某船閘提高承載的措施

PAGE新壩船閘提高承載第一節(jié)工程概況一、工程綜合概況1、新壩船閘是溝通xx水系與xx――xx水系的節(jié)點(diǎn)工程，是杭甬運(yùn)河的重要通航樞紐，船閘建設(shè)規(guī)模為Ⅳ級（500噸級）通航標(biāo)準(zhǔn)。閘室有效尺度，200×12×2.5m；上閘首邊墩標(biāo)高：－0.30至＋11.90m，底板厚度3.00m；下閘首邊墩標(biāo)高：＋0.30至＋8.00m，底板厚度2.50m。上游設(shè)計(jì)通航高水位7.08m，設(shè)計(jì)通航低水位4.72m；下游內(nèi)河設(shè)計(jì)通航高水位6.50m，設(shè)計(jì)通航低水位，5.30m；船閘通航凈空為7.00m。上下閘首均為鋼筋混凝土（C25）塢式結(jié)構(gòu)，采用短廊道集中輸水。閘首邊墩上部啟閉機(jī)房為5層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，平板式提升閘門，帶平衡重的卷揚(yáng)機(jī)啟閉方式。2、船閘區(qū)域的地質(zhì)大都屬沖湖積區(qū)，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)表層軟土厚度一般大于5m，最厚達(dá)25m，壓縮性高、強(qiáng)度低、邊坡穩(wěn)定性差。在施工圖設(shè)計(jì)中，閘首的基礎(chǔ)均為水泥攪拌樁，上閘首樁數(shù)為42根，樁長2.0-4.0m，下閘首樁數(shù)143根，樁長2.3-8.8米，要求樁端進(jìn)入承載力較高的粘土層不小于500mm；復(fù)核地基設(shè)計(jì)承載力為每平方米140KN。二、啟閉機(jī)房的設(shè)計(jì)過程新壩船閘施工于2003年8月份招標(biāo)，由于當(dāng)時啟閉機(jī)房的施工圖設(shè)計(jì)尚未開始，因此啟閉機(jī)房也未列入船閘工程的施工范圍。2004年5月新壩船閘啟閉機(jī)房通過多個方案比較，最終選擇了浙江大業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院參賽的啟閉機(jī)房2＃方案，使啟閉機(jī)房具有使用功能的同時還具有景觀功能且和周圍城鎮(zhèn)規(guī)劃相協(xié)調(diào)。啟閉機(jī)房的荷載落在每側(cè)閘首邊墩為7000KN（除閘門啟閉機(jī)械荷載外），原設(shè)計(jì)院提供的每側(cè)邊墩承載力為3500KN（除閘門啟閉機(jī)械荷載外），閘首邊墩承載不足，必須設(shè)法提高下閘首的承載力。當(dāng)時下閘首邊墩已施工到＋7.20m標(biāo)高，閘室完成了中間部分邊底板，上閘首還未開工，和下閘首相連的閘室工程尚未進(jìn)行施工。下閘首及閘室處于大開挖狀態(tài)，基坑干燥；沒有利用井點(diǎn)降水，而是采取了集水井明排水，水量很小。整個船閘在農(nóng)田中建設(shè)，周圍沒有永久建筑物，周邊環(huán)境對提高邊墩承載力措施的實(shí)施影響很小。第二節(jié)基礎(chǔ)承載力提高方案的選擇一、基礎(chǔ)承載力提高方案選擇的原則由于下閘首已在啟閉機(jī)房方案確定前進(jìn)行施工，且下閘首邊墩混凝土已澆筑到＋7.20m標(biāo)高僅預(yù)留0.80m的啟閉機(jī)房立柱插筋高度，根據(jù)上述情況，加強(qiáng)基礎(chǔ)承載力方案原則如下：費(fèi)用控制原則：承載力提高的費(fèi)用比把已完成的下閘首混凝土炸掉，待基礎(chǔ)再次加固后重新澆混凝土的費(fèi)用要低。承載力提高不能對已施工完成的基礎(chǔ)造成影響，啟閉機(jī)房的立柱不能布置在兩種不同的基礎(chǔ)上，補(bǔ)強(qiáng)后的基礎(chǔ)承載力必須留有一定的富裕度和安全系數(shù)。措施的實(shí)施對上部啟閉機(jī)房框架施工的影響應(yīng)盡量小。實(shí)施后要達(dá)到安全可靠、不留隱患，滿足生產(chǎn)和使用要求、施工方便等要求。二、幾種基礎(chǔ)承載力措施的提出和相關(guān)分析利用平移技術(shù)：將已基本完成的閘首邊墩，利用已被房建工程上廣泛運(yùn)用的、技術(shù)成熟的平移技術(shù)；移開下閘首后再處理基礎(chǔ)，等基礎(chǔ)處理加強(qiáng)后平移回原地。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)時閘室及下游翼墻均處于大開挖狀態(tài)，可能省去平移的大量前期工作；相比房屋的平移，下閘首的結(jié)構(gòu)更適合平移；費(fèi)用省，時間短，根據(jù)房屋平移的費(fèi)用估算應(yīng)在20萬元以內(nèi)，整個平移加上基礎(chǔ)加固時間應(yīng)在15天內(nèi)可完成；加強(qiáng)最徹底、受力最明確。缺點(diǎn)：該技術(shù)在房屋上運(yùn)用較多，在水運(yùn)工程中不知有無成功的先例；在下閘首平移基礎(chǔ)加固的過程中上部結(jié)構(gòu)的施工必須停工，對工期有一定的影響。2、鉆孔灌注柱托置方案鉆孔灌注樁托置方案是在的下閘首垂直于船閘軸線的兩側(cè)各打一排（或二排）鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁軸線距閘底板邊線1.5m，樁距2.0m，樁徑ф800，經(jīng)計(jì)算樁長約20.0m（從閘首底板底標(biāo)高算起），然后將樁頂用立柱接長，在閘首頂面用厚1.0m的整體頂板將灌注樁和閘首邊墩澆在一起，使灌注樁起到托置下閘首的作用，提高基礎(chǔ)的承載力。該方案的實(shí)施難度不大，造價也較低，是可行的方案之一。優(yōu)點(diǎn)：鉆孔灌注樁的單柱承載力高，經(jīng)過設(shè)計(jì)合理布樁，提高承載力較大，使加固后的基礎(chǔ)承載力有一定的富裕度，安全系數(shù)較高。下閘首邊墩上部已預(yù)留80cm尚未施工，鑿除20cm后可以布置厚約1.0m的加強(qiáng)頂板，頂板的剛度大，抗彎能力好，可保證灌注樁和原基礎(chǔ)共同作用；施工工藝成熟，施工周期較短，對工期造成的影響較??；工程費(fèi)用較適中。缺點(diǎn)：水泥攪拌樁是淺基礎(chǔ)，鉆孔灌注樁是深基礎(chǔ)，在已有的閘底板邊上施工鉆孔灌注樁可能會對原有地基造成影響，為防止鉆孔的影響，可采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法鉆孔，將鋼護(hù)筒隨著鉆孔進(jìn)尺同時打下去，以保護(hù)孔壁。3、擴(kuò)大基礎(chǔ)底板方案擴(kuò)大基礎(chǔ)底板的方案是在垂直于船閘軸線的下閘首底板兩側(cè)再補(bǔ)打一排水泥攪拌樁，使新打的水泥攪拌柱和原底板外預(yù)留的一排水泥攪拌樁形成擴(kuò)大的水泥攪拌樁基礎(chǔ)，然后將下閘首底板在垂直于船閘軸線的兩側(cè)各拼寬3.2m，形成每一側(cè)51m2的加寬底板，根據(jù)水泥攪拌樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)承載力為每平方米14噸，扣除回填土的自重荷載，也可基本滿足要求。但為確保加寬的底板與原底板共同受力，應(yīng)將原底板的鋼筋垂直于閘室軸線的鋼筋每邊鑿出20cm并接長，再用混凝土將加寬底板和原底板連在一起；該方案實(shí)施難度大。優(yōu)點(diǎn)：在已有的水泥攪拌樁外側(cè)再補(bǔ)打一排水泥攪拌樁，二者同屬淺基礎(chǔ)，且補(bǔ)打水泥樁施工時受已有的水泥攪拌樁保護(hù)，不會對原基礎(chǔ)造成影響，施工安全性較好；打水泥攪拌樁施工難度不大，且底板加寬不影響閘門安裝和上部結(jié)構(gòu)施工，對工期造成的影響較?。还こ藤M(fèi)用較省。缺點(diǎn)：對原基礎(chǔ)底板有影響，底板拼接施工有難度，且質(zhì)量難以保證。4運(yùn)用托換技術(shù)：托換技術(shù)：是指解決對既有建筑物的地基需要處理、基礎(chǔ)需要加固等問題，和對既有建筑物基礎(chǔ)需要修建地下工程及其鄰近需要建造工程而影響到既有建筑物的安全問題的技術(shù)總稱。樁式托換法：是采用樁進(jìn)行基礎(chǔ)托換方法的總稱。是在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的下部或兩側(cè)設(shè)置各類樁，在樁上擱置托梁或承臺系統(tǒng)或直接與基礎(chǔ)錨固，來支承被托換的墻和柱基。適用于軟弱粘性土、松散砂土、飽和黃土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等。以坑式靜壓樁托換法為例：在墻基或柱下開挖豎坑和橫坑，在基礎(chǔ)底部放直徑為ф150――ф200的鋼筋混凝土預(yù)制樁，每節(jié)樁長可按托換的凈空高度和千斤頂?shù)男谐檀_定（一般為1—2m），樁頂上安放鋼墊板，在其上再設(shè)置行程較大的15――30噸的油壓千斤頂，千斤頂上放壓力傳感器，用鋼墊板頂住基礎(chǔ)底板作為反力支點(diǎn)，分節(jié)將鋼管或鋼筋混凝土預(yù)制方樁壓入。樁分段壓入，對鋼管樁分段接頭可采用焊接，對鋼筋混凝土樁分段接頭可采用硫磺膠泥或焊接接樁。樁頂應(yīng)壓入到壓樁力達(dá)1.5倍單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值相應(yīng)深度的土層內(nèi)，樁壓至設(shè)計(jì)深度后，拆除千斤頂，對鋼管樁可根據(jù)工程要求在管內(nèi)灌注混凝土；最后應(yīng)用混凝土將樁與原有基礎(chǔ)灌注成一個整體。在閘首承載力提高中可由設(shè)計(jì)經(jīng)計(jì)算確定，在框架柱下方設(shè)置靜壓樁應(yīng)可解決問題。優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)整個下閘首的受力特點(diǎn)，兩邊墩荷載大，中間受水壓力荷載小，因此可可用托換技術(shù)對下閘首邊墩進(jìn)行基礎(chǔ)承載力加強(qiáng)；技術(shù)成熟，房建上運(yùn)用較多；費(fèi)用最小，同時不影響上部結(jié)構(gòu)物的施工。缺點(diǎn)：托換技術(shù)對條形基礎(chǔ)比較適用，對閘首這樣的大基礎(chǔ)有它的局限性，使得底板受力復(fù)雜。第三節(jié)最終措施的確定選擇綜合平移加強(qiáng)方案、鉆孔灌注樁托置方案、擴(kuò)大基礎(chǔ)底板方案、托換技術(shù)方案，各有優(yōu)、缺點(diǎn)；其中以托換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)尤為明顯，但托換技術(shù)在條形基礎(chǔ)中運(yùn)用廣泛，在閘首邊墩的加強(qiáng)中，受力計(jì)算難度大。根據(jù)基礎(chǔ)加強(qiáng)處方案應(yīng)達(dá)到安全可靠、不留隱患，滿足施工要求的原則，幾家設(shè)計(jì)部門和業(yè)主最終采用了被基礎(chǔ)工程學(xué)稱之為“萬能式樁基”的樁箱基礎(chǔ)運(yùn)用于船閘邊墩的基礎(chǔ)加強(qiáng)。樁箱式基礎(chǔ)是：由具有底、頂板、外墻和若干縱橫內(nèi)隔構(gòu)成的箱型結(jié)構(gòu)，把上部荷載傳遞給樁的基礎(chǔ)形式。是箱型基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的復(fù)合型基礎(chǔ)，由于剛度很大，具有調(diào)整各樁受力和沉降的良好性能，因此在軟弱地基上建造高層建筑時較多采用樁箱基礎(chǔ)，它適用于包括框架在內(nèi)的任何結(jié)構(gòu)形式。樁箱基礎(chǔ)是一種可以在任何適合于樁基礎(chǔ)的地質(zhì)條件下建造任何結(jié)構(gòu)形式的高層建筑物；因此，在基礎(chǔ)工程學(xué)中有“萬能式樁基”的稱號，但它也是各種樁基中費(fèi)用最大的，但就其安全性能來說是最強(qiáng)的。50年的房屋，100年的橋梁，千年的古運(yùn)河，我們的船閘要用多少年？――只要結(jié)構(gòu)情況允許，即使遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)使用年限，也還可能發(fā)揮作用。因此現(xiàn)在多花一點(diǎn)資金在基礎(chǔ)上是完全值得的。樁箱式基礎(chǔ)在新壩船閘下閘首承載力提高的做法是：首先在閘首邊墩外側(cè)各打兩排Ф600的灌注樁（每側(cè)20根，單根樁承載力為650KN），再在樁的頂部設(shè)置鋼筋混凝土空箱（每側(cè)空箱用料體積220m3，計(jì)5500KN，采用C30鋼筋混凝土）?？障鋸?0.30至7.00m（原已澆筑完成的混凝土邊墩鑿除20cm）和原閘首邊墩用2cm的油浸軟木板分隔；空箱從+7.00至8.00m和原閘首邊墩用1.0m厚的鋼筋混凝土（C30）梁板連成整體（見閘首邊墩的加強(qiáng)簡圖）。從受力來分析看，啟閉機(jī)房的荷載由整個塢式閘首及已和閘首形成整體的、有著高承載力的兩邊的樁箱基礎(chǔ)共同承載。從中可以看出樁箱基礎(chǔ)在閘首承載力提高的運(yùn)用中是相對合理的結(jié)構(gòu)形式。相關(guān)力學(xué)設(shè)計(jì)算假設(shè)：閘首自身的自重荷載可由閘首底部的復(fù)合地基承當(dāng)，而啟閉機(jī)房的7000KN荷載全部由樁箱基礎(chǔ)承當(dāng)；由此來作為設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。1、垂直承載校核：650╳20－7000－5500＝500KN＞0說明僅樁箱基礎(chǔ)就能承載啟閉機(jī)房傳下來的豎向荷載。2、從結(jié)構(gòu)及受力分析，斷面圖上的J－J斷面最有可能受剪破壞，有必要進(jìn)行抗剪破壞驗(yàn)算：VCS＝0.7ftbh0+1.25fyv*Asv*h0/s(VCS：構(gòu)件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承載力設(shè)計(jì)值；0.7計(jì)算系數(shù)；ft：混凝土軸心抗拉設(shè)計(jì)值，C30的ft＝1.43；b、h0為截面尺寸，1.25fyv*Asv*h0/s為箍筋提供的抗剪承載力計(jì)算公式。由于截面尺寸較大，先計(jì)算僅由混凝土提供的抗剪承載力，即令箍筋的抗剪承載力為0。)VCS＝0.7ftbh0＋0=0.7╳1.43╳16＊103╳1＊103＋0＝16016KN＞＞7000KN即J－J斷面僅由混凝土提供的抗剪承載力就足以滿足要求，箍筋配置只需按照構(gòu)造要求即可。3、空箱從+7.00至8.00m和原閘首邊墩用1.m厚的鋼筋混凝土梁板的受力鋼筋可通過抗