淺談粉細(xì)砂地層高架門(mén)機(jī)基礎(chǔ)布置

柳洪丹 王 靜

（中國(guó)水利水電第三工程局 陜西 西安 710016）

1 工程概況

2 門(mén)機(jī)布置形式簡(jiǎn)述

黃河海勃灣水利樞紐工程是一座防洪、發(fā)電等綜合利用工程。本工程為Ⅱ等工程，工程規(guī)模為大（2）型，樞紐主要建筑物由河床電站、泄洪閘、土石壩等建筑物組成。水庫(kù)正常蓄水位1076.0m，總庫(kù)容4.87億m3，電站總裝機(jī)容量90MW。樞紐主要建筑物土石壩、泄洪閘、電站等為2級(jí)建筑物，導(dǎo)墻及壩前右岸第1段庫(kù)岸防護(hù)邊坡等次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。樞紐布置從右到左依次為：右岸連接壩段、電站壩段（包括主安裝場(chǎng)、4個(gè)機(jī)組段和電站隔墩壩）、泄洪閘壩段（共16孔）、泄洪閘與土石壩連接段以及土石壩段。電站壩段裝有四臺(tái)貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。

為完成本標(biāo)段廠房混凝土澆筑及部分金屬結(jié)構(gòu)安裝，混凝土垂直運(yùn)輸，在上游側(cè)布置兩臺(tái)MQ600B型高架門(mén)機(jī)、下游側(cè)布置MQ600和MQ600B型高架門(mén)機(jī)各一臺(tái)共四臺(tái)高架門(mén)機(jī)。門(mén)機(jī)垂直安裝最大高度為29m，筒身均為一節(jié)半安裝（單節(jié)9m）。上下游門(mén)機(jī)臂桿交叉最大為5m。

3 地質(zhì)條件簡(jiǎn)述

由招標(biāo)文件工程地質(zhì)勘察資料可知：本標(biāo)段基坑主要由粉砂、細(xì)砂組成。該單元的粉砂干密度平均值為1.67g/cm3，濕密度平均值2.00g/cm3，細(xì)砂干密度平均值為1.64g/cm3，濕密度平均值 1.98g/cm3，地基允許承載力210kPa～230kPa。粉細(xì)砂地基承載力不能滿足門(mén)機(jī)安裝使用要求。

4 門(mén)機(jī)基礎(chǔ)布置規(guī)劃

本標(biāo)段基坑主要為粉砂、細(xì)砂，考慮到其地質(zhì)條件的特殊性，為確保門(mén)機(jī)安全運(yùn)行，門(mén)機(jī)基礎(chǔ)采用碎石樁與混凝土板基礎(chǔ)結(jié)合的方式。首先以軌道中心線為軸線施工單排碎石樁，樁徑0.8m，樁距3m，樁深4m，然后在各自門(mén)機(jī)基礎(chǔ)平臺(tái)澆筑C20鋼筋混凝土板，板厚60cm，寬10m，縱向每15m設(shè)分縫，填縫材料填充，混凝土板上下面均布設(shè)Φ22@200mm鋼筋，分布筋為Φ18@200mm，門(mén)機(jī)軌道（UQ70軌）安裝于混凝土板之上。

圖5-1 基礎(chǔ)受力簡(jiǎn)圖

圖5-2 基礎(chǔ)受力簡(jiǎn)圖

圖5-3 基礎(chǔ)受力剪力v

圖5-4 基礎(chǔ)受力彎矩

表5-1 內(nèi)力計(jì)算表

表5-2 附加應(yīng)力計(jì)算成果表

5 門(mén)機(jī)基礎(chǔ)復(fù)核計(jì)算

5.1 內(nèi)力分析

MQ600/30門(mén)機(jī)共有四個(gè)行走支承，每個(gè)對(duì)基礎(chǔ)的力設(shè)為F，混凝土底板基礎(chǔ)自重設(shè)為g，地基反力設(shè)為q，故底板基礎(chǔ)受力簡(jiǎn)圖如下：

能看出底板基礎(chǔ)主要受到門(mén)機(jī)自重，基礎(chǔ)自身重量以及地基承載力作用，三者可看成一平衡力系，可以把基礎(chǔ)當(dāng)作以門(mén)機(jī)軌道為支座的“倒雙外伸板”來(lái)分析計(jì)算，門(mén)機(jī)共有行走支承四個(gè)，每個(gè)長(zhǎng)度為4m。根據(jù)平面力系平衡關(guān)系可得：

取混凝土容重：γc=24.0（kN/m3）

計(jì)算得：q=457.6kN/m

5.2 內(nèi)力計(jì)算、剪力圖與彎矩圖繪制

1)支座反力RA、RB，由 RA+RB=q·L得。

VA 左 =-q·a=-457.6×1.5=-686.4（kN）；VA右 =1/2q·l=0.5×457.6×7=1601.6（kN）

VB 左 =-1/2q·l=-0.5×457.6×7=-1601.6（kN）；VB 右 =q·a=457.6×1.5=686.4（kN）

2）支座處及跨中彎矩計(jì)算，繪制M圖

3）配筋計(jì)算

a材料強(qiáng)度

混凝土 C20軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=10.0N/mm2；受力鋼筋為二級(jí)，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=310N/mm2

b截面尺寸

板長(zhǎng) L=10m；板寬b=4m；板厚 h=0.6m,鋼筋保護(hù)層厚度a=30mm，故h0=h-a=600-30=570mm

c相關(guān)系數(shù)

結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0，取γ0=1.0；設(shè)計(jì)狀況系數(shù)ψ，視為持久狀況，取ψ=1.0；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)系數(shù)，γd=1.05，詳見(jiàn)表5-1。

由于Φ22@200的鋼筋布置方式利于施工，故采用Φ22間距按照200mm布置，因?yàn)榘鍨殡p向受力，所以上下兩層均布置，在垂直于受力鋼筋方向布置分布鋼筋，采用直徑18mm螺紋鋼置于主筋內(nèi)側(cè)，間距也為200mm。

5.3 基礎(chǔ)沉降計(jì)算

5.3.1 計(jì)算基底凈壓力

根據(jù)建筑物基礎(chǔ)的尺寸，基礎(chǔ)單節(jié)長(zhǎng)度L=15m、寬度 B=10m，L/B=15/10=1.5＜10可知，基底壓力和地基中附加應(yīng)力是屬于空間問(wèn)題，且為中心荷載，所以基底壓力為：

基底凈壓力為：

5.3.2 將地基土分層

分層時(shí)將天然土層的交界面和地下水位定為分層面，同時(shí)在同一類(lèi)土層中分層的厚度不宜過(guò)大，對(duì)于水工建筑物地基，每層的厚度可以控制在Hi=2-4m或Hi≤0.4B，B為基礎(chǔ)寬度，對(duì)于每一分層，壓力是均勻分布的。由于基坑一直采用管井抽排水，目前就取建基面最低部位高程即為地下水位，從設(shè)計(jì)藍(lán)圖可知，地下水位在基底以下3.44m處，故可以將分層厚度取為Hi=3.44/2=1.72m。

5.3.3 求各分層面的自重應(yīng)力并繪制分布曲線

（1）求各分層的自重應(yīng)力

表5-3 各分層的平均應(yīng)力及相應(yīng)的孔隙比計(jì)算表格

壓縮曲線如下圖所示

（2）繪制自重應(yīng)力分布曲線

5.3.4 求各分層面的豎向附加應(yīng)力并繪制分布曲線

（1）求各分層面的豎向附加應(yīng)力

因?qū)儆诳臻g問(wèn)題，故應(yīng)用“角點(diǎn)法”來(lái)求解。為此，通過(guò)中心點(diǎn)將基底劃分為四塊面積相等的計(jì)算面積，其長(zhǎng)度L1=7.5m，寬度B1=5m。中心點(diǎn)正好在四塊計(jì)算面積的角點(diǎn)上，該點(diǎn)下任意深度Z1處的附加應(yīng)力為一塊計(jì)算面積所得的四倍。計(jì)算結(jié)果如表5-2所示。

（2）繪制自重應(yīng)力分布曲線

5.3.5 確定壓縮層厚度

再求出各分層面的豎向附加應(yīng)力并得到分布曲線后，以δZ=0.1δc的標(biāo)準(zhǔn)確定壓縮層的厚度H。從計(jì)算結(jié)果可知，在第二點(diǎn)處 的 δZ2/δc2=4.899/68.8=0.071＜0.1，所以壓縮層的厚度H=2×1.72=3.44m。

5.3.6 計(jì)算各分層的平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力

按算術(shù)平均算出各分層的平均自重應(yīng)力δci和平均附加應(yīng)力δzi，即

式中（δci）上、（δci）下——第i分層上、下面的自重應(yīng)力

（δzi）上、（δzi）下——第i分層上、下面的附加應(yīng)力

各分層的平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)表5-3。

5.3.7 計(jì)算各分層初始孔隙比和壓縮后的孔隙比

根據(jù)第i分層的初始應(yīng)力p1i=δci，和初始應(yīng)力與附加應(yīng)力之和p2i=δci+δzi按壓縮曲線圖查出相應(yīng)的初始孔隙比e1i和壓縮穩(wěn)定后孔隙比e2i。

5.3.8 基礎(chǔ)沉降量計(jì)算結(jié)果

目前在工程中廣泛采用的方法是以無(wú)側(cè)向變形條件下的壓縮量計(jì)算公式為基礎(chǔ)的分層總合法，無(wú)側(cè)向變形條件下的壓縮量計(jì)算公式為：

按照公式可以求出第i分層的壓縮量，即

式中Hi為第i分層的厚度。

最后加以總和，即得基礎(chǔ)的沉降量為

根據(jù)以往門(mén)機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)，基礎(chǔ)整體沉降量小于2cm以?xún)?nèi)均能滿足門(mén)機(jī)使用穩(wěn)定。

6 施工方法

（1）施工程序

準(zhǔn)備工作完成→測(cè)量放線→工作面清理→鋼筋、模板、埋件安裝→保溫設(shè)施搭設(shè)→砼澆筑→保溫、養(yǎng)護(hù)→拆?！陴B(yǎng)護(hù)

（2）工作面清理

采用人工清理，其偏差不得超過(guò)面板設(shè)計(jì)線50mm，確保澆筑面平整，形體滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）模板安裝

門(mén)機(jī)基礎(chǔ)砼澆筑采用設(shè)立平面模板，側(cè)模采用P3015定型小鋼模板拼裝，U型卡連接牢固，鋼管背帶，斜撐加固。模板安裝完成后，經(jīng)測(cè)量校正，滿足體型要求。

（4）埋件安裝

按照加工圖紙樣式加工埋件，測(cè)量放點(diǎn)后進(jìn)行埋設(shè)。加固采用與主體鋼筋連接方式，也可自設(shè)加固系統(tǒng)，例如增設(shè)鋼筋插筋用于固定，確保位置不能偏差。

（5）混凝土澆筑

分段施工，平鋪法鋪料，每層鋪料厚度25cm～30cm，布料后及時(shí)振搗密實(shí)，振搗采用直徑30軟軸振搗器，振搗過(guò)程中確保密實(shí)，不得觸碰埋件。加快混凝土澆筑速度，抹面人員在振搗完成后進(jìn)行抹面壓光處理。抹面采用二次收面處理，先用木抹粗抹一遍，然后用鐵抹子壓光處理。

（6）澆筑手段

砼自卸汽車(chē)拌合樓打料至施工區(qū)域，利用上下游下基坑道路，施工區(qū)域放置受料大箱，反鏟澆筑，人工輔助。

7 結(jié)束語(yǔ)

（1）整體筏板型結(jié)構(gòu)是采取增大了受力面積而減小了局部壓力，實(shí)際布置過(guò)程中可結(jié)合永久結(jié)構(gòu)，上游砼護(hù)坦和下游尾水渠底板布置，需與設(shè)計(jì)單位多溝通交流。

（2）筏板頂面易為毛面，便于后期與永久結(jié)合，不再拆除，上下游側(cè)還可進(jìn)行增加齒槽方式避免增加抗滑穩(wěn)定性。陜西水利