（浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002）

杭州市三堡排澇泵站樁基設計

朱明笛

（浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002）

樁基豎向承載力和水平承載力特征值的確定，對工程投資和安全具有決定性影響。為合理確定該參數(shù)，杭州市三堡排澇工程進行了樁基靜載試驗。通過將試驗結(jié)果和經(jīng)驗公式計算值進行對比、分析，合理確定樁基承載力，并對設計工況進行了復核計算。運行實踐表明，樁基對建筑物變形控制效果良好。

混凝土灌注樁；靜載試驗；豎向承載力；水平承載力

1 問題的提出

杭州市三堡排澇工程屬“擴大杭嘉湖南排工程”組成項目，是《太湖流域防洪規(guī)劃》近期推薦的流域骨干工程之一，位于杭州市三堡二線船閘西側(cè)，工程任務以防洪、治澇為主，結(jié)合改善水環(huán)境等綜合利用。工程設計最大泵排流量200 m3/s，設4臺斜軸臥式軸流泵，單泵設計排澇流量50 m3/s，總裝機容量4 × 3 300 kW。工程規(guī)模為大（1）型，等別為Ⅰ等，泵站等主要建筑物為1級建筑物，泵站樁基設計等級為甲級。

為滿足景觀設計需要，泵站上部建筑采用大跨度、大懸挑結(jié)構，對基礎不均勻沉降變形極為敏感；泵站在內(nèi)江水位和外江潮位不利組合下，上下游最大水頭差可達7.51 m，樁基將承受巨大的水平推力。因此本工程對樁基設計要求極高。

2 工程地質(zhì)概況

工程區(qū)位于錢塘江北岸，地形平坦開闊，地面高程一般5.5 ～ 6.5 m。工程區(qū)屬錢塘江沖海積區(qū)，由于沉積環(huán)境的不斷變遷，土層分布不均勻，在水平及垂直方向上都有相變現(xiàn)象，土層結(jié)構較為復雜。

樁周主要土層自上而下分別為：Ⅱ?qū)由百|(zhì)粉土（al -mQ4），密實度稍密 ～ 中密，中等 ～ 低壓縮性，厚約10.1 m；Ⅲ層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（al - mQ4），流塑 ～ 軟塑，高壓縮性，厚約3.2 m；Ⅶ層粉質(zhì)黏土，中等壓縮性，厚約10.2 m；Ⅹ層含泥砂礫石（alQ3），中密 ～ 密實，中等壓縮性 ～ 低壓縮性，厚約22.5 ～ 24.6 m，設計要求樁端進入該層長度不小于5.0 m。各主要土層承載力特征值、樁基極限側(cè)阻力、端阻力標準值地質(zhì)建議值見表1。

表1 各主要土層承載力特征值、樁基極限側(cè)阻力、端阻力標準值地質(zhì)建議值表

3 泵站基礎設計方案

3.1 泵站主、副廠房平面布置

泵站主廠房由主機間和裝配場組成，長（垂直水流方向，下同）76.83 m，總體寬度（順水流方向，下同）為54.10 m。主機間位于主廠房的左端，長53.02 m，內(nèi)裝4臺3600 ZXQ50 - 3.65型的斜30°軸伸式水泵，和4臺T 3300 -8/1730型額定功率為3 300 kW的電動機，機組間距12.50 m。主機間共有2個機組段，2臺機1段，每段長26.51 m，2機組段間設結(jié)構縫。裝配場位于主廠房的右端，與主機間以20 mm寬的結(jié)構縫分開，地面以上1層，地面以下1層，長53.90 m，寬24.18 m。

泵站副廠房位于主廠房的左側(cè)，長21.22 m，寬39.15 m，共6層，其中地面以下1層，地面以上5層。主、副廠房間設置有20 mm寬的結(jié)構縫。

3.2 樁筏基礎設計方案

根據(jù)本工程的地質(zhì)條件，PHC管樁和混凝土灌注樁2種樁型均是合適的。主要考慮到工程地處杭州市區(qū)，PHC管樁施工時，產(chǎn)生的噪聲較大，會造成一定聲環(huán)境污染，樁型最終選用混凝土灌注樁。

泵站主、副廠房采用D1 000 mmC30混凝土灌注樁，持力層為X層含泥砂礫石。以主機段為例，根據(jù)多次布樁試算，選用樁位布置見圖1，樁間距3.00 m。為控制基礎不均勻沉降，控制樁端進入含泥砂礫石層長度不小于5.00 m，樁底高程取在同一高程（- 34.50 m）。因主機段底板高程不同，樁基長度在26.00 ～ 29.00 m。

圖1 泵站主機段樁位布置圖

3.3 樁基計算

樁頂作用效應豎向力、水平力根據(jù)JGJ 94 — 2008《建筑樁基技術規(guī)范》[1]進行計算?；鶚敦Q向承載力特征值、水平承載力特征值均根據(jù)規(guī)范公式初步計算，后根據(jù)試樁成果進行復核。根據(jù)工程施工及運行期間可能出現(xiàn)的各種不利情況，擬定以下5個代表性工況進行計算：工況1：完建期，內(nèi)外側(cè)均無水；工況2：內(nèi)河側(cè)常水位1.34 m +外江側(cè)設計高潮位8.38 m；工況3：內(nèi)河側(cè)設計水位3.30 m +外江側(cè)多年平均最低潮位2.34 m；工況4：內(nèi)河側(cè)梅汛期多年平均最低水位0.87 m +外江側(cè)設計高潮位8.38 m；工況5：內(nèi)河側(cè)設計高水位3.30 m +外江側(cè)設計低潮位1.35 m。

表2 樁基豎向荷載、水平荷載計算結(jié)果表

計算時考慮的荷載有：結(jié)構及設備自重、內(nèi)河側(cè)水壓力、外江側(cè)水壓力、揚壓力、上部建筑荷載。表2為主機段樁基最大豎向荷載、水平荷載計算結(jié)果。由表2可知，豎向承載力和水平承載力的控制工況均為工況4：單樁豎向荷載最大值為2 849.1 kN（內(nèi)河側(cè)），單樁最大水平荷載為159.7 kN?？梢姡瑢Ρ竟こ虡痘?，外江側(cè)水位越高、內(nèi)河側(cè)水位越低，樁基的最大豎向荷載及水平荷載越大。

4 單樁豎向抗壓、水平靜載試驗

4.1 試樁概況

本工程樁基設計等級為甲級，根據(jù)規(guī)范[1]，單樁豎向極限承載力標準值和水平承載力特征值應通過靜載試驗確定。因此，2013年4 — 5月，對4根D1 000 mm的試樁按JGJ 106 — 2003《建筑基樁檢測技術規(guī)范》[2]有關規(guī)定進行了靜載試驗。試樁概況見表3，其中預估加載量為根據(jù)JGJ 94 — 2008經(jīng)驗公式計算所得，用于選用加載設備、反力系統(tǒng)，確定加載分級等。

表3 試樁概況表

4.2 單樁豎向抗壓靜載試驗方法

豎向抗壓靜載試驗應采用慢速維持荷載法，試驗方法如下：

（1）試驗加載。荷載分級施加，每級加載量為預估最大加載量的1/10，首級加倍；每級荷載施加后，按第0，5，15，30，45，60 min測讀1次試樁各表沉降量，以后每隔30 min測讀1次；當樁頂沉降速率連續(xù)2次小于0.1 mm/h，即認為樁的沉降已穩(wěn)定，可施加下一級荷載；當加載值達到預估最大加載量且沉降穩(wěn)定后，終止加載。

（2）卸載觀測。每級卸載值為加載值的2倍，每級荷載維持l h，按第0，15，30，60 min 測讀樁頂沉降量后，即可卸下一級荷載。卸載至0后，應測讀樁頂殘余沉降量，維持時間為3 h，測讀時間為第0，15，30 min，以后每隔30 min測讀1次。

（3）樁身內(nèi)力和變形測試。通過NEUBREX光納儀測試在靜載試驗過程中測試預埋光纖的應變變化情況，在每級荷載穩(wěn)定時測試1次應變值。通過應變值的變化計算樁身的軸力、側(cè)摩阻力和樁底沉降等變化情況。

4.3 單樁水平靜載試驗方法

試驗加載方法采用單向多循環(huán)加載法。每級荷載（分級荷載為預估荷載的1/12）施加后，恒載4 min后測讀水平位移，然后卸載至0，停2 min 測讀殘余水平位移，至此完成1個加卸載循環(huán)；如此循環(huán)5次，完成一級荷載的位移觀測。規(guī)范規(guī)定，為設計提供依據(jù)的試驗樁宜加載至樁頂出現(xiàn)較大水平位移或樁身結(jié)構破壞，故本工程試樁在樁頭水平位移超過40 mm時終止加載。

5 試樁主要成果及承載力特征值

5.1 單樁豎向承載力特征值確定

單樁豎向抗壓靜載試驗主要成果見表4[3]。

表4 各試樁單樁豎向抗壓靜載試驗成果匯總表

表5 水平靜載試驗成果匯總表

在最大試驗荷載下，通過對采集到的樁身微應變變化情況分析，SZ1、SZ2、SZ3的樁側(cè)摩阻力分別為7 398，7 488，7 414 kN，樁端承載力分別為602.0，512.0，586.0 kN；各試樁Q - S、S - lgQ關系曲線未出現(xiàn)陡降段、S - lgt關系曲線未出現(xiàn)向下折；樁端沉降量分別為3.56，3.00，3.81 mm；樁頂累計沉降量分別為17.95，16.00，17.93 mm。

由試驗結(jié)果可知，總沉降量最大值僅為17.95 mm，不到終止加載標準（總沉降量達到40.00 mm）的50%，說明試樁遠未破壞，無法得出樁端土層的極限端阻力，因此試驗成果不能直接用于計算豎向承載力。但是試驗結(jié)果表明，按經(jīng)驗公式計算豎向承載力是偏于安全的，故設計采用的豎向承載力特征值仍按照經(jīng)驗公式計算確定。

5.2 單樁水平承載力特征值確定

水平靜載試驗成果見表5[3]。由表5可知，SZ1 ～ SZ4單樁水平極限承載力分別為397.0，353.0，309.0，309.0kN，由于試樁數(shù)量較少，且極差較大，故單樁水平極限承載力統(tǒng)計值取低值，即309.0 kN。由于單樁水平極限承載力統(tǒng)計值的1/2（309/2 = 154.5 kN）小于SZ1 ～ SZ4的最小水平臨界荷載176.0 kN，且小于設計要求的樁頂位移6 mm對應的最小荷載195.0 kN，因此，單樁水平承載力特征值取為154.0 kN。

6 樁基設計復核

根據(jù)樁基靜載試驗成果，單樁豎向承載力特征值經(jīng)計算為3 000.0 kN，大于最大豎向荷載2 849.1 kN。單樁水平承載力特征值為152.0 kN，考慮承臺底摩阻效應及承臺效應系數(shù)后，群樁基礎的水平承載力特征值為161.0 kN，大于單樁承擔的最大水平荷載159.7 kN。因此樁基布置滿足要求。

7 泵站沉降觀測

泵站主機段由結(jié)構縫分成2塊，在每個結(jié)構塊的4個角點各布設了1個沉降觀測點，即G - 1 ～ G - 8測點。表6為施工期至2016年3月的泵站沉降觀測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

由觀測結(jié)果可知，泵站沉降已基本穩(wěn)定，累計沉降在2 ～7 mm，不均勻沉降最大值為8 mm，泵站及上部建筑無異常變形，說明本工程樁基設計取得預期效果。

表6 泵站沉降觀測點高程觀測結(jié)果表

8 結(jié) 語

本工程樁基對建筑物變形控制良好，樁基設計取得預期效果，可為類似工程基礎設計提供借鑒；水平靜載試驗成果可為樁周土體為砂質(zhì)粉土的單樁水平承載力取值提供一定參考。

[1] 中國建筑科學研究院.JGJ 94 — 2008建筑樁基技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2] 中國建筑科學研究院.JGJ 106 — 2003建筑基樁檢測技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] 鄭志茂，張永永，潘輝，等.杭州三堡排澇工程基樁靜載試驗成果報告[R].杭州：浙江華東工程安全技術有限公司，2013.

（責任編輯 郎忘憂）

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2016-09-19

朱明笛(1984 - )，男，工程師，碩士，主要從事水工結(jié)構設計。E - mail：zhumingdi@163.com