夹马口节水改扩建工程渡槽基础设计方案

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　　摘要：通过对夹马口节水改扩建工程渠道主要建筑物的基础处理，阐述了深厚湿陷性黄土地基采用桩基设计的方法，对类似工程的设计具有指导意义。
　　关键词：自重湿陷性黄土；地基处理；桩基设计
　　1工程概况
　　夹马口引黄管理局是在原夹马口扬水工程管理局、小樊扬水工程管理局和浪店水源工程建设管理局的基础上于2001年成立的。该灌区设计提水流量18.5m3/s，总装机容量为23550kw。
　　夹马口节水改扩建工程是在原夹马口灌区的基础上，由扩建夹马口一级站、改造一级干渠23.3km，新建泉杜二级站、新建二级干渠27.005km、16条支渠长112.09km和输变电等工程组成。设计提水流量12m3/s，总装机容量为49350kw。主要是解决运城市峨嵋台垣上农田灌溉问题，计灌溉面积40.6万亩(临猗县35.64万亩，万荣县4.96万亩)，其中：新增灌溉面积33.36万亩，改善灌溉面积7.24万亩。
　　夹马口节水改扩建工程二郎神渡槽位于二级干渠桩号3+300～5+100段，单跨长15m，渡槽全长1800m，设计流量9.41m3/s，加大流量11.61m3/s。根据地质勘探报告，渡槽地基土主要由粉土构成，属Ⅲ级(严重)自重湿陷性黄土，最大湿陷深度为18.0m，地基承载力为fak=90KPa。针对深厚湿陷性黄土地基，笔者结合已成工程实例对深厚湿陷性黄土地基渡槽基础设计作了分析，可供类似工程借鉴。
　　2湿陷性黄土地基处理方案
　　2.1湿陷性黄土地基常用的处理方法
　　根据《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004及类似工程基础处理情况，湿陷性黄土地基常用的处理方法主要有以下几种，详见表2-1
　　湿陷性黄土地基常用的处理方法
　　表2-1

　　2.2渡槽地基处理方案比选
　　根据表2-1可以看出，垫层法、强夯法、挤密法这几种处理方法可消除基础部分或全部湿陷性，但均适用于土层厚度较薄；预浸水法对土层深厚时所采用，通过改善土壤结构和基本特性，以消除其湿陷性，施工方便，费用较低，但对深厚湿陷性黄土耗时太长，往往会影响工期；隔水层处理，这种方法只适用于对基础承载力要求不高的建筑物，通过做好建筑物的隔水层，使基础湿陷性黄土地基无法浸水，以防止地基湿陷；桩基处理，通过桩基穿透湿陷性黄土层，传力于湿陷土层以下的持力土层上，对建筑物来说是安全可靠的，被广泛用于较为重要的建筑物基础处理，但基础处理费用较大。
　　综上所述，夹马口节水改扩建工程渡槽基础确定采用桩基设计。
　　3桩基计算
　　3.1计算方法
　　根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，摩擦桩单桩轴向受压容许承载力按下式计算：
　　（5.2.2）
　　式中：单桩竖向承载力，KPa；
　　单桩竖向极限承载力标准值，KPa；
　　安全系数；；
　　D≥800mm单桩竖向极限承载力标准值：
　　（5.3.5）
　　式中：单桩总极限侧阻力标准值，KPa；
　　单桩总极限端阻力标准值，KPa；
　　桩侧第i层土极限侧阻力标准值，KPa；由地质报告确定
　　桩端极限端阻力标准值，KPa；由地质报告确定
　　大直径桩侧阻力尺寸效应系数，查表5.3.6-2，得D=0.8m
　　大直径桩端阻力尺寸效应系数，查表5.3.6-2，得D=0.8m
　　桩在局部冲刷线以下i层的长度（m）
　　桩端面积（m2）
　　桩的周长（m）
　　3.2湿陷性黄土地区桩基设计原则
　　3.2.1本工程渡槽是整个灌区重要的输水建筑物，根据《灌溉与排水设计规范》GB50288-99属3级建筑物。
　　3.2.2基桩应穿透湿陷性黄土层，桩端应支承在压缩性低的粘性土、粉土、中密和密实砂土以及碎石类土层中。
　　3.2.3湿陷性黄土地基中，设计等级甲、乙级建筑桩基的单桩极限承载力，宜以浸水载荷试验为主要依据。
　　3.2.4自重湿陷性黄土地基中的单桩极限承载力，应根据具体情况分析计算桩侧负摩擦阻力的影响。
　　3.3考虑负摩擦力的取值
　　深厚自重湿陷性黄土地基桩基计算中，没有统一的计算方法，致使计算的桩长差别较大，对工程造价影响极大。笔者认为该地区多年平均降雨量为500mm，而多年平均蒸发量为2000mm，是降雨量的4倍，即使发生暴雨，雨水也无法浸透深厚的湿陷土层。同时采取如下工程措施可避免桩周土层的湿陷：
　　3.3.1承台四周2.5m范围内采用2:8灰土回填处理，深度与承台厚度相同，防止雨水入渗。
　　3.3.2渡槽建筑物保护范围内禁止灌溉，切断桩基周围土层湿陷的水源条件。
　　根据以上分析，渡槽基础单桩承载力计算时，计入湿陷性土层及非湿陷性土层范围内的桩周正摩擦力，然后减去湿陷性土层范围内的负摩擦力。根据灌区多年的灌溉运行调查，大量的灌溉水量仅仅只能引起地表10m范围内的土壤含水量发生变化，10m以下土层含水量保持在稳定状态，因此，这种方法计算即使桩周被水浸湿，浸湿范围也小于湿陷性黄土层深度，计算结果是偏于安全。
　　3.4计算结果
　　经计算：
　　单桩容许承载力：
　　自重湿陷性黄土层负摩擦力为：
　　
　　承台以上全部荷载：G＝2320Kpa
　　则单桩容许承载力为：2×(1788-439.6)=2696.8KPa＞2320KPa满足要求
　　根据计算计算结果：渡槽承台下面设2φ80cm的钢筋砼灌注桩，桩长25m，桩底面直径扩为1.4m，扩径长1.35m，桩基穿透自重湿陷性黄土，桩端支承在非自重湿陷性黄土土层中。
　　4结语
　　湿陷性黄土约占中国黄土分布面积的60%左右，主要分布于黄河中、下游地区。我区大部分灌区均位于湿陷性黄土地带，桩基工程可有效的解决深厚湿陷性黄土地基上重要输水建筑物的基础处理难题，对类似工程地基处理提供借鉴。同时，由于黄土湿陷性的影响，在工程运行期间，应对桩基进行系统的湿陷观测，以确保正常运行。
　　
　　参考文献：
　　⑴《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，中国建筑工业出版社。
　　⑵《灌溉与排水设计规范》GB50288-99,国家质量技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布。[!--empirenews.page--]
　　⑶《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004,中华人民共和国建设部。