探讨水闸设计中沉降控制复合桩基应用

探讨水闸设计中沉降控制复合桩基应用

张凯

关键词：水闸设计；沉降控制复合桩基；计算原理；要求；应用价值

1沉降控制复合桩基设计原理

1.1沉降控制复合桩基的要求

在水闸工程施工中经常会碰到软土地基的情况，而软土地基本身性质比较特殊，会降低水闸整体质量，减缓施工进度。为了提高水闸质量，加快施工进度，会采用沉降控制复合桩基的施工方式。水闸设计中，为了保证沉降控制复合桩基的科学合理性及沉降控制作用，沉降控制复合桩基必须满足以下几方面的要求。首先，如无特殊情况则优先选择长细比在80到100范围内且界面边长范围≤250米的桩身。通常情况下，为了保证沉降控制复合桩基的科学性、实用性，为预制方桩的可靠性、安全性提供一定的保障，沉降控制复合桩基的长细比及桩身需要满足这一要求。同时，桩距应大于或等于5d～6d，桩基的设计应充分考虑桩端进入压缩性较低的持力层、压缩性较高泥质土层中对埋深桩基的实际要求。基本上沉降控制复合桩基的承台埋深在这种情况下不应该低于建筑总高度的十五分之一。其次，外部荷载由承台、桩地基共同承担，这两者的设计应满足以下要求：若承台地面有荷载永久组合值，且这个值比沉降控制复合桩基的单桩承载能力之和大，则桩基需要承担单桩极限承载荷载之和，承台需要承担地基剩余荷载之和；若承台地面的荷载永久组合值比沉降控制复合桩基单桩承载能力之和更小，则桩承担所有荷载，地基则不承担荷载。

复合桩基自身沉降问题的出现通常是由附加荷载作用导致加固区产生沉降。沉降情况的计算需要遵循弹性理论，其计算过程通常如下：从单根复合桩基产生的应力情况出发，采用简单叠加的方法计算出所有复合桩基对地基产生的应力和，根据这个应力和值计算沉降情况。利用简单叠加方式计算沉降情况时需要对单根桩基长度、桩基数目、桩基距离等参数对沉降效果的影响进行充分考虑，以提高计算结果的科学性、合理性。

1.2计算原理

设P为建筑物荷载永久组合值，承台地面自重应力为σc，承台设置单桩数为n，单桩极限承载标准值的沉降控制复合桩基为Rk，桩基自重标准值除去浮力影响后为Gpk，则桩基沉降设计应满足的规则如表1所示。

表1

2沉降控制复合桩基设计优化

2.1水闸沉降情况与桩基长度关系

软土地基水闸工程的沉降控制复合桩基设计中，水闸沉降情况与使用的桩基长度存在这样的关系：桩数、桩距、桩端持力层情况均保持不变，桩基长度加长，则沉降值减小。也就是说，在其他条件保持不变的情况下，水闸沉降值与桩基长度存在一个反比关系。同时，在桩基桩端达到不同土层时，桩基长度与沉降值之间的反比关系也有所不同。表2概括了桩端在不同土层中桩基长度增加时沉降值的具体变化情况。

表2

根据一般情况下，桩端深入到不同土层时桩基长度与水闸沉降值之间的关系可知，软土地基水闸设计沉降控制复合桩基应选择淤泥质黏土层作为持力层，以便能使沉降控制复合桩基取得更好的沉降控制效果，并在保证效果的同时降低施工成本。水闸设计中沉降控制复合桩基的桩长度应根据水闸工程的具体地质参数确定，如土层、土层高度、土层天然重度、桩端阻力等。

2.2闸底板沉降与桩数、桩距的关系

当根据相关参数和标准要求确定桩基长度后，则应机械能计算，确定桩基数量和桩基之间的距离。若选择的沉降控制复合桩的长度为23米，桩基数量为32根，桩距为7米，将这些数值代入到相关计算式中可以计算出全部桩基总体沉降情况、单根桩基沉降情况和沉降值，最终得到的沉降值为66.7mm。通过对两种沉降值进行对比后可以发现，虽然后者所得到的沉降值更为科学、合理，但是所需要投入的复合桩基数目差距比较大，因此从施工成本角度综合考虑后，最好选择沉降值达到75.6mm的方案。

3沉降控制复合桩基实际应用价值

在水闸工程中应用沉降控制复合桩基时，若桩距、桩数保持不变，且桩端持力层相同，则软土地基沉降值与复合桩的长度会形成这样的关系，桩长度越长，沉降值越小。当桩的初始长度较短时，桩每增加一米，沉降值都会出现明显的降低，符合10mm～20mm的规范。而当桩的长度增加到22米时，沉降值随桩长的变化而变化会出现转折，此时通过优化桩数、桩距设计能够更明显的降低沉降值。例如，当桩长度为21米，桩数量为91时，沉降值可以达到61.6mm，桩长度不变，将桩数量增加到171时，则沉降值可以减小到57.4mm。在对软土地基水闸的沉降控制复合桩基进行设计时，若确定桩长为21米，边长为0.25米，桩距为1.75米，桩的数量为91，可以使沉降值降低10.6mm，有效的控制了沉降值。

4小结

在水闸工程的设计过程中应始终坚持创新的原则，不断改进、优化设计方案，以便能建立满足上部荷载的水闸底板地基，同时还需实现水闸下部桩基的优化设计。在水闸工程的实际设计中沉降控制复合桩基能在一定程度上增加水闸下部的承载力，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1]康慷，李敏.软土地基水闸设计中沉降控制复合桩基应用实践[J].建筑工程技术与设计，2016，（31）：909.

[2]李宏峰.软土地基水闸设计中沉降控制复合桩基应用的价值分析[J].中国水运（下半月），2015，15（2）：179-180，182.