1、工程概况白涛化工园区拦截坝工程位于重庆市涪陵区，属乌江白涛河流域，为化工园区第第三级拦截坝，是一座以拦截化工园区事故污水为任务的小（2）型水利工程，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为 5 级。大坝为全坝段重力溢流坝，在大坝施工过程中 , 进行至4# 坝段基础开挖时，发现实际开挖的地质情况与原设计发生较大变化，受地形条件限制，无法继续进行 4# 坝段基础开挖。故需要对 4# 坝段基础进行处理，或更改建坝方案见图 1。2、设计方案的选择与确定由于 4# 坝段坝基地质条件不满足修建重力坝的要求，故首先考虑调整坝型为土石坝以适应现场实际地质条件。但由于本闸坝工程原设计为坝顶全断面溢流，若采用土石坝坝型，则必须抬高坝顶高程，将极大地增加坝体工程量，且土石坝坝段与左岸溢流坝段的衔接，需设置侧墙挡土，侧墙高度大，且由于土石坝坝底宽度大，侧墙长度较长，挡土墙工程量大，因此，土石坝方案工程投资增加较多；其次，由于土石坝段不能溢流，将大幅束窄坝址处的河道的行洪断面，将造成坝上游严重雍水，经水文计算，将造成左岸公路淹没，因此，从工程防洪安全角度看，土石坝方案不可行。综上所述只能采取工程措施对 4# 坝段基础进行处理，使之满足溢流坝的建坝要求。4# 坝段推荐采用桩承台基础 + 溢流坝的设计方案。3、桩承台的设计与计算分析3.1 理论计算3.1.1 荷载组合对 4# 坝段进行理论计算分析，主要研究竣工期与运行期桩基与承台的应力变形。选取四种组合：①基本组合 正常蓄水位情况；②基本组合 设计洪水位情况；③特殊组合 校核洪水位情况；④特殊组合 应急挡水情况：上游水位为正常蓄水位，下游无水。3.1.2 桩数初选对于嵌岩桩，根据物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值，按下式估算：式中 、 分别为土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限阻力； 岩石饱和单轴抗压强度标准值；经计算，初选桩基直径 1.2m，初选桩基总数 16 根。3.1.3 . 竖向承载力验证桩基竖向承载力计算应符合下列要求：轴心竖向力作用下Nk R偏心竖向力作用下，还应满足下式的要求：Nkmax 1.2R式中， Nkmax 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，桩顶最大竖向力；R 基桩承载力特征值。经验算校核，初选方案（桩径 1.2m，桩数 16 根），竖向承载力均满足要求。3.1.4 水平承载力校核受水平荷载的一般建筑物和水平荷载较小的高大建筑物单桩基础和群桩中基桩应满足下式要求：Hik Rh式中，Hik 在荷载效应标准组合下，作用于基桩 i 桩顶处的水平力；Rh 单桩基础或群桩中基桩的水平承载力特征值，对于单桩基础，可取单桩的水平承载力特征值 Rha。经验算校核，初选方案（桩径 1.2m，桩数 16 根），水平承载力不满足要求，需进行修正，桩基按 4 5 布置，桩径1.8m，桩基配筋率为 1%，则水平承载力满足要求。3.1.5 承台验算1） 坝体对承台的冲剪切计算受柱（墙）冲切承载力按下列公式计算：Fl = F ? Qi式中， Fl 在荷载效应基本组合下作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值；F 在荷载效应基本组合作用下柱（墙）底的竖向荷载设计值；i Q 在荷载效应基本组合下冲切破坏锥体内各基桩或复合基桩的反力设计值之和。经计算，冲剪切计算结果满足要求。2） 边桩对承台的冲剪切计算四桩以上（含四桩）承台受角桩冲切的承载力按下列公式计算式中， Nl 在荷载效应基本组合作用下角桩反力设计值；1x 1y , 角桩冲切系数；经计算，边桩对承台的冲剪切计算结果满足要求。（3） 受剪计算承台斜截面受剪承载力按下列公式计算式中，V 斜截面的最大剪力设计值； 受剪切承载力截面高度影响系数；取 h0 = 2000m 。经计算，承台斜截面受剪承载力满足要求。3.2 有限元计算3.2.1 计算网格采用 20 根桩，桩径 1.8m，4 5，顺河向桩间距为 4.8m，横河向桩间距 4.2m，选取靠近 5# 坝段覆盖层最深处 4.2m 坝体及地基进行建模，并将地基向上下游拓宽 15m。所建立的模型单元共计 12556 个，节点 15091 个，单元类型为 C3D8R（六面体减缩积分单元）。3.2.2 应力应变计算结果1） 整体位移竣工期水平位移最大值为 2.85mm，发生在坝顶，坝基相对稳定，水平位移不超过 1mm；沉降最大值发生在上游坝体内，最大值为 4.34mm。蓄水期最大水平位移为 11.8mm，发生在坝顶，坝底水平位移在 10mm 左右，坝体整体变形较小，主要底部基础在水平荷载下引起的整体水平位移；沉降最大值发生在坝体上游覆盖层内，最大沉降 21.2mm，而坝体沉降较为均匀，为 2.9mm。2） 桩体应力应变竣工期桩体水平位移最大值为 0.26mm，无水平位移，而竣工期水平位移最大值为 10.36mm。蓄水期桩体最大拉应力为 0.49MPa，发生在 1# 桩与承台接触下游侧，最大压应力为 5.13MPa，发生在 2# 桩与承台接触上游侧；蓄水期最大拉应力为 1.08MPa，发生在 1# 桩基嵌岩处上游侧，最大压应力为 4.54MPa。3） 承台应力竣工期承台最大拉应力为 0.25MPa，发生在 1# 桩与承台接触面，最大压应力为 2.80MPa，发生在 2# 桩与承台接触面上游侧；蓄水期承台最大拉应力为 0.38MPa，发生在 1# 桩与承台接触上游侧，最大压应力为 5.20MPa，发生在 3# 桩与承台接触面上游侧。但是拉压应力均满足 C25 混凝土的抗拉抗压强度标准值。4） 基岩承载力校核竣工期基岩最大压应力为 1.82MPa，蓄水期基岩最大压应力为 2.30MPa，满足地基承载力要求。3.2.3 内力计算结果竣工期：1# 桩弯矩 208kN.m，轴力 6332kN, 剪力 234kN,2# 桩 弯 矩 377kN.m， 轴 力 6574kN, 剪 力 108kN, 3# 桩 弯 矩496kN.m， 轴 力 5152kN, 剪 力 129kN, 4# 桩 弯 矩 699kN.m，轴 力 3410kN, 剪 力 343kN， 承 台 弯 矩 164000kN.m， 轴 力116000kN, 剪力 2678 kN。蓄 水 期：1# 桩 弯 矩 1387kN.m， 轴 力 1431kN, 2# 桩 弯 矩2095kN.m，轴力 4143kN, 3# 桩弯矩 2190kN.m，轴力 5149kN,4# 桩弯矩 1890kN.m，轴力 5822kN, 承台弯矩 73000kN.m，轴力 112000kN。
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