張光耀?馮嘉慶

摘要：水利工程中運(yùn)用混凝土鉆孔灌注樁進(jìn)行堤防基礎(chǔ)處理，主要在于能夠提高堤防基礎(chǔ)的抗剪能力以及承載能力。以某河段堤防基礎(chǔ)處理為例，介紹了混凝土鉆孔灌注在軟基基礎(chǔ)堤防中的應(yīng)用，觀測(cè)結(jié)果表明，此次工程有效地提高了堤防基礎(chǔ)的地基承載力及擋墻位移變形，減少了地基沉降量，保證了擋墻的整體穩(wěn)定變形，同時(shí)通過試驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)論表明所檢測(cè)樁基的相關(guān)力學(xué)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：混凝土鉆孔灌注樁;堤防基礎(chǔ)處理;樁基力學(xué)試驗(yàn)

1.工程概況

堤防工程位于甌江下游，屬浙江沿海丘陵沖積平原，沿線上游段以沖洪積堆積為主，下游段以沖海積堆積為主。工程區(qū)位于軟土區(qū)，淤泥或淤泥質(zhì)粘土分布廣泛且含水量高，江水一天兩潮，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此工程的基礎(chǔ)處理尤為重要。工程基礎(chǔ)處理主要采用鉆孔灌注樁。

2.工程地質(zhì)勘探結(jié)論

（1）工程上游段以沖海積堆積為主，局部為人工堆積的生活垃圾及建筑物垃圾。地層表面存在硬殼層，臨江相變?yōu)楹喾奂?xì)砂或砂質(zhì)粉土。堤防基礎(chǔ)土層，以粉砂、砂礫卵石為主，強(qiáng)度高，分布穩(wěn)定，工程地質(zhì)條件較好， 砂礫卵石層深度較淺，地基砂礫卵石層厚度大，穩(wěn)定性好，適合成為樁端持力層。

（2）工程下游段堤防地處海陸相沉積的交錯(cuò)地帶，沖積砂礫卵石層、砂層與海相軟土交互出現(xiàn)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。下臥較厚的軟土層，并在河道邊坡出露，其含水量高，高壓縮性，高靈敏度，低強(qiáng)度，工程地質(zhì)條件差，是堤基穩(wěn)定和抗沖穩(wěn)定的控制性土層

（3）工程位于感潮河段，海水和淺層地下水PH>6.5，對(duì)砼無(wú)一般酸性型腐蝕，工程下游段500 mg/L≥Cl-含量>100mg/L，對(duì)砼中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

3.工程等級(jí)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）、《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）確定工程等級(jí)為4級(jí)，工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

3.1堤防結(jié)構(gòu)形式

工程上游段堤防位于人口密集段，采用輕型框架式斷面。工程下游段采用重力式擋墻方案，堤身采用石碴填筑。堤背采用粉質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)土填筑，坡面鋪設(shè)土工格室以及種植土一層，下設(shè)一級(jí)砼擋墻，與防汛道路相連接。土方填筑體與石碴填筑體交接面臨時(shí)邊坡為1：1，中間設(shè)300g/m2無(wú)紡?fù)凉げ?。堤頂?m，頂部和背坡考慮景觀綠化。

3.2堤防基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.2.1 地基處理辦法

目前常用的堤防軟土地基處理方式有：置換、吹砂或碎石墊層加速排水、堤腳處壓載、排水固結(jié)法、真空預(yù)壓法、爆破擠淤法、樁基處理法、深層攪拌法以及振沖擠密法等。根據(jù)工程范圍內(nèi)的地形地質(zhì)條件和自然地理?xiàng)l件，排水固結(jié)法、真空預(yù)壓法及爆破擠淤法等方法在本工程不宜采用。

3.2.2軟土地基處理方案比選

換填法方案：主要通過挖除置換基礎(chǔ)底面不太深的一定范圍內(nèi)的軟弱土層，可以把上部荷載擴(kuò)散傳至下面的下臥層，以滿足上部建筑所需的地基承載力和減少沉降量的要求。樁基處理法方案：對(duì)于重力式擋墻采用樁基方案能有效的減少沉降，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較強(qiáng)。

綜合以上分析，本工程直立式輕型框架式堤型基礎(chǔ)處理推薦采用徑φ80cm砼鉆孔灌注樁進(jìn)行處理。

3.3 灌注樁計(jì)算

本工程對(duì)于地基淺土層中含有砂礫石等夾層的重力式擋墻和輕型框架式防洪墻基礎(chǔ)采用樁基（鉆孔灌注樁）處理。輕型框架結(jié)構(gòu)底板以下樁基（鉆孔灌注樁）的作用有兩個(gè)：一是承受上部結(jié)構(gòu)傳遞的豎向荷載，二是承擔(dān)土壓力和水壓力作用產(chǎn)生的水平滑移力。樁基采用φ80cm鉆孔灌注樁，布置間距根據(jù)豎向承載力和水平承載力共同確定，以滿足抗豎向力和水平力的要求。

（1）灌注樁豎向力和水平向力計(jì)算計(jì)算

灌注樁的豎向力Ni按下式計(jì)算：

式中：Nik—第i根樁所受的豎向力（kN）;Fk—作用于承臺(tái)頂面的豎向力（kN）;Gk—樁基承臺(tái)和承臺(tái)上土重標(biāo)準(zhǔn)值（kN）;n—樁的總根數(shù);Mxk—作用于承臺(tái)底面，繞通過樁群形心的x主軸的力矩（kN·m）;Myk—作用于承臺(tái)底面，繞通過樁群形心的y主軸的力矩（kN·m）;yi—第i根基樁至x軸的距離（m）;xi—第i根基樁至y軸的距離（m）;

灌注樁的水平向力按下式計(jì)算：

式中：H—作用于樁基承臺(tái)底面的水平力（kN）;Hi—作用于任一復(fù)合基樁或基樁的水平力設(shè)計(jì)值（kN）;n—樁基中的樁數(shù);

（2）單樁豎向承載力

樁基豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）公式計(jì)算：

Quk—單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;Qsk—單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;

Qpk—單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;u—樁身周長(zhǎng);Ψsi、Ψp—大直徑樁側(cè)阻力、端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù);qsik—樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;li—樁穿越第i層土的厚度;qpk—極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;Ap—樁端面積;Ra—基樁豎向承載力特征值;K—安全系數(shù)，取K=2。

（3）水平向承載力計(jì)算

按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008），考慮C30砼灌注樁樁身配筋率不小于0.65%，對(duì)樁基水平向承載力進(jìn)行計(jì)算。

灌注樁單樁水平承載力特征值：

式中：EI—樁身抗彎剛度，EI=0.85EcI0，其中I0為樁身?yè)Q算截面慣性矩，Ec為樁體材料彈性模量，C30砼彈性模量取為30000MPa;χ0a—樁頂容許水平位移，按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，取為6mm;vx—樁頂水平位移系數(shù);α—樁的水平變形系數(shù);m—樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù);b0—樁身的計(jì)算寬度（m）;

各段在最不利組合工況（背水坡水位為4.50m，外江側(cè)水位取3.0m）作用下，砼灌注樁的豎向力、豎向承載力、水平力和水平承載力計(jì)算結(jié)果見表5-2。

由上表可以看出，各堤段在最不利情況下，單樁最大豎向力Nimax≤1.2Ra，單樁最大水平力Himax≤Rha。因此。基礎(chǔ)下的鉆孔灌注樁樁基按橫向間距2.4m、縱向間距2.4m布置，樁基豎向承載力和水平承載力能滿足設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)語(yǔ)

該段堤防基礎(chǔ)處理中利用混凝土鉆孔灌注樁的加固辦法來提高地基承載力和地基土抗剪強(qiáng)度是非常有效的，而且該基礎(chǔ)處理方法施工對(duì)周圍建筑物影響小、工期短、是水利工程中提高地基承載力和地基土抗剪強(qiáng)度較為普遍采用的一種基礎(chǔ)處理措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]（JGJ106-2014）建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范;

[2]（JGJ94-2008）《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》

[3]（GB50286-2013）《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》

[4]（SL252-2000）《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（于2017年4月9日變更為SL252-2017）