基于涡河蒙城枢纽管理区的结构设计方法与研究

刘 洋 楚殿辉

（1.安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司 合肥 230088 2.安徽省淮河河道管理局 蚌埠233000）

随着国家水利基础设施建设的投资及重大水利项目不断推进，水利工程后期运管维护的重要性日趋凸显，管理房等基本配套设施亟需跟进。随着重点水利枢纽工程的管理区规模不断扩大，对布局和建筑物的工程质量也提出了新的要求。由于管理区紧邻水利枢纽，建设过程中需着重考虑不利地质条件及相关结构问题。

1 工程概况

为了便于工程管理，蒙城节制闸上游右岸与老河道间设管理平台，在此布置枢纽管理区，包括管理房、停车场、防汛仓库、绿化及文化设施等。上游管理平台顶高程29.500～29.000m，由引河开挖土方回填，平台面积约90 亩。下游右岸平台高程29.000m，布置景观和绿化。

管理区主要单体建筑物分别为办公楼和生活楼，办公楼为主体四层框架结构，建筑面积约2500m2；生活楼为主体三层，局部一层的框架结构，建筑面积约2400m2。抗震设防烈度为6 度，地震加速度0.05g，设计地震分组为第二组。

2 结构设计

2.1 地基基础设计

2.1.1 管理区场地地质情况

该枢纽管理区由开挖河道填土堆积而成，最大填土深度达10m 以上，填土下部土质主要为粉细砂、砂壤土、夹轻粉质壤土和砂壤土薄层，其中轻粉质壤土承载力较低，且部分土层存在零星的砂僵盘硬块。

2.1.2 地基基础设计方案优化比选

根据地质勘查报告及补勘报告，管理区地下土质复杂，堆积而成的厚回填土对建筑物沉降影响较大。由于办公楼层数较高，并存在局部较大荷载，采用地基加固处理手段无法有效解决附加应力较大导致的地基沉降问题。管理区项目的进度要求较高，管理区主体建筑物办公楼及生活楼施工进度须在节制闸及船闸之前完成。经过地基基础的设计方案比选，采用水泥土搅拌桩无法有效解决地基沉降问题，采用钻孔灌注桩基础工期较长，无法满足施工进度要求。最终确定采用预应力管桩基础处理方案。地基基础设计方案比选见表1。

表1 地基基础设计方案比选表

针对大面积深回填土软土地基，采用此方案较为合适。桩基础参数提供给施工单位与预应力管桩厂家提前联系制作，现场实施安装效率高，成桩质量较好，检测时间短。

2.2 上部结构设计

2.2.1 办公楼结构设计

办公楼主体为四层框架结构，二层平面设有档案室，局部荷载较大，四层大会议室跨度较大，横向跨度15m，纵向跨度17m，该区域接近该层平面面积的3/4，会议室结构层与两侧结构层的板顶高程相差1.5m，形成错层结构，各种因素叠加导致办公楼结构各层竖向刚度相差较大，整体结构竖向不规则。尤其错层结构使框架柱形成短柱，延性降低，易发生脆性变形破坏，抗震不利。

设计中根据平面荷载的不同调整了平面刚度分布，不仅在局部增加竖向构件抗侧移刚度，同时相应增加了水平构件刚度，力求刚度均匀，变形协调。四层会议室与其邻近的错层结构，采用了深梁作为连接错层的构件（图1），使其水平刚度通过深梁均匀传递，既避免了短柱的形成，同时增加了节点刚度和结构延性。会议室大跨度结构采用钢筋混凝土井字梁布置（图2），梁截面统一设计为350mm×900mm，平面网格划分规整，在不影响建筑使用功能的前提下使其结构整体刚度增强，不设吊顶也可达到协调美观的效果，位移变形控制良好。

图1 错层结构转换构件示意图

图2 大跨度结构井字梁布置示意图

2.2.2 生活楼结构设计

生活楼主体为三层框架结构，建筑平面不规则，水平力作用下，在右侧三层结构处发生扭转变形。结构纵长超过50m，局部一层与主体结构三层之间竖向荷载相差较大，且地基为深回填土，需要考虑不均匀沉降及结构是否设缝问题。

设计中考虑到办公楼已采用预应力管桩基础，生活楼体量适中，经成本和进度综合分析，基础设计也采用预应力管桩。此方案同时解决了结构竖向荷载差异较大导致的不均匀沉降问题。结构不设缝处理，进行整体结构分析，找出扭转变形部位，通过增加导致扭转效应的框架角柱和边柱的截面尺寸，有效控制了扭转效应。不设缝处理，也有利于建筑防水及保温构造的处理，增加了建筑物的耐久性。

3 其他关键问题及对策

3.1 室内地面沉降问题

办公楼及生活楼主体结构采用桩基础解决了主体结构沉降问题，但室内地面以下土基为深回填土，如处理不当，一层地面会发生不均匀沉降，建筑装饰地砖会发生严重开裂。对此一般采用分层回填，且素土夯实，压实度不小于0.97，此方法工程实际实施中很难达到预期效果。如完全采用碎石及砂子回填，上部做水泥砂浆面层，经济性差且实施难度较大。

本工程管理区位于深回填土上，不存在二次开挖、回填、压实的条件。采用刚性地坪的做法，承台顶高程以上采用素土分层回填夯实至室内地面高程以下200mm 水泥砂浆垫层处，设混凝土板，板厚不小于120mm 并进行构造配筋，此方法可有效避免不均匀沉降。

3.2 预应力桩无法达到设计高程

办公楼在预应力管桩实施过程中出现局部范围沉桩困难，桩端无法达到设计高程。其中有一处桩出现断桩。经复核补勘报告，判断桩端可能遇到土基中的砂僵盘，果断要求停止沉桩，对达不到设计高程的桩基全部进行桩身完整性和承载力检测，以满足设计要求。如达不到设计要求，进行补桩处理。

3.3 建筑细部线条结构构造的处理原则

办公楼及生活楼的建筑立面存在大量装饰线条、构架等非主体结构构件。考虑到现浇混凝土结构整体性较好，设计中大量采用现浇混凝土的方式处理。局部轻薄的墙身线条尽量采用直径较小的构造钢筋，防止后期开裂。构架均设置了连系梁与主体结构连接，端部设构造柱与连系梁连接，大面积墙身及悬臂非主体结构构件均保证了与主体结构的有效连接，确保了非主体结构构件抗震的整体安全可靠性。

4 结论

水利枢纽工程管理区多位于开挖河道堆积的深回填土之上，此类土基为新回填土，承载力低，沉降大，稳定性差。采用预应力管桩基础能有效解决沉降问题，节省工期，经济适用。室内地坪采用刚性地坪做法，可有效解决室内地面不均匀沉降问题，且不影响施工进度。

管理区主体建筑物多为框架结构，宜尽量采用整体结构设计的原则，按不设缝处理。对于未来使用功能可能发生调整而导致的平面荷载变化的区域，宜在结构设计中预留一定的富裕度。局部存在的单跨结构，对竖向受力构件提高一级抗震构造措施进行设计。对存在错层、大跨度、局部平面荷载过大导致的结构平面不规则、竖向不规则问题，均可以通过调整结构布置、优化结构设计的方式解决■