湖北省碾盘山水利水电枢纽工程、湖南省株洲航电枢纽(空洲水电站)扩机工程而且都取得了不错的应用效果 结语本文通过汉江雅口航运枢纽工程地基处理试验情况引进了建筑业常用的长螺旋钻孔压灌桩地基处理技术取得了良好的工程效果相较于传统的水利工程地基处理方式其具有施工效率高、承载力高、环保性能好、经济效益高等优点 可以预见在不久的将来长螺旋钻孔压灌桩地基处理技术在水利工程中的应用一定会引起多方面的重视参考文献:中华人民共和国水利部.水闸设计规范:.北京:中国水利水电出版社.中华人民共和国水利部.水闸施工规范:.北京:中国水利水电出版社.刘川顺.水利工程地基处理.武汉:武汉大学出版社.孙保虎.汉江雅口航运枢纽工程工程可行性研究报告.武汉:湖北省交通规划设计院.彭映凡.汉江雅口航运枢纽工程地质勘查报告.长沙:湖南省水利水电勘测设计研究总院.中华人民共和国交通部.船闸水工建筑物设计规范:.北京:人民交通出版社.中国建筑科学研究院.建筑桩基技术规范:.北京:中国建筑工业出版社.王曙光高文生李耀良.建筑业 项新技术(版)地基基础和地下空间工程技术综述.建筑技术():.浙江省住房和城乡建设厅.复合地基技术规范:/.北京:中国计划出版社.(.):.:第 卷 第 期 年 月 郭玉涛等:汉江雅口航运枢纽工程地基处理优化设计