浅谈软土地基水闸桩基设计与变形分析

浅谈软土地基水闸桩基设计与变形分析

于德爽

浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司   浙江杭州  310000

摘要：软土地基水闸桩基设计质量影响着工程的结构性能，为了使桩基设计的效果加强，应对其设计要点进行明确。通过对软土地基的阐述，明确软土地水闸桩基设计方案；根据水闸沉降监测资料分析桩基变形情况，使桩基设计符合工程建设要求，保证软土地基水闸桩基设计的可靠性，为工程建设建立良好的基础，进而提升工程的质量。

关键词：软土地基；水闸；桩基设计；变形

引言

软土地基中的土质结构成分不同，含水量大，承载能力较低，土层结构容易出现变形问题。在水利工程建设中软土地基会带来较多的影响，为保证结构的稳定性，基础处理费用占工程投资比重较大。软土地基水闸多采用桩基处理解决地基承载力和不均匀沉降问题，工程设计时应充分考虑工程建设需求及软土地基的特点，使设计达到实际的要求，并且对变形问题进行有效监测及控制。因此，有必要对软土地基桩基设计进行重点研究。

1软土地基概述

1.1软土地基的含义

软土地基指的是基础土质为淤泥及淤泥性质的软土，其中的含水量比较多，孔隙率也比较高，凝固程度存在着不足。软基一般稳固性比较弱，在进行工程施工中当没有改良软基的性质时，容易引起工程质量事故，甚至带来安全问题。因此，软基工程对设计有着较高的要求，容易对工程质量产生影响。

1.2软土地基的特点

软基有着较多的不良影响，其具有以下特点，第一是触变性强，软基自身在无外界压力的条件下可保持固态，在压力的影响下软基呈现出流动的特点。第二是压缩性大，当软基承受外作用力压缩系数会升高，压缩的值也会变大。第三是透水性弱，软基自身的透水性比较差，在工程建设中应进行软基排水处理，这期间需要花费较多的时间及成本。第四是均匀性差，在软基中有着较多的细微颗粒及高分散颗粒，颗粒与软土的密度存在着不同。第五是具有不均匀性，软土层中因夹粉细砂透镜体，在平面及垂直方向上呈明显差异性，易产生建筑物地基的不均匀沉降。

2软土地基水闸桩基设计方案

2.1水闸桩基结构设计

软土地基水闸桩基设计中首先应对桩基的型式进行选择，使得桩基础的结构性能加强，保证其在工程中发挥出有效的承载作用。具体设计时应结合水闸结构承载要求进行分析，一般优先选择钻孔灌注桩来作为软土地基水闸桩基的主要型式，采用该型式的桩基结构可避免挤土效应带来的影响。然后应根据单桩结构承载力计算，结合上部结构荷载计算成果进行分析制定合理的桩基设计方案，以此为基础来对水闸基桩布置进行优化。

以某中型水闸为例，图1为水闸剖面图，其顺水流方向长22m，闸底板厚1.7m，闸墩高8.1m，闸室上游侧布置有宽8.34m交通桥，下游侧布置有三层建筑结构，其中一层检修层高9.7m，二层启闭机室高4.5m，三层办公用房高4.0m；水闸两孔为一联，为整体式底板结构，单孔净宽12m，中墩厚1.7m，缝墩厚1.2m。根据水闸布置结构型式可以看出，顺水流方向，水闸上部荷载分布不均匀，主要荷载为下游侧上部建筑结构；垂直水流方向，水闸上部荷载通过中墩和缝墩传递至闸底板，最后全部由下部桩基承担。由水闸荷载分析可知，水闸桩基承载下游侧比上游侧大，闸墩附近比闸孔中部大。

2.2水闸桩基布置优化设计

    图1 某中型水闸剖面图(单位:cm)          图2 水闸桩基平面布置图(单位:cm)

结合水闸底板的有效面积进行分析，可为群桩基础基桩根数设计提供参考依据，使设计达到实际要求。要求基桩根数应满足公式：

N > (Fk + Gk) / Ra

其中，N表示基桩根数；Fk表示荷载效应标准组合下，作用于承台顶面得竖向力；Gk表示桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定得地下水位以下部分应扣除水的浮力；Ra表示单桩竖向承载力特征值。

本工程水闸桩基选用直径80cm的灌注桩，经计算，两孔水闸共需72根桩，其中顺水流方向布置8排，垂直水流方向布置9排。根据水闸荷载分布情况，对水闸下部群桩布置进行优化。顺水流方向，考虑下游侧上部建筑结构荷载比上游侧交通桥荷载大，故上游侧交通桥下部桩基排距取4.0m，下游侧建筑结构下部桩基排距取2.6m。垂直水流方向，考虑闸墩附近荷载比闸孔中部荷载大，且中墩荷载比缝墩荷载大，因此中墩下部布置5排桩，排距2.6m；缝墩下部布置2排桩，排距3.0m；闸孔中部桩基排距为4.65m。优化后水闸桩基平面布置见图2。

3水闸桩基设计变形分析

在水闸工程桩基设计中应考虑到结构的性能情况，对变形问题进行明确，以保证设计的质量。现针对本文所述中型水闸，根据工程完成后沉降监测资料对水闸桩基变形情况进行分析，为设计的效果判断提供依据。考虑水闸为大底板刚性整体式结构，不均匀变形一般发生在顺水流方向，所以在顺水流方向按排对桩基进行编号，分别为PZ1、PZ2、PZ3、PZ4、PZ5、PZ6、PZ7、PZ8。通过闸墩顶部预设的沉降监测标点，对8排桩基的变形量进行测定，并对其进行计算分析。根据水闸实测沉降数据，闸室上游侧沉降值为4.9cm，闸室下游侧沉降值为5.2cm，闸室各部位沉降量均小于15cm；相邻部位的沉降差很小，少于5cm，满足规范要求。从闸室上、下游沉降差可以看出，水闸桩基布置是合理的。

结语

水闸工程建设中软土地基情况比较常见，在桩基设计时要想保证结构的稳定性，应对桩基设计进行分析，明确设计的要点。在设计过程中需确定基桩承载力、桩基结构设计、桩基布置的要求，通过对水闸沉降监测资料分析，反映桩基变形情况，以验证桩基布置设计效果。水闸桩基设计优化，可使工程建设的顺利进行得到保障，避免工程在软土地基中受到不良影响，防止沉降问题对水闸结构造成永久性伤害，进而为水利工程建设质量提供有效的支持。

参考文献

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