浅谈粉细砂地层高架门机基础布置

柳洪丹 王 静

（中国水利水电第三工程局 陕西 西安 710016）

1 工程概况

2 门机布置形式简述

黄河海勃湾水利枢纽工程是一座防洪、发电等综合利用工程。本工程为Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型，枢纽主要建筑物由河床电站、泄洪闸、土石坝等建筑物组成。水库正常蓄水位1076.0m，总库容4.87亿m3，电站总装机容量90MW。枢纽主要建筑物土石坝、泄洪闸、电站等为2级建筑物，导墙及坝前右岸第1段库岸防护边坡等次要建筑物级别为3级。枢纽布置从右到左依次为：右岸连接坝段、电站坝段（包括主安装场、4个机组段和电站隔墩坝）、泄洪闸坝段（共16孔）、泄洪闸与土石坝连接段以及土石坝段。电站坝段装有四台贯流式水轮发电机组。

为完成本标段厂房混凝土浇筑及部分金属结构安装，混凝土垂直运输，在上游侧布置两台MQ600B型高架门机、下游侧布置MQ600和MQ600B型高架门机各一台共四台高架门机。门机垂直安装最大高度为29m，筒身均为一节半安装（单节9m）。上下游门机臂杆交叉最大为5m。

3 地质条件简述

由招标文件工程地质勘察资料可知：本标段基坑主要由粉砂、细砂组成。该单元的粉砂干密度平均值为1.67g/cm3，湿密度平均值2.00g/cm3，细砂干密度平均值为1.64g/cm3，湿密度平均值 1.98g/cm3，地基允许承载力210kPa～230kPa。粉细砂地基承载力不能满足门机安装使用要求。

4 门机基础布置规划

本标段基坑主要为粉砂、细砂，考虑到其地质条件的特殊性，为确保门机安全运行，门机基础采用碎石桩与混凝土板基础结合的方式。首先以轨道中心线为轴线施工单排碎石桩，桩径0.8m，桩距3m，桩深4m，然后在各自门机基础平台浇筑C20钢筋混凝土板，板厚60cm，宽10m，纵向每15m设分缝，填缝材料填充，混凝土板上下面均布设Φ22@200mm钢筋，分布筋为Φ18@200mm，门机轨道（UQ70轨）安装于混凝土板之上。

图5-1 基础受力简图

图5-2 基础受力简图

图5-3 基础受力剪力v

图5-4 基础受力弯矩

表5-1 内力计算表

表5-2 附加应力计算成果表

5 门机基础复核计算

5.1 内力分析

MQ600/30门机共有四个行走支承，每个对基础的力设为F，混凝土底板基础自重设为g，地基反力设为q，故底板基础受力简图如下：

能看出底板基础主要受到门机自重，基础自身重量以及地基承载力作用，三者可看成一平衡力系，可以把基础当作以门机轨道为支座的“倒双外伸板”来分析计算，门机共有行走支承四个，每个长度为4m。根据平面力系平衡关系可得：

取混凝土容重：γc=24.0（kN/m3）

计算得：q=457.6kN/m

5.2 内力计算、剪力图与弯矩图绘制

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）支座处及跨中弯矩计算，绘制M图

3）配筋计算

a材料强度

混凝土 C20轴心抗压强度设计值fc=10.0N/mm2；受力钢筋为二级，抗拉强度设计值fy=310N/mm2

b截面尺寸

板长 L=10m；板宽b=4m；板厚 h=0.6m,钢筋保护层厚度a=30mm，故h0=h-a=600-30=570mm

c相关系数

结构重要性系数γ0，取γ0=1.0；设计状况系数ψ，视为持久状况，取ψ=1.0；钢筋混凝土结构系数，γd=1.05，详见表5-1。

由于Φ22@200的钢筋布置方式利于施工，故采用Φ22间距按照200mm布置，因为板为双向受力，所以上下两层均布置，在垂直于受力钢筋方向布置分布钢筋，采用直径18mm螺纹钢置于主筋内侧，间距也为200mm。

5.3 基础沉降计算

5.3.1 计算基底净压力

根据建筑物基础的尺寸，基础单节长度L=15m、宽度 B=10m，L/B=15/10=1.5＜10可知，基底压力和地基中附加应力是属于空间问题，且为中心荷载，所以基底压力为：

基底净压力为：

5.3.2 将地基土分层

分层时将天然土层的交界面和地下水位定为分层面，同时在同一类土层中分层的厚度不宜过大，对于水工建筑物地基，每层的厚度可以控制在Hi=2-4m或Hi≤0.4B，B为基础宽度，对于每一分层，压力是均匀分布的。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为地下水位，从设计蓝图可知，地下水位在基底以下3.44m处，故可以将分层厚度取为Hi=3.44/2=1.72m。

5.3.3 求各分层面的自重应力并绘制分布曲线

（1）求各分层的自重应力

表5-3 各分层的平均应力及相应的孔隙比计算表格

压缩曲线如下图所示

（2）绘制自重应力分布曲线

5.3.4 求各分层面的竖向附加应力并绘制分布曲线

（1）求各分层面的竖向附加应力

因属于空间问题，故应用“角点法”来求解。为此，通过中心点将基底划分为四块面积相等的计算面积，其长度L1=7.5m，宽度B1=5m。中心点正好在四块计算面积的角点上，该点下任意深度Z1处的附加应力为一块计算面积所得的四倍。计算结果如表5-2所示。

（2）绘制自重应力分布曲线

5.3.5 确定压缩层厚度

再求出各分层面的竖向附加应力并得到分布曲线后，以δZ=0.1δc的标准确定压缩层的厚度H。从计算结果可知，在第二点处 的 δZ2/δc2=4.899/68.8=0.071＜0.1，所以压缩层的厚度H=2×1.72=3.44m。

5.3.6 计算各分层的平均自重应力和平均附加应力

按算术平均算出各分层的平均自重应力δci和平均附加应力δzi，即

式中（δci）上、（δci）下——第i分层上、下面的自重应力

（δzi）上、（δzi）下——第i分层上、下面的附加应力

各分层的平均自重应力和平均附加应力计算的结果见表5-3。

5.3.7 计算各分层初始孔隙比和压缩后的孔隙比

根据第i分层的初始应力p1i=δci，和初始应力与附加应力之和p2i=δci+δzi按压缩曲线图查出相应的初始孔隙比e1i和压缩稳定后孔隙比e2i。

5.3.8 基础沉降量计算结果

目前在工程中广泛采用的方法是以无侧向变形条件下的压缩量计算公式为基础的分层总合法，无侧向变形条件下的压缩量计算公式为：

按照公式可以求出第i分层的压缩量，即

式中Hi为第i分层的厚度。

最后加以总和，即得基础的沉降量为

根据以往门机使用经验，基础整体沉降量小于2cm以内均能满足门机使用稳定。

6 施工方法

（1）施工程序

准备工作完成→测量放线→工作面清理→钢筋、模板、埋件安装→保温设施搭设→砼浇筑→保温、养护→拆模→冬歇期养护

（2）工作面清理

采用人工清理，其偏差不得超过面板设计线50mm，确保浇筑面平整，形体满足设计要求。

（3）模板安装

门机基础砼浇筑采用设立平面模板，侧模采用P3015定型小钢模板拼装，U型卡连接牢固，钢管背带，斜撑加固。模板安装完成后，经测量校正，满足体型要求。

（4）埋件安装

按照加工图纸样式加工埋件，测量放点后进行埋设。加固采用与主体钢筋连接方式，也可自设加固系统，例如增设钢筋插筋用于固定，确保位置不能偏差。

（5）混凝土浇筑

分段施工，平铺法铺料，每层铺料厚度25cm～30cm，布料后及时振捣密实，振捣采用直径30软轴振捣器，振捣过程中确保密实，不得触碰埋件。加快混凝土浇筑速度，抹面人员在振捣完成后进行抹面压光处理。抹面采用二次收面处理，先用木抹粗抹一遍，然后用铁抹子压光处理。

（6）浇筑手段

砼自卸汽车拌合楼打料至施工区域，利用上下游下基坑道路，施工区域放置受料大箱，反铲浇筑，人工辅助。

7 结束语

（1）整体筏板型结构是采取增大了受力面积而减小了局部压力，实际布置过程中可结合永久结构，上游砼护坦和下游尾水渠底板布置，需与设计单位多沟通交流。

（2）筏板顶面易为毛面，便于后期与永久结合，不再拆除，上下游侧还可进行增加齿槽方式避免增加抗滑稳定性。陕西水利