抗拔樁在湛江沿海地區(qū)1萬m3水池工程中的應(yīng)用

劉影

中國石化華東管道設(shè)計(jì)研究院，江蘇徐州221008

抗拔樁在湛江沿海地區(qū)1萬m3水池工程中的應(yīng)用

劉影

中國石化華東管道設(shè)計(jì)研究院，江蘇徐州221008

如何有效防止水池池體的不均勻沉降，提高抗?jié)B性能，目前仍存在不少亟待解決的問題。文章根據(jù)以往水池基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮池體的不均勻沉降、抗?jié)B問題，通過水池設(shè)計(jì)方案優(yōu)選，水池抗浮、沉降、樁體裂縫控制分析等，從試樁施工、工程樁施工、投用效果等方面闡述了抗拔樁在湛江沿海地區(qū)1萬m3大型水池基礎(chǔ)工程中的成功應(yīng)用。

水池設(shè)計(jì)；抗拔樁；差異沉降；變形縫

0 引言

對(duì)于水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前在水池底板與基礎(chǔ)沉降的控制方面，研究還不充分，仍然存在不少亟待解決的問題。對(duì)于中、小型水池而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行荷載組合計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、抗裂度計(jì)算、裂縫寬度演算等，以滿足防腐、抗?jié)B、抗壓、防水等設(shè)計(jì)要求，從而避免水池滲漏引發(fā)地下水二次污染，延長(zhǎng)水池使用壽命[1-7]。但對(duì)于大型水池而言，既要面對(duì)上述問題還要面對(duì)控制沉降的問題。以往水池基礎(chǔ)工程多采用毛石配重的處理方式，但對(duì)于大型水池而言，其底板與基礎(chǔ)的沉降控制還不僅局限于此。如何有效防止池體的不均勻沉降，提高抗?jié)B性能，下面以在湛江沿海地區(qū)，利用抗拔樁實(shí)現(xiàn)大型水池（埋地式敞口水池）沉降控制的工程實(shí)例，來說明這一問題的解決方法。

1 工程概況

石化企業(yè)中的事故、消防、初期雨水水池在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中的作用日趨重要。某工程的大型水池（約1萬m3）建于湛江海邊，見圖1。

圖1 水池平面布置示意/m

2 地質(zhì)情況

擬建場(chǎng)地原為海域，后經(jīng)人工吹填形成圍海陸地。場(chǎng)地土層分布見表1和表2。場(chǎng)地淺部分布有1層吹填土、2-1層淤泥及2-2層中砂，屬軟弱土單元層，該單元層厚度大，分布范圍廣，不能滿足擬建構(gòu)筑物的承載力及變形要求。1層為吹填中粗砂，2-2層中砂為液化土層，地震液化等級(jí)為中等。地下水位埋深0.70～1.80 m。

場(chǎng)地地基土（2.5 m深度范圍內(nèi)）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性；地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，在干濕交替條件下對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具強(qiáng)腐蝕性，在長(zhǎng)期浸水條件下具有微～弱腐蝕性。

表1 土的物理性質(zhì)指標(biāo)（平均值）

表2 土的壓縮性指標(biāo)（平均值）

3 設(shè)計(jì)方案的確定

3.1 備選方案

根據(jù)以往工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，兼顧降低施工難度，包括盡量減少水池施工開挖深度，考慮施工工況更替帶來的場(chǎng)地地下水環(huán)境變化（地下水位按地表考慮），綜合抗浮、抗壓和不均勻沉降三個(gè)方面因素，確定了三個(gè)備選設(shè)計(jì)方案，每個(gè)方案的池底板面積均為3 291m2，凈容積均為14807m3，底板厚均為0.6m。

3.1.1 全配重方案

這是一種較為普通亦即傳統(tǒng)的做法。池壁凈深為6.3 m（含1.8 m厚C15毛石混凝土配重層），由于施工時(shí)采取了排水措施，所以該種情況下不存在浮力問題，那么此時(shí)的地基承載力不能完全滿足工程需要，就必須對(duì)基底下方的地基土進(jìn)行換填處理，處理深度盡量控制在0.5～3 m，見圖2。

圖2 全配重方案設(shè)計(jì)剖面

3.1.2 抗拔樁加配重方案

池壁凈深為4.5 m，高出設(shè)計(jì)地面0.5 m，采用抗拔樁（預(yù)制方樁）加配重的設(shè)計(jì)方案，開挖深度5.4 m，C15素混凝土配重層厚0.7 m，樁截面尺寸為0.45 m×0.45 m，樁長(zhǎng)25 m，樁間距3.76 m，樁數(shù)為174根，見圖3。

圖3 抗拔樁加配重方案設(shè)計(jì)剖面

3.1.3 全抗拔樁方案

池壁凈深為4.5 m，高出設(shè)計(jì)地面0.5 m，采用抗拔樁（預(yù)制方樁）的設(shè)計(jì)方案，開挖深度4.7 m，樁截面尺寸為0.45 m×0.45 m，樁長(zhǎng)25 m，樁間距為2.62 m，樁數(shù)為480根，見圖4。

《化妝師的就業(yè)指導(dǎo)》 熊琴指出隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，大眾對(duì)美的追求日益強(qiáng)烈，同時(shí)受到近幾年的日韓歐美各種流行文化的影響，使更多愛美人士走在了追求美的道路上，隨著審美需求的不斷加大，大眾對(duì)自己的形象要求也越來越高，于是也使得一些化妝培訓(xùn)機(jī)構(gòu)如雨后春筍一般應(yīng)運(yùn)而生，在全國遍地開放，廣招生源，這也出現(xiàn)了一個(gè)問題短期的化妝培訓(xùn)機(jī)構(gòu)沒有辦法對(duì)化妝師進(jìn)行系統(tǒng)高素質(zhì)的培訓(xùn)練習(xí)，造成了化妝師專業(yè)素質(zhì)的層次不齊。

圖4 全抗拔樁方案設(shè)計(jì)剖面

3.2 方案比選（見表3）

通過綜合比選，確定采用設(shè)計(jì)方案三。

4 水池設(shè)計(jì)

在確定設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，依據(jù)相關(guān)規(guī)范和勘察報(bào)告進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，針對(duì)擬定的方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化[8-10]。

4.1 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

本池埋地式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)見圖5，池壁凈高為4.1 m、局部?jī)舾?.0 m，池底板采用筏板基礎(chǔ)，板厚600 mm，池體抗?jié)B混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，抗?jié)B等級(jí)P8，為減少混凝土的收縮裂縫和提高抗?jié)B性，混凝土宜摻低堿量膨脹劑，混凝土限制膨脹率為0.025%～0.03%?？紤]池內(nèi)水位HW=3.4 m，側(cè)壁外覆土厚度4.1 m，地面堆載按1 m高土柱計(jì)取10 kN/m2，基礎(chǔ)持力層為中砂層，底板面積A為2 788 m2，總重力∑G為253 329 kN，地基承載力fak=109 kPa<110 kPa，施工時(shí)地基承載力滿足要求。

根據(jù)GB 5007-2001《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式（5.3.5）計(jì)算沉降，結(jié)果顯示：在未考慮打樁，只考慮自重的情況下，基底下方25 m深度以內(nèi)池體沉降量在26～30 cm之間，因此必須采用抗拔樁解決池底板的不均勻沉降問題。

4.2 池體抗浮驗(yàn)算

根據(jù)GB 5007-2001《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式（5.4.3）驗(yàn)算抗浮情況，算得水浮力為196 046 kN，抗浮力為119 942 kN，則抗浮系數(shù)為0.4<1.05，池體抗浮不滿足要求，需進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。

表3 設(shè)計(jì)方案技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較

圖5 水池鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮抗拔樁的設(shè)計(jì)計(jì)算。筏板面積為3 291 m2，浮力為68 kN/m2，則筏板所受總浮力為225 210 kN。

計(jì)算單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中的公式（5.4.6-1）計(jì)算單樁極限抗拔承載力，樁截面尺寸為0.45 m×0.45 m，計(jì)算得單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為480 kN。

驗(yàn)算群樁基礎(chǔ)抗拔承載力。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中的公式（5.4.5-1）和（5.4.5-2）驗(yàn)算樁基承受的抗拔力，樁間距由2.62m調(diào)至2.3～3.2m，置換率約為0.02，實(shí)際布置總樁數(shù)為386根，見圖6。

圖6 水池試樁布置示意

驗(yàn)算抗拔樁抗壓承載力。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中的公式（5.3.5）驗(yàn)算群樁總抗力為∑R= 130 074（kN）＞119 942（kN）。沉降量按控制在3～5 cm之間進(jìn)行驗(yàn)算，滿足設(shè)計(jì)要求。

樁體裂縫控制[11]。根據(jù)GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式（7.1.2-1）驗(yàn)算裂縫強(qiáng)度，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。樁所能承受軸心受拉荷載<樁身強(qiáng)度<基樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值<地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，即在正常使用的極限狀態(tài)下，滿足抗浮要求（基樁上拔荷載不得大于按裂縫控制時(shí)樁身所能承受荷載；在承載極限狀態(tài)下，基樁上拔荷載不得大于樁身強(qiáng)度和地基土所能提供的基樁抗拔極限承載力）。

4.4 池壁與池底板變形縫設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)，考慮將池底板分成9塊分別澆筑，最后以變形縫粘接形成整體，見圖7、圖8。

圖7 池外壁變形縫構(gòu)造

圖8 池底板變形縫構(gòu)造

5 試樁工程

5.1 試樁依據(jù)

GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、J GJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》、GB 50010 -2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50046-2008《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》、J GJ 106-2003《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》、《雨水池巖土工程勘察報(bào)告》。

5.2 試樁方案

設(shè)計(jì)地面對(duì)應(yīng)的絕對(duì)標(biāo)高為6.500 m，樁頂設(shè)計(jì)絕對(duì)標(biāo)高為2.600 m，試樁數(shù)量為40根?？紤]到混凝土的裂縫因素，確定單樁抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值為480 kN。試樁樁型為J ZHb-245-157BG的預(yù)制鋼筋混凝土方樁。打樁采用雙控，以樁端絕對(duì)標(biāo)高控制為主，貫入度控制為輔。試樁施工時(shí)，由于試樁樁長(zhǎng)為22 m（上節(jié)15 m、下節(jié)7 m），單樁頂面在設(shè)計(jì)地面以下埋深3.9～4.9 m的深度處，無法進(jìn)行檢測(cè)，因此將試樁樁長(zhǎng)調(diào)整至26 m（上節(jié)15 m、下節(jié)11 m）以便于檢測(cè)。試樁施工完畢且單樁經(jīng)歷恢復(fù)期后方可進(jìn)行試驗(yàn)。

5.3 試樁結(jié)論

（1）單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)。按照設(shè)計(jì)要求，在試樁區(qū)域進(jìn)行10根單樁豎向抗拔靜載荷試驗(yàn)。根據(jù)上拔量δ隨荷載U變化的特征確定單樁豎向抗拔靜載荷：即在陡變型U-δ曲線上，取陡升起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值；或根據(jù)上拔量δ隨時(shí)間t變化的特征確定單樁豎向抗拔靜載荷：即取δ-lg t曲線斜率明顯變陡或曲線尾部明顯彎曲的前一級(jí)荷載值。當(dāng)在某級(jí)荷載下抗拔鋼筋斷裂時(shí)，取其前一級(jí)荷載值。單樁豎向抗拔承載力特征值應(yīng)按單樁豎向抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的一半取值。根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果，繪制U～δ曲線，見圖9。

圖9 靜載試驗(yàn)曲線

（2）低應(yīng)變檢測(cè)。試樁進(jìn)行100%的低應(yīng)變檢測(cè)，低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果顯示，40根試樁均為Ⅰ類樁。

（3）探傷檢測(cè)。焊接方法為手工焊，檢測(cè)比例為100%，掃查方式為鋸齒形，檢測(cè)靈敏度為EL（評(píng)定線靈敏度）。該工程共計(jì)采用超聲波檢測(cè)焊口40道，最終合格率為100%。

6 試樁的其他注意事項(xiàng)

（1）工程樁施工完畢后也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目的檢測(cè)。

（2）基坑開挖時(shí)應(yīng)人工降水位，保證基坑無積水，待池體混凝土施工和池體周圍回填完畢后，方可停止降水位。施工時(shí)應(yīng)保護(hù)底板混凝土，防止砸傷保護(hù)層。先成樁后開挖基坑，合理安排基坑挖土順序和控制分層開挖的深度，距基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高還差300 mm距離時(shí)采用人工清槽以防止土體位移對(duì)樁擾動(dòng)的影響。

7 結(jié)束語

目前該水池已投用1年多，根據(jù)用戶使用報(bào)告，水池運(yùn)行情況穩(wěn)定，說明設(shè)計(jì)方案可行且施工效果良好。

[1]趙永福，孫海濤，唐堅(jiān)梅，等.淺議鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2009（2）：55-57.

[2]畢雅明.鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)中的裂縫控制[J].結(jié)構(gòu)工程師，2009，25（3）：17-23.

[3]孫要東，李曉光.各類型水池設(shè)計(jì)的要點(diǎn)研析[J].甘肅科技，2009，25（13）：154-155.

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[5]俞少林.水池設(shè)計(jì)質(zhì)量問題分析及處理[J].化工設(shè)計(jì)，2007（4）：15.

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[7]楊海俊.水池設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的一些問題[J].山西科技，2006（5）：132-133.

[8]J GJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[9]GB 50069-2002，給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[10]CECS 138-2002，給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

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Application of Uplift Piles in 10 000 m3Water Pool Project in Coastal Area ofZhanjiang

LiuYing
East-China Pipeline Design&ResearchInstitute，Xuzhou221008，China

How to prevent uneven settlement effectively and improve anti-permeability performance of water pool body is still the problem to be solved.Based on the previous design and construction experience in water pool foundation engineering and the comprehensive consideration on the uneven settlement and anti-permeability of the water pool body，this paper discusses the successful application of uplift piles in 10 000 m3 water pool foundationincoastalarea of Zhanjiang，whichincludes design scheme optimization，analyses on anti-floating and anti-settlement of the water pool and pile crack control，also the constructions of test piles and engineering piles and the applicationeffect of the uplift piles.

waterpooldesign；uplift pile；differentialsettlement；deformationseam

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.03.011

劉影（1980-），女，安徽肆縣人，工程師，2008年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事管道儲(chǔ)運(yùn)建設(shè)工程土建配套專業(yè)設(shè)計(jì)工作。

2014-09-14