某船闸提高承载的措施分析

某船闸提高承载的措施分析第一节工程概况

一、工程综合概况

1、新坝船闸是沟通XX水系与XX——XX水系的节点工程，是杭甬运河的重要通航枢纽，船闸建设规模为IV级（500吨级）通航标准闸室有效尺度，200X12X

2.5m；；上闸首边墩标高一

0.30至+

11.90m,底板厚度

3.00m下闸首边墩标高+

0.30至+；

8.00m,底板厚度

2.50m上游设计通航高水位

7.08m,设计通航低水位

4.72m下游内；河设计通航高水位

6.50m,设计通航低水位，

5.30m船闸通航净空为

7.00m上下闸首均为钢筋混凝土（C25）坞式结构，采用短廊道集中输水闸首边墩上部启闭机房为5层现浇钢筋混凝土框架结构，平板式提升闸门，带平衡重的卷扬机启闭方式

2、船闸区域的地质大都属冲湖积区，区域内地质表层软土厚度一般大于5m,最厚达25m,压缩性高、强度低、边坡稳定性差在施工图设计中，闸首的基础均为水泥搅拌桩，上闸首桩数为42根，桩长

2.0-

4.0m,；下闸首桩数143根，桩长米，要求桩端进入承载力较高的粘土层不小于500mm复核地基设计承载力为每平方米140KN

二、启闭机房的设计过程新坝船闸施工于2003年8月份招标，由于当时启闭机房的施工图设计尚未开始，因此启闭机房也未列入船闸工程的施工范围2004年5月新坝船闸启闭机房通过多个方案比较，最终选择了浙江大业大学建筑设计研究院参赛的启闭机房2#方案，使启闭机房具有使用功能的同时还具有景观功能且和周围城镇规划相协调启闭机房的荷载落在每侧闸首边墩为7000KN（除闸门启闭机械荷载外）,原设计院提供的每侧边墩承载力为3500KN（除闸门启闭机械荷载外），闸首边墩承载不足，必须设法提高下闸首的承载力当时下闸首边墩已施工到+

7.20m标高，闸室完成了中间部分边底板，上闸首还未开工，和下闸首相连的闸室工程尚未进行施工下闸首及闸室处于大开挖状态，基坑干燥；没有利用井点降水，而是采取了集水井明排水，水量很小整个船闸在农田中建设，周围没有永久建筑物，周边环境对提高边墩承载力措施的实施影响很小第二节基础承载力提高方案的选择

一、基础承载力提高方案选择的原则由于下闸首已在启闭机房方案确定前进行施工，且下闸首边墩混凝土已浇筑到+

7.20m标高仅预留

0.80m的启闭机房立柱插筋高度，根据上述情况，加强基础承载力方案原则如下

1、费用控制原则承载力提高的费用比把已完成的下闸首混凝土炸掉，待基础再次加固后重新浇混凝土的费用要低

2、承载力提高不能对已施工完成的基础造成影响，启闭机房的立柱不能布置在两种不同的基础上，补强后的基础承载力必须留有一定的富裕度和安全系数

3、措施的实施对上部启闭机房框架施工的影响应尽量小

4、实施后要达到安全可靠、不留隐患，满足生产和使用要求、施工方便等要求

二、几种基础承载力措施的提出和相关分析

1、利用平移技术将已基本完成的闸首边墩，利用已被房建工程上广泛运用的、技术成熟的平移技术；移开下闸首后再处理基础，等基础处理加强后平移回原地优点当时闸室及下游翼墙均处于大开挖状态，可能省去平移的大量前期工作；相比房屋的平移，下闸首的结构更适合平移；费用省，时间短，根据房屋平移的费用估算应在20万元以内，整个平移加上基础加固时间应在15天内可完成；加强最彻底、受力最明确缺点该技术在房屋上运用较多，在水运工程中不知有无成功的先例；在下闸首平移基础加固的过程中上部结构的施工必须停工，对工期有一定的影响、钻孔灌注柱托置方案2钻孔灌注桩托置方案是在的下闸首垂直于船闸轴线的两侧各打一排（或二排）钻孔灌注桩钻孔灌注桩轴线距闸底板边线

1.5m,桩距

2.0m,桩径巾800,经计算桩长约

20.0m（从闸首底板底标高算起）,然后将桩顶用立柱接长，在闸首顶面用厚

1.0m的整体顶板将灌注桩和闸首边墩浇在一起，使灌注桩起到托置下闸首的作用，提高基础的承载力该方案的实施难度不大，造价也较低，是可行的方案之一优点钻孔灌注桩的单柱承载力高，经过设计合理布桩，提高承载力较大，使加固后的基础承载力有一定的富裕度，安全系数较高下闸首边墩上部已预留80cm尚未施工，凿除20cm后可以布置厚约

1.0m的加强顶板，顶板的刚度大，抗弯能力好，可保证灌注桩和原基础共同作用；施工工艺成熟，施工周期较短，对工期造成的影响较小；工程费用较适中缺点水泥搅拌桩是浅基础，钻孔灌注桩是深基础，在已有的闸底板边上施工钻孔灌注桩可能会对原有地基造成影响，为防止钻孔的影响，可采用钢护筒跟进法钻孔，将钢护筒随着钻孔进尺同时打下去，以保护孔壁、扩大基础底板方案3扩大基础底板的方案是在垂直于船闸轴线的下闸首底板两侧再补打一排水泥搅拌桩，使新打的水泥搅拌柱和原底板外预留的一排水泥搅拌桩形成扩大的水泥搅拌桩基础，然后将下闸首底板在垂直于船闸轴线的两侧各拼宽

3.2m,形成每一侧51m2的加宽底板，根据水泥搅拌桩基础的设计承载力为每平方米14吨，扣除回填土的自重荷载，也可基本满足要求但为确保加宽的底板与原底板共同受力，应将原底板的钢筋垂直于闸室轴线的钢筋每边凿出20cm并接长，再用混凝土将加宽底板和原底板连在一起；该方案实施难度大优点在已有的水泥搅拌桩外侧再补打一排水泥搅拌桩，二者同属浅基础，且补打水泥桩施工时受已有的水泥搅拌桩保护，不会对原基础造成影响，施工安全性较好；打水泥搅拌桩施工难度不大，且底板加宽不影响闸门安装和上部结构施工，对工期造成的影响较小；工程费用较省缺点对原基础底板有影响，底板拼接施工有难度，且质量难以保证4运用托换技术托换技术是指解决对既有建筑物的地基需要处理、基础需要加固等问题，和对既有建筑物基础需要修建地下工程及其邻近需要建造工程而影响到既有建筑物的安全问题的技术总称桩式托换法是采用桩进行基础托换方法的总称是在基础结构的下部或两侧设置各类桩，在桩上搁置托梁或承台系统或直接与基础锚固，来支承被托换的墙和柱基适用于软弱粘性土、松散砂土、饱和黄土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等以坑式静压桩托换法为例在墙基或柱下开挖竖坑和横坑，在基础底部放直径为祖150——巾200的钢筋混凝土预制桩，每节桩长可按托换的净空高度和千斤顶的行程确定（一般为1—2m）,桩顶上安放钢垫板，在其上再设置行程较大的15——30吨的油压千斤顶，千斤顶上放压力传感器，用钢垫板顶住基础底板作为反力支点，分节将钢管或钢筋混凝土预制方桩压入桩分段压入，对钢管桩分段接头可采用焊接，对钢筋混凝土桩分段接头可采用硫磺胶泥或焊接接桩桩顶应压入到压桩力达

1.5倍单桩承载力标准值相应深度的土层内，桩压至设计深度后，拆除千斤顶，对钢管桩可根据工程要求在管内灌注混凝土；最后应用混凝土将桩与原有基础灌注成一个整体在闸首承载力提高中可由设计经计算确定，在框架柱下方设置静压桩应可解决问题优点根据整个下闸首的受力特点，两边墩荷载大，中间受水压力荷载小，因此可可用托换技术对下闸首边墩进行基础承载力加强；技术成熟，房建上运用较多；费用最小，同时不影响上部结构物的施工缺点托换技术对条形基础比较适用，对闸首这样的大基础有它的局限性，使得底板受力复杂第三节最终措施的确定选择综合平移加强方案、钻孔灌注桩托置方案、扩大基础底板方案、托换技术方案，各有优、缺点；其中以托换技术的优点尤为明显，但托换技术在条形基础中运用广泛，在闸首边墩的加强中，受力计算难度大根据基础加强处方案应达到安全可靠、不留隐患，满足施工要求的原则，几家设计部门和业主最终采用了被基础工程学称之为“万能式桩基”的桩箱基础运用于船闸边墩的基础加强桩箱式基础是由具有底、顶板、外墙和若干纵横内隔构成的箱型结构，把上部荷载传递给桩的基础形式是箱型基础和桩基础的复合型基础，由于刚度很大，具有调整各桩受力和沉降的良好性能，因此在软弱地基上建造高层建筑时较多采用桩箱基础，它适用于包括框架在内的任何结构形式桩箱基础是一种可以在任何适合于桩基础的地质条件下建造任何结构形式的高层建筑物；因此，在基础工程学中有“万能式桩基”的称号，但它也是各种桩基中费用最大的，但就其安全性能来说是最强的50年的房屋，100年的桥梁，千年的古运河，我们的船闸要用多少年？一一只要结构情况允许，即使远远超过设计使用年限，也还可能发挥作用因此现在多花一点资金在基础上是完全值得的桩箱式基础在新坝船闸下闸首承载力提高的做法是首先在闸首边墩外侧各打两排中600的灌注桩（每侧20根，单根桩承载力为650KN）,再在桩的顶部设置钢筋混凝土空箱（每侧空箱用料体积220m3,计5500KN,采用C30钢筋混凝土）空箱从+

0.30至

7.00m（原已浇筑完成的混凝土边墩凿除20cm）和原闸首边墩用2cm的油浸软木板分隔；空箱从+

7.00至

8.00m和原闸首边墩用

1.0m厚的钢筋混凝土（C30）梁板连成整体（见闸首边墩的加强简图）从受力来分析看，启闭机房的荷载由整个坞式闸首及已和闸首形成整体的、有着高承载力的两边的桩箱基础共同承载从中可以看出桩箱基础在闸首承载力提高的运用中是相对合理的结构形式相关力学设计算假设闸首自身的自重荷载可由闸首底部的复合地基承当，而启闭机房的7000KN荷载全部由桩箱基础承当；由此来作为设计的指导思想

1、垂直承载校核650X20-7000-5500=500KN0说明仅桩箱基础就能承载启闭机房传下来的竖向荷载、从结构及受力分析，断面图上的断面最有可能受剪破坏，有必要进行抗剪破坏2J—J验算v=

0.7f bh+l.25f*A*h/scs t0yv sv0（Vcs构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值；

0.7计算系数；f混凝t；，土轴心抗拉设计值，C30的f=

1.43b、h为截面尺寸l.25fyv*Asv*h/s为箍筋t00提供的抗剪承载力计算公式由于截面尺寸较大，先计算仅由混凝土提供的抗剪承载力，即令箍筋的抗剪承载力为）0V=

0.7f bh+O=o.7Xi.43X16*io3Xi*io3+O=16016KN7000KNcs to即J—J断面仅由混凝土提供的抗剪承载力就足以满足要求，箍筋配置只需按照构造要求即可

3、空箱从+

7.00至

8.00m和原闸首边墩用l.m厚的钢筋混凝土梁板的受力钢筋可通过抗弯设计配筋，通过受力简图不难计算得出；此处略上闸首由于当时尚未施工，地基处理采用了88根预应力管桩增加承载力的办法解决了基础承载力不足的矛盾随着建设、设计、施工单位的共同努力，目前已完成了下闸首边墩外拼桩箱式基础的施工2004年12月29日，下闸首钢闸门顺利落闸，这标志着新坝船闸船闸已进入一个新的施工阶段，2005年6月，造型美观的下闸首上的启闭机房以成功建成，从沉降观测来看“万能式桩基”的桩箱基础已在下闸首的基础加强中取得了良好的效果。