初探中小型水工建筑物樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例

【摘要】水工建筑物的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是否合理，對建筑結(jié)構(gòu)安全、節(jié)約支出、工程造價(jià)意義重大，為此，本文結(jié)合實(shí)例，根據(jù)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，特別是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中靜載荷試驗(yàn)的重要意義及設(shè)計(jì)計(jì)算方法，以及樁基設(shè)計(jì)中樁型、樁長、樁徑比的設(shè)計(jì)價(jià)值和具體設(shè)計(jì)計(jì)算方法，對小型水工建筑樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】中小型水工建筑物；樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)實(shí)例

我國很多發(fā)生事故或存在病險(xiǎn)需要再度修建的中小型水工建筑物，多建造于上世紀(jì)70年代前[1]，當(dāng)時(shí)因?yàn)榧夹g(shù)或設(shè)備等問題導(dǎo)致達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，或者不滿足設(shè)計(jì)要求，長期使用下又無后續(xù)完備的修繕措施，進(jìn)而導(dǎo)致滲透后崩塌。

1 工程概況

該工程樁號11+715m～11+785m，肩負(fù)著兩個(gè)自然縣約2.5萬畝農(nóng)田的灌溉任務(wù)。于13年8月發(fā)生填方崩垮，缺口達(dá)112m2（長X深），造成經(jīng)濟(jì)損失近70萬元。鑒于此，在多方的重視和努力下，充分了解了險(xiǎn)情情況，并根據(jù)調(diào)查的資料，決定對其進(jìn)行改建，改為鋼筋混凝土筒支梁式渡槽，倒墻頂設(shè)置拉桿，采用矩形斷面，上面用人行混凝土板進(jìn)行鋪裝，具體資料如下。

1.1 水力資料 設(shè)計(jì)流量為1.92m3/s，輪灌時(shí)流量達(dá)到2.45 m3/s，糙率系數(shù)n=0.017。渡槽縱坡為l/500， 渠道縱坡為I/3000，上游渠道為1.96mx1.36m的過水?dāng)嗝妗?/p>

1.2 建筑材料 槽身采用C20混凝土，其軸心抗壓fc=9.6N/mm2，軸心抗拉ft=1.10 N/mm2，Ec=2..55 x104N/mm2；基礎(chǔ)及樁柱采用C15混凝土，軸心抗壓fc=7.2N/mm2，軸心抗拉ft=0.91N/mm2，Ec=2.20x104N/mm2；鋼筋采用HPB235，fy=fy’=210N/mm2 ，ES=2.1x105 N/mm2 ；鋼筋混凝土γ=25kN/m3.人群荷載 2.5kPa。風(fēng)荷載0.35kPa。

2工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面：①樁類型及幾何尺寸；②單樁豎向及水平承力設(shè)計(jì)值；③樁數(shù)量、間距及布置方式；④樁基承載力及地基變形情況；⑤樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；⑥承臺設(shè)計(jì)；⑦樁基礎(chǔ)施工圖的繪制。本文根據(jù)該工程實(shí)際要求，從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、荷載及樁柱配筋計(jì)算、樁柱水平及軸向承載力計(jì)算，以及樁下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析闡述。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在樁基設(shè)計(jì)過程中，樁型、樁長，以及樁徑比的設(shè)計(jì)十分重要。因?yàn)椴煌臉缎蛯⒅苯佑绊懗蓸兜馁|(zhì)量，比如施工用料，進(jìn)而影響施工的工期和成本。一般情況下，采用擴(kuò)大樁側(cè)表面積的方式，進(jìn)而提升樁側(cè)摩阻力承載能力，通過增加直徑以提升樁端的阻力發(fā)揮。需要注意的是，樁側(cè)表面積和樁端的表面積在總面積中所占的比重并不會對樁的總承載力造成影響。正常情況下，樁長比和樁側(cè)摩阻力是成反比例關(guān)系，即隨著樁長比的提升，樁側(cè)摩阻力卻會隨著土層的加深而縮小。由此可見，隨著樁長比的不斷增加，樁側(cè)摩阻力會達(dá)到一個(gè)極限值，并且趨于穩(wěn)定。

2.2 樁柱水平及軸向承載力計(jì)算

確定樁的承載力是樁基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，本文根據(jù)該工程實(shí)例對軸線承載力計(jì)算如下：

軸向承載標(biāo)準(zhǔn)值： （1）；

上式中， 為樁端上承載力標(biāo)準(zhǔn)值，單位KPa，因軟塑粘性土入土深度在5.2m～10.3m之間，故取值650kPa； 為樁身橫截面面積，單位為m2；為樁身周邊長度，單位m； 為樁身的周邊長度，單位為m； 為樁周末阻力標(biāo)準(zhǔn)值，單位kPa，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，即6.5米的厚液性指數(shù)為0.75，粘性土為17kPa，而3.0的厚液性指數(shù)為0.25，粘性土為38kPa； 為承臺底面下的各層土地深度，本工程設(shè)計(jì)中，分別設(shè)計(jì)為6.5m和3m。

將上述數(shù)值代入公式（1），得出軸向承載的標(biāo)準(zhǔn)值約為975kN，顯著大于P=195kN，設(shè)計(jì)滿足要求。

針對樁柱水平的承載力計(jì)算，同樣根據(jù)相應(yīng)公式代入計(jì)算得出，結(jié)果亦符合要求，文中不再贅述。需引起注意的是，樁基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)中，檢驗(yàn)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是否安全，是否經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大，單樁承載力的荷載試驗(yàn)尤為重要，通常，其包括兩部分，即樁自身結(jié)構(gòu)可以承受的最大軸向荷載，以及地基土對樁的支撐能力，兩個(gè)方面都很重要，可以理解為其間是互相分擔(dān)、互相承受的關(guān)系[2]。

2.3 樁下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

樁下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，或是容易導(dǎo)致質(zhì)量問題或是在實(shí)際施工中易忽視的環(huán)節(jié)[3]。根據(jù)以往樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將本次工程的樁身軸力和樁沉降量進(jìn)行計(jì)算。由于，本樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用的是方形截面設(shè)計(jì)，故需將公式樁圓形截面進(jìn)行相應(yīng)的換算，具體公式如下：

，經(jīng)公式計(jì)算得出樁身彈性壓縮量，以及樁頂沉降值分別為 -.005 mm和-19.98 mm，故均取為0.

由上述計(jì)算可知，由于樁身7m時(shí)，其軸力已為負(fù)值，因此，柱下基礎(chǔ)地基承載力和底板配筋設(shè)計(jì)已無必要，且樁柱筋亦無需繼續(xù)向下配制，經(jīng)計(jì)算，從承臺以下土體中的配制深度經(jīng)計(jì)算為3.82m，出于安全和成本的考慮，取4.5m。

結(jié)束語：

對于水工建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，除上述內(nèi)容外，在設(shè)計(jì)前，還需對工程的實(shí)際特點(diǎn)和具體要求進(jìn)行分析，并綜合考慮收集整理的巖土工程勘察、場地環(huán)境及施工條件等資料，以確保工程質(zhì)量和使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王燕.淺談樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].四川建材，2015，41（3）：92-93.

[2] 代輝.CFG樁復(fù)合地基變形計(jì)算問題研究[D].鄭州： 鄭州大學(xué)，2014.