出水閘井抗滑設(shè)計

　　摘要：本文介紹設(shè)置在河道護(hù)岸處的出水口（如出水閘井）抗滑計算，當(dāng)基底（或齒墻底面連同齒墻間土體）抗滑不滿足時，采用樁體抗滑。
　　關(guān)鍵詞：滑動力 抗滑力 基底 抗滑樁
　　中圖分類號：G255 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791(2010)04(a)-0000-00
　　為滿足管道排水或涵管與溝渠的連通，常在河道護(hù)岸處設(shè)置出水口，如出水閘井、出水八字擋墻等。
　　閘井抗滑穩(wěn)定計算分為沿基底（或齒墻底面連同齒墻間土體）滑動與沿地基內(nèi)深層（圓弧滑動面）滑動。
　　作用在閘井上的水平力：水、土壓力。
　　作用在閘井上的豎向力：結(jié)構(gòu)自重與頂板上活荷載、水浮力及滲透壓力。
　　作用在閘井上的滑動力：水、土壓力。
　　作用在閘井上的抗滑力：豎向力總和產(chǎn)生的摩擦力、齒墻間滑動面上土體的粘結(jié)力。
　　
　　1 沿基底（或齒墻底面連同齒墻間土體）抗滑計算為
　　1.1 出水閘井底板為平面時，滑動面沿底板與地基的接觸面，抗滑穩(wěn)定計算
　　計算式 Ｋ＝f∑Ｗ／∑Ｐ≥1.3
　　式中：Ｋ－抗滑安全系數(shù)；
　　∑Ｗ－所有豎向力的總和；
　　∑Ｐ－所有水平力的總和；
　　f－底板與地基土的摩擦系數(shù)。
　　1.2 出水閘井底板設(shè)齒墻，滑動面沿齒墻底面連同齒墻間土體滑動，抗滑穩(wěn)定計算
　　計算式 Ｋ＝（fｏ∑Ｗ＋ＣＡ）／∑Ｐ≥1.3
　　式中：fｏ－滑動面上土顆粒之間的摩擦系數(shù)，fｏ＝tnaφ，φ為土的內(nèi)摩擦角；
　?。茫X墻間滑動面上土體的粘結(jié)力；
　?。粒X墻間土體的剪切面積。
　　利用樁體抗滑
　　 當(dāng)按上述計算均不能滿足、又不適合于增加配重抗滑時，可采用鋼筋混凝土灌注樁來抵抗滑動力。
　　井壁在水、土壓力作用下，滑動面通過樁身或樁端。
　　計算式 Ｋ＝（ηfｏ∑Ｗ＋∑V）／∑Ｐ≥1.3
　　式中：η－承臺底土承擔(dān)荷載（部分豎向荷載產(chǎn)生的摩擦力）比例系數(shù)；
　　∑V－樁體承擔(dān)的總剪力。
　　
　　2 樁基抗滑因素
　　為減少采用土配重造成的大開挖或受其它限制，用樁抵抗水平滑動力。樁承受水平力的同時也承擔(dān)了大部分豎向荷載，減少了由豎向荷載產(chǎn)生的抗滑摩阻力。
　　樁頂豎向荷載由樁側(cè)阻力與樁端阻力承擔(dān)，由于承臺與樁頂同步沉降，承臺底面的土必然受到壓縮從而產(chǎn)生土反力，也分擔(dān)一部分荷載。豎向承載樁基由承臺—樁群—土體系共同承擔(dān)。承臺底面的土分擔(dān)荷載的比例受承臺底土性、樁端土性、樁間距、樁長、沉樁工藝等密切相關(guān)，并隨下列因素而變化：
　?、牛信_底土壓縮性愈低、強(qiáng)度愈高，承臺土反力愈大；
　?、疲畼堕g距愈大、承臺土反力愈大；
　?、牵信_土反力隨荷載水平提高、樁端貫入變形增大、樁、土界面出現(xiàn)滑移而提高；
　　．樁愈短、樁長與承臺寬度比愈小、樁側(cè)阻力發(fā)揮愈低、承臺土反力相應(yīng)提高。
　　但在軟土地基上承臺土反力隨時間逐漸減小，以致與承臺底脫離。承臺土反力時效因素中，樁端貫入變形是主導(dǎo)因素，由于基樁豎向荷載量值較小，貫入變形小，承臺土反力所占比例較小?？够€(wěn)定計算見上式。
　　
　　3 樁基工作原理
　　根據(jù)樁基與周圍土體的相互作用，可以將樁分為兩大類。第一類樁基直接承受外荷載并主動向土中傳遞應(yīng)力，稱為主動樁；第二類樁基并不直接承受外荷載，只是由于樁周土體在自重或外荷下發(fā)生變形或運(yùn)動而受到影響，稱為被動樁。
　　在主動樁中，樁上的荷載是因，而它相對于土的變形或運(yùn)動是果；在被動樁中，土體運(yùn)動是因，而它在樁身上引起的荷載是果。
　　
　　
　　井壁受水、土壓力作用，其合力通過底板底作用在樁基礎(chǔ)頂部，在該力作用下根據(jù)力的傳力途徑，應(yīng)該屬于主動樁受力范疇，不同于邊坡阻滑樁被動樁范疇。
　　
　　4 水平荷載下樁g04tENo/eDNBya1hCBxo4waG6vk7WXbRu3g6XucACY8=基工作性能
　　閘井抗滑樁受底板底水平剪力作用。水平承載樁的工作性能是樁—土相互作用的問題。不論是完全埋置樁或部分埋置樁都是利用樁周土來承擔(dān)水平荷載，樁在水平荷載作用下發(fā)生變位，促使樁周土發(fā)生相對的變形而產(chǎn)生抗力，這一抗力阻止了樁變形的進(jìn)一步發(fā)展。
　　當(dāng)水平荷載較低時，這一抗力是由靠近地面的土提供的，而且土的變形主要為彈性的，即樁周土處于彈性壓縮階段。隨著水平荷載的增大，樁的變形加大，表層土將逐漸產(chǎn)生塑性屈服，從而使水平荷載向更深處的土層傳遞。當(dāng)變形增大到樁所不能允許的程度或樁周土失去穩(wěn)定時，樁—土體系便趨于破壞。
　　樁土相對剛度的不同，水平荷載作用下的樁土體系有兩類工作狀態(tài)和破壞機(jī)理。一類是剛性短樁，因轉(zhuǎn)動或位移
　　5 樁體破壞形式與強(qiáng)度控制
　?。?）抗滑樁的內(nèi)力不足，如樁身在滑動面處被剪斷或在最大彎矩處被拉斷；（2）抗滑樁埋深不足；（3）樁體斜截面強(qiáng)度；(4) 縱向鋼筋不被剪斷和抗彎折的能力。
　　因建設(shè)在河道邊的出水閘井體量較小，工程上可采用簡化的計算方法。
　　
　　6 工程實例
　　某進(jìn)水閘井，構(gòu)筑物總重為∑G ＝7000kN，水土壓力總合力為∑T＝3000 kN。 基礎(chǔ)底面與地基土摩擦系數(shù)取f＝0.30。η取0.30
　　抗滑驗算應(yīng)滿足：∑G×f)／∑T≥1.30
　　∑G×f＝7000×0.30＝2100 kN
　　∑G×f／∑T＝2100／3000＝0.7＜1.30
　　∴需要配重或采取抗滑樁滿足抗滑要求：
　　(∑ηG×f＋∑R)／∑T≥1.30
　　式中：∑R—樁體總的抗剪承載力。
　　∑G×f＝0.3×7000×0.30＝630 kN
　　∴ （630＋∑R）／3000≥1.30
　　∑R≥1.30×3000－630＝3270 kN
　　取10根φ600混凝土樁，進(jìn)水閘井隔墻布置較多剛度大，近似取每根樁平均分擔(dān)總剪力為：
　　V＝ 3270／10＝327 kN
　　（1）φ600、φ8螺旋箍混凝土樁斜截面抗剪承載力為387 kN＞327 kN滿足要求；
　?。?）混凝土樁縱向鋼筋根據(jù)軸向壓力、彎矩配筋為10φ25，只有縱向鋼筋不被剪斷條件下才能保證混凝土斜截面強(qiáng)度，fv＝120N／mm2，AS1＝491 mm2
　　∴ 120×491×10×10＝5892000 N＝5892 kN＞3270 kN滿足要求；
　　∴ 采用10φ600混凝土抗滑樁抗滑，滿足要求。
　　7 參考文獻(xiàn)
　　[1] 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（下冊），水利電力出版社，1977.10.
　　[2] 樁基工程手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1995.9.
　　[3] 基坑工程手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1997.4.