劉順萍 張健梁 李浩瑾 袁素梅

穿堤涵閘拆除重建典型設(shè)計(jì)

劉順萍 張健梁 李浩瑾 袁素梅

在河道治理工程中，兩岸堤防穿堤涵閘較多，但結(jié)構(gòu)大致相似，前期設(shè)計(jì)可挑選左右堤不同孔徑、不同流量、需要拆除重建的涵閘進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。

河道治理 穿堤涵閘 拆除重建

1 工程布置

金鐘河蝦場(chǎng)三站閘在原閘位上重建，樁號(hào)為53+000，原閘共3-2 m×2 m，拆除重建為2-3 m×2 m，由進(jìn)口、穿堤涵管、出口三部分組成，由臨河側(cè)到背河側(cè)長(zhǎng)度分別為10、36、17 m。

進(jìn)口段分別設(shè)漿砌石護(hù)坡、護(hù)坦、八字翼墻。兩岸八字翼墻與閘室順?biāo)鞣较驃A角為10°，翼墻段順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)10 m，翼墻頂高程為1.70 m，最大墻高4.50 m，與兩側(cè)邊墩相接。進(jìn)口段引渠底寬7 m，兩岸邊坡為1∶2.5，全斷面漿砌石護(hù)砌，渠底高程-2.0 m，與原引渠自然順接。

涵洞與閘室段長(zhǎng)36 m，閘室設(shè)在進(jìn)口，洞身為鋼筋混凝土整體式箱型結(jié)構(gòu)，中間設(shè)伸縮縫3道，縫內(nèi)設(shè)止水。閘室底板頂高程為-2.00 m，底板厚0.80 m。涵洞底板頂高程-2.00 m，底板厚0.5 m。涵洞臨河側(cè)、背河側(cè)設(shè)胸墻。閘室墩頂設(shè)排架支承雙T形梁機(jī)架橋，機(jī)架橋橋面高程4.955 m，長(zhǎng)8.92 m，寬3.0 m。為了方便管理人員維修和操作，特設(shè)計(jì)鋼梯與機(jī)架橋橋面相連。

出口段設(shè)鋼筋混凝土消力池、漿砌石護(hù)底、八字翼墻及出口段排水渠。消力池長(zhǎng)10 m，池深0.5 m，底板厚0.4 m，設(shè)Φ50PVC排水孔，底部做反濾；翼墻頂高程為2.00 m，最大墻高5.30 m，墻身設(shè)2排Φ50PVC排水管，并在墻后做反濾；漿砌石護(hù)底長(zhǎng)7 m，兩側(cè)為1∶2.5漿砌石護(hù)坡；出口排水渠與原排水渠自然順接。

2 防滲設(shè)計(jì)

閘前最高水位3.71 m，閘后按無(wú)水計(jì)，最大水頭差5.71 m。閘基淤泥質(zhì)黏土滲徑系數(shù)取C=6，計(jì)算所需滲徑長(zhǎng)度為34.26 m，設(shè)計(jì)閘基防滲長(zhǎng)度36 m，滿足防滲要求。

3 消能防沖設(shè)計(jì)

3.1 消力池長(zhǎng)度計(jì)算

消力池長(zhǎng)度按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

hc——收縮水深，m；

α——水流動(dòng)能校正系數(shù)，采用1.05；

q——過(guò)閘單寬流量，m2/s；

Lsj——消力池長(zhǎng)度，m；

b1——消力池首端寬度，m；b2——消力池末端寬度，m；

T0——由消力池底板頂面算起的總勢(shì)能，m；

Ls——消力池斜坡段水平投影長(zhǎng)度，m；

β——水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)，采用0.8；

Lj——水躍長(zhǎng)度，m。

3.2 消力池底板厚度計(jì)算

根據(jù)抗沖要求，消力池底板厚度按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

式中 t——消力池底板始端厚度，m

ΔH′——閘孔泄水時(shí)的上、下游水位差，m；

q——過(guò)閘單寬流量，m2/s；

k1——消力池底板計(jì)算系數(shù)，采用0.2。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水情況下，過(guò)閘流量按10 m3/s計(jì)，需要消力池長(zhǎng)度為9.77 m，消力池底板厚度0.345 m，本工程設(shè)計(jì)消力池長(zhǎng)度為10 m，消力池底板厚度為0.4 m，滿足消能要求。

4 閘室穩(wěn)定計(jì)算

選取計(jì)算單元：進(jìn)口閘室與洞身結(jié)合段。

閘室穩(wěn)定計(jì)算公式：

kPa；

A——基底面的面積，m2；

ΣM——作用在計(jì)算段上全部豎向和水平向荷載對(duì)基底面垂直水流方向的形心軸的力矩，kN·m；

W——基底面對(duì)于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩，m3；

η——基底應(yīng)力不均勻系數(shù)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

計(jì)算結(jié)果表明，在各種計(jì)算情況下，閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范允許值；地震工況下基底最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之比不滿足規(guī)范要求，平均基底應(yīng)力均大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力均超過(guò)地基允許承載力的1.2倍。因此，需進(jìn)行地基處理。

表1 閘室穩(wěn)定計(jì)算成果表

5 翼墻穩(wěn)定計(jì)算

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

在各種計(jì)算情況下，翼墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和地基應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范允許值；但平均基底應(yīng)力均大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力均超過(guò)地基允許承載力的1.2倍，不滿足規(guī)范要求，因此，需進(jìn)行地基處理。

表2 翼墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

6 閘室和翼墻地基沉降計(jì)算

閘室和翼墻地基沉降量計(jì)算采用單向壓縮分層總和法。

沉降計(jì)算采用公式：

式中 S∞——土質(zhì)地基最終沉降量，m；

n——土質(zhì)地基壓縮層計(jì)算深度范圍內(nèi)的土層數(shù)；

avi——基礎(chǔ)底面以下第i層土的壓縮系數(shù)，kPa-1；

e1i——基礎(chǔ)底面以下第i層土的初始孔隙比；

σzi——基礎(chǔ)底面以下第i層土的平均附加應(yīng)力，kPa；

hi——基礎(chǔ)底面以下第i層土的厚度，m；

m——地基沉降修正系數(shù)，可采用1.0～1.6（堅(jiān)實(shí)地基取較小者，軟土地基取較大者），本工程為軟土地基，取1.6。

經(jīng)計(jì)算，閘室和翼墻的最終沉降量分別為8.14 cm和13.56 cm，滿足SL 265—2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.3.6條最大沉降量不超過(guò)15 cm的要求；但相鄰部位最大沉降差為5.42 cm，不滿足天然地基相鄰部位最大沉降差不超過(guò)5 cm的要求，需進(jìn)行地基處理。

7 地基處理

該閘建基面高程為-2.8 m，下臥地層為淤泥質(zhì)黏土、黏土等，為中高等壓縮性土，地基允許承載力為60～90 kPa，為軟土地基。穿堤涵閘地基處理，應(yīng)遵循變形控制原則，重視相鄰建筑物以及建筑物與堤防之間的變形協(xié)調(diào)問(wèn)題，以避免不均勻沉降造成滲透通道。

地基處理考慮采用水泥攪拌樁方案，水泥攪拌樁形成的復(fù)合地基最大限度地利用了原土，與剛性樁基相比，水泥攪拌樁所用材料少、投資小且更能適應(yīng)變形協(xié)調(diào)，樁體凝固后其物理力學(xué)性質(zhì)較天然土有較大變化，形成整體性強(qiáng)、且有足夠強(qiáng)度的復(fù)合地基，提高了地基承載力，減少了沉降量。

加固后攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，嚴(yán)格意義上應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，可研設(shè)計(jì)時(shí)參照J(rèn)GJ 79—2002《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，按下式進(jìn)行估算：

式中 fsp,k——復(fù)合地基承載力特征值，kPa；

m——面積置換率；

Ap——樁的截面積，m2；

β——樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土為軟土?xí)r取0.5～1.0，當(dāng)樁端土為硬土?xí)r取0.1～0.4，當(dāng)不考慮樁間軟土的作用時(shí)取0；

fs,k——樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

η——強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.35～0.5；

fcu,k——與攪拌樁樁身加固土配比相同的室內(nèi)加固試塊的90 d齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值，kPa；——樁間土的平均摩擦力，對(duì)淤泥可取5～8 kPa；對(duì)淤泥質(zhì)土可取 8～12 kPa；對(duì)黏性土可取12～15 kPa；

Up——樁周長(zhǎng)，m；

l——樁長(zhǎng)，m；

qp——樁端天然地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

a——樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6。

經(jīng)計(jì)算，水泥攪拌樁采用直徑0.5 m，樁長(zhǎng)7 m，樁間距1.2 m×1.2 m呈三角形布置時(shí)，復(fù)合地基承載力由原來(lái)的60 kPa提高至134.40 kPa，滿足地基承載力要求。采用水泥攪拌樁復(fù)合地基后，可有效地減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中和建筑物相鄰部位的沉降差問(wèn)題。

劉順萍 女 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

張健梁 男 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

李浩瑾 男 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

袁素梅 女 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

TV672

B

1007-6980（2015）04-0006-03

2015-08-18）