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浙江长命排涝闸基加固案例：锚杆静压桩的成功应用

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：在运行过程中发现该排涝闸站闸室段底板下存在贯穿性的渗漏通道，闸室整体下沉约1cm，且闸底板西南侧存在严重的渗透破坏。图6.22长命排涝闸平面布置示意图由于长命排涝闸站闸室段基础原设计仅做开挖处理，土体发生破坏后不能有效承担上部荷载，因此必须对基础进行加固补强。表6.4闸室段不同工况应力情况表锚杆静压桩的设计与施工。

（1）工程概述。浙江长命排涝闸站建于1992年，承担长命圩区东片9.904km2的排涝任务。圩区防洪标准为20年一遇，排涝标准为10年一遇一日暴雨两日排出。闸站建设规模为3台900ZLB—125型水泵配电机110kW，单机排涝流量2.78m3/s，总排涝流量为8.34m3/s，闸站建筑物级别为4级。设计闸门顶高程为6.00m，墩厚0.80m，底板高程0.80m，闸墩顶高程6.50m（见图6.22）。闸站中心布置在同一轴线，采用平底板基础及钢筋混凝土墩墙。根据1992年地质勘探资料知闸站地基土为单一黄灰色粉土，土层厚18m（未揭穿该层），其容许承载力fk=120kPa，极限侧阻力标准值Qsk=25kPa。

在运行过程中发现该排涝闸站闸室段底板下存在贯穿性的渗漏通道，闸室整体下沉约1cm，且闸底板西南侧存在严重的渗透破坏。

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图6.22　长命排涝闸平面布置示意图

由于长命排涝闸站闸室段基础原设计仅做开挖处理，土体发生破坏后不能有效承担上部荷载，因此必须对基础进行加固补强。现状闸底板上设有门槽，闸室高度为5.7m，施工空间满足锚杆静压桩的施工操作要求。为了能使加固桩与原基础尽量协调工作，桩截面不宜过大、数量不宜过多、桩段不宜过长，但承载力能满足上部荷载的要求。同时考虑到锚杆静压桩是挤土型桩，截面过大会导致排土挤土效应过大，容易对北侧泵室造成挤压位移，故适用于300mm×300mm的钢筋混凝土方桩。闸室段分完建期和运行期，两种不同工况应力情况见表6.4。

表6.4　闸室段不同工况应力情况表

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（2）锚杆静压桩的设计与施工。

1）单桩竖向力计算。

式中　Ni——偏心竖向力设计值；

Mx、My——作用于承台底面通过桩群形心x、y轴的弯矩设计值；

xi、yi——基桩至x、y轴的距离；

n——桩数。

2）单桩竖向极限承载力和桩长计算。

式中　Quk——单桩竖向极限承载力标准值；

Qsk、Qpk——单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值；

u——桩身周长；

li——桩穿越第i层土的厚度；

Ap——桩端面积；

qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；

qpk——极限端阻力标准值。

3）桩基竖向承载力设计值。

式中　　　R——基桩竖向承载力设计值；

γs、γp、γc——桩侧、桩端、承台底土阻抗力分项系数；

ηs、ηp、ηc——桩侧、桩端、承台底土阻力群桩效应系数；

Qsk、Qpk——单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值。

4）锚杆静压桩设计最终压桩力计算

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式中　Kp——压桩力系数，在触变性粘土中，当桩长小于20m时，取1.5；非触变性粘土（如填土），取2.0；

Pp（L）——设计最终压桩力；

L——桩最终入土深度；

Pa——设计单桩竖向承载力。

5）桩身混凝土强度。桩身混凝土强度应满足：

式中　fc——混凝土轴心抗压强度设计值；

φc——工作条件系数，取0.75。

6）桩身配筋［3］。桩身配筋按轴心受压构件计算：

式中　N——竖向力设计值；

φ——钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数；

pagenumber_ebook=303,pagenumber_book=271 ——纵向钢筋的抗压强度设计值；

Rd——钢筋混凝土结构的结构系数；

pagenumber_ebook=303,pagenumber_book=271 ——全部纵向钢筋的截面面积。

经计算，单桩竖向力为404.6kN，单桩容许竖向承载力设计值为374kN，设计锚杆静压桩桩长为14m，桩个数为8个，设计最终压桩力为562kN，混凝土强度等级为C30，按构造配筋。桩段长度考虑到施工净空高度和施工情况选用2.0m，桩段间连接采用焊接接头。

7）主要施工工艺。

①桩段制作。钢筋混凝土预制桩段严格按配筋设计制作、桩身平直、外形尺寸误差不大于±5mm；

②桩段连接。桩段连接采用焊接，用预埋在桩体内的钢板和桩四周外壁的角钢对焊，并预留插筋孔和吊装孔；

③压桩架安装保持垂直，锚固螺栓、螺帽均衡紧固，压桩过程中随时拧紧松动的螺帽；就位桩节保持竖直，千斤顶、桩节和压桩孔轴线重合，不偏心加压；桩位平面偏差不超过±20mm，桩节垂直度控制在1‰以内；

④压桩施工中做到对称进行，并避免数台压桩设备在同一承台上同时施工，同时确保压桩力总和不超过该基础及上部结构的自重，以防止基础上抬造成结构破坏；

⑤压桩保持连续进行，并尽量减少接桩时间，同时中途不长时间停顿，以免土体固结超静水压力消散，引起摩阻力剧增。若中途必须停压时，也保证桩尖仍停留在软土层中，且停压时间不超过24h；

⑥封桩工艺。封桩前桩顶按设计和规范要求截面至设计标高。凿毛并刷洗干净桩顶表面后再涂混凝土界面剂，焊接底板钢筋、清除孔内杂物、积水及浮浆，然后与桩帽浇注C30微膨胀早强混凝土。

8）施工工艺流程。确定桩孔位置及定位→开凿压桩孔（钻取锚杆孔）→种植锚杆→安装压桩架和千斤顶→压桩→达到设计要求→拆除压桩反力架→切割桩头→清孔（配制C30微膨胀早强混凝土）→封桩。

（3）实施效果。基础加固处理从水闸下游侧开始对称施工，并采用700kN静压桩机1台、空压机等设备。施工时保证连续性和压桩架的垂直度，桩位偏差不超过±20mm，桩节垂直度控制在1‰以内。

桩基加固于2007年3月10日开始实施，同月20日完工，最终压桩力与压桩深度满足设计要求。经观测闸室无沉降（见表6.5沉降量一栏中的有括号数值），目前闸室底板回填灌浆、截渗墙等综合措施已同步实施完成，水闸运行良好。

表6.5　闸室沉降观测表

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注　表中沉降量一栏中的数值无括号的为1992年完建时到2007年4月20日期间的沉降量，有括号的为2007年4月20日到7月19日期间的沉降量。