软土地基水闸设计中沉降控制复合桩基应用研究

胡翀宇

(北京交通大学海滨学院，河北黄骅　061199)

软土地基水闸设计中沉降控制复合桩基应用研究

胡翀宇

(北京交通大学海滨学院，河北黄骅061199)

摘要:结合工程实例，介绍了软土地基水闸设计中沉降控制复合桩基的计算原理，从荷载设计、桩基承载力计算、水闸桩高等方面，阐述了沉降控制复合桩基的设计方法，从而确保软土地基水闸结构设计的安全性及稳定性。

关键词:软土地基，水闸，沉降控制，复合桩基

设计软土地基水闸的工程中，由于软土地基具备一定的特殊性，不仅会在一定程度上影响设计水闸的整体质量，还会降低施工整体进度，实际应用的时候需要合理提高设计水闸的质量，有机结合沉降控制复合基桩的施工方式，保证整体提高施工质量。

1　工程实例

某水闸在设计的时候，位于三河交汇口处，正常运行情况下，水闸拦截河水的时候需要承担负载进行工作，适当增加水位，为了方便进行饮水。洪水时期进行开闸泄水，保证周围安全。开发水闸的基本形式就是引水式，一般水闸都是软土地基，引水流量是2.5 m3/s。11月～次年4月是枯水期，5月～10月是丰水期，河流全长大约26 km，洪峰最大流量65 m3/s，软土地基中设计水闸的时候，底板宽12 m，底板长23 m，底面存在－2.5 m的高程，底板按最大荷载计算能够达到35.778 kN，基底埋深大约1.5 m。此外，具备16.9 m的最大软土地基水闸沉降量。

2　计算基本原理

1)设计沉降控制负荷基桩需要满足以下需求:第一，一般情况，在设计沉降控制负荷基桩的时候适合使用长细比在80～100之间，不大于250 m的界面边长范围的桩身，可以在一定程度上保证预制方桩的可靠性和安全性。不应该低于5d～6d的桩距，并且依据桩端进入相对比较低压缩性的持力层、高压缩性泥质土层中选择埋深桩基的实际要求进行设计，基本上设计的时候都是不低于建筑1/15高度的沉降控制负荷基桩承台埋深。第二，承台和桩地基需要一起承担外部荷载，应该符合以下规则:当承台底面存在荷载永久组合值的时候，并且高于沉降控制负荷基桩单桩承载能力之和，此时，桩需要承担单桩极限承载荷载之和，承台需要承担地基剩下的荷载之和;当承台底面存在荷载永久组合值小于沉降控制负荷基桩单桩承载能力之和的过程中，荷载全部由桩承担。

2)设计沉降控制负荷基桩沉降需要满足以下需求:假设P是承台底面作用中荷载准永久组合值，σc是承台底面上自重应力，在承台中合理布置单桩n个，其中Rk是单桩极限承载标准值的沉降控制负荷基桩，Gpk是扣除浮力影响以后桩基自身重力标准值，设计基桩沉降应该符合以下规则:

第一，当nRk≥P－σcAc的时候，沉降实际上就是n根桩柱在荷载为( P－σcAc) /n + Gpk桩顶附加荷载影响下形成的沉降，一般情况下，选择沉降系数为1.0。

第二，当nRk≤P－σcAc的时候，沉降可以被分为两部分: a.沉降实际上就是n根桩柱在荷载为P－σcAc桩顶附加荷载影响下形成的沉降，一般情况下，选择沉降系数为1.0。b.在负荷为P－σcAc－nRk承台底面附件荷载影响下形成的沉降。

3　沉降控制复合桩基的设计

在软土地基上设计建设水闸的时候，极易形成不均匀沉降或者大面积沉降，需要得到重视。实际设计水闸的时候，不仅需要提高外部结构刚度，保证能够合理利用软土地基密实土层，从而达到降低附加压力的目的，还可以依据砂井预压来有效控制地基沉降以便于达到提高设计水闸质量的目的。

3.1设计应用优势

设计软土地基水闸桩基的时候合理应用沉降控制复合桩基，实际运行工作的过程中荷载主要都是由桩间土、承台以及桩来承担。设计沉降控制，可以达到降低施工以后沉降的作用。在应用沉降控制复合桩基的时候，软土地基水闸基桩设计的过程中可以合理应用沉降量，主要就是因为软土地基中设计水闸一般情况下存在不是很坚硬的地基桩端持力层，实际应用的时候会具备比较大的桩间距，所以，适合应用在设计沉降控制复合桩基中，实际设计的时候可以不用分析水闸下端荷载，实际上就是不分析桩端持力层，从而达到优化沉降控制复合桩基的目的。

3.2设计荷载的要点

桩自身能够抵御上部比较小的荷载，如果提高上部荷载，需要充分分析现场抵抗荷载承台的作用，能够相加单桩承载力，并且外荷载主要通过总单桩进行承载，承台承担剩余荷载。设计软土地基水闸的时候，设计基桩可以不分析桩和底板，地基土共同承担设计荷载的概念是相对保守的。基于此，应该在一定比例基础上更合理设计承台承担的外部荷载，对于不同的作用时间，将代替荷载比例，可以在下个桩体转移荷载。实际设计桩基的时候，桩间距和桩荷载具备一定关系，此时需要合理的进行设计。

3.3具体设计计算

依据软土地基组成和软土地基水闸设计地基土实际性质来确定桩长，此外，设计切入口的依据就是软土地基水闸桩端，适当增加软土地基压缩性，可以保证在坚硬持力层中也可以进行延伸，确保设计稳定性好的软土地基水闸，以便于达到降低发生沉降概率的目的。Te是计算地基有效深度，在比较深的位置埋藏地基不透水层的过程中，依据《水闸设计规范》来合理计算埋藏深度Te，基本计算公式如下:

当Lo/So＜5的时候，Te=5Lo/( 1.6Lo/So+2)。

当Lo/So≥5的时候，Te=5Lo。

其中，Lo为水平投影长度; So为垂直投影长度; Te为水闸地基有效计算深度，m。选择桩身设计界面尺寸、确定桩的数量和承台数量，然后计算确定承载力。

承载力计算:

当εc≤εo的时候，σc= fc［1－( 1－εc/εo)n］。

当εo＜εc＜εuk的时候，fc=σc，n =2－1/60( fcuk－50)。

εcu=0.003－( fcuk－50)×10－5。

εo=0.002 +0.5( fcuk－50)×10－5。

水闸桩高基本范围是:

在水闸挡水的时候，如果是正常蓄水位，一级水闸桩高0.7 m，二级水闸桩高0.5 m，三级水闸桩高0.4 m;如果是遭遇地震的时候，一级水闸桩高0.5 m，二级水闸桩高0.4 m，三级水闸桩高0.3 m。

在水闸泄洪的时候，设计洪水位的时候，一级水闸桩高1.5 m，二级水闸桩高1.0 m，三级水闸桩高0.7 m;校核洪水位的时候，一级水闸桩高1.0 m，二级水闸桩高0.7 m，三级水闸桩高0.5 m。

可以利用以下方式来合理计算，并且取最大值。

▽闸墩=安全高度+校核水位=0.4 +2 064.01 =2 064.41 m。

▽闸墩=安全高度+设计水位=0.5 +2 063.74 =2 064.24 m。

▽闸墩=正常水位+Δh =2 063.5。

Δh = hc+ hl+ hz。

基于此可以达到最大值是▽闸墩= 2 064.41，取值▽闸墩为2 064.5 m，闸孔高度是▽闸墩－▽底顶=3.5 m。

4　实践应用价值

在实际应用沉降控制复合桩基设计水闸的时候，具备相同的桩距和桩数，并且在相同桩端持力层的基础上，软土地基沉降和水闸桩长度成正比，存在越长的桩，沉降值就越小。桩长每提高1 m，就会明显降低沉降值，能够符合10 mm～20 mm的范围规范。在桩长达到22 m的时候，沉降值出现转折，并且优化桩距、桩数会影响沉降。当桩长是21 m的时候，91根桩可以存在61.6 m的沉降值，171根桩具备57.4 m沉降值，设计软土地基水闸的时候，桩长21 m，布置边长为0.25 m，桩距1.75 m也就是7d，91根桩，可以降低10.6 m沉降值。

5　结语

在设计软土地基水闸的时候，需要不断创新和优化设计方案，建立满足上部荷载的水闸底板地基，并且优化设计水闸下部基桩，在实际设计的时候合理应用沉降控制复合桩基技术，能够在一定程度上增加承载力，拥有相应的实际应用价值。

On application of settlement control composite pile in design of soft-soil foundation sluice

Hu Chongyu
( Haibin College，Beijing Jiaotong University，Huanghua 061199，China)

Abstract:Combining with engineering cases，the paper introduces the calculation principle for the settlement control composite pile in design of soft-soil foundation sluice，and illustrates the design methods for the settlement control composite pile from the loading design，loading capacity calculation of pile foundation，and pile height of sluice，so as to ensure the safety and stability of the soft-soil foundation structural design.

Key words:soft-soil foundation，sluice，settlement control，composite pile foundation

作者简介:胡翀宇(1993-)，男，在读本科生

收稿日期:2015-11-28

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0054-02

中图分类号:TU447

文献标识码:A