沖孔灌注樁基礎(chǔ)在三明市城區(qū)防洪工程中的應(yīng)用

陳成榕

(三明市堤防管理處，福建 三明 365000)

沖孔灌注樁基礎(chǔ)在三明市城區(qū)防洪工程中的應(yīng)用

陳成榕

(三明市堤防管理處，福建 三明 365000)

摘要：福建省三明市城區(qū)位于斑竹水電站庫(kù)區(qū)內(nèi)，堤防建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具有一定難度。本文結(jié)合三明市城區(qū)臺(tái)江段防洪堤工程實(shí)際，簡(jiǎn)述了防洪堤基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況、施工質(zhì)量控制，介紹了沖孔灌注樁基礎(chǔ)在三明市城區(qū)防洪工程建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：庫(kù)區(qū)；城市防洪；沖孔灌注樁；應(yīng)用

三明市位于福建省中部連接西北隅，是閩西北政治經(jīng)濟(jì)文化中心和著名山區(qū)園林文明城市。三明市城區(qū)面積18 km2,人口28萬(wàn)，閩江上游的三大支流之一沙溪河穿城而過(guò)。

1工程概況

1.1水文氣象

福建省三明市屬我國(guó)東部季風(fēng)區(qū)，中亞熱帶濕潤(rùn)氣候，雨量豐沛，暴雨頻繁，多年平均降水量1606.4 mm，平均相對(duì)濕度79%。全年按天氣成因大致可分為：3—4月春雨，5—6月梅雨，7—9月臺(tái)風(fēng)雷雨和10—2月干季四個(gè)時(shí)期。

經(jīng)對(duì)本流域歷年大洪水的暴雨天氣資料分析，較大洪水多系鋒面雨所致，加之沙溪河為山區(qū)河流，洪水漲落急劇，匯流快、流速大、破壞力強(qiáng)。因此每次洪水上岸，襲擊城區(qū)，直接經(jīng)濟(jì)損失都較為嚴(yán)重。

臺(tái)江堤段正常水位126.7m，河床底高程117.3～118.9 m，河水較深，設(shè)計(jì)洪水位134.60～134.69 m。

1.2工程地質(zhì)

三明市城區(qū)周圍為中低山，市區(qū)為長(zhǎng)條形沖積山間河谷盆地，位于沖洪積Ⅰ級(jí)階地前緣及河漫灘地帶，大部分為第四紀(jì)堆積覆蓋，植被發(fā)育，僅公路沿線、沖溝、河谷有零星基巖出露，地勢(shì)較平緩;局部山坡處，地勢(shì)較陡。物理地質(zhì)現(xiàn)象主要是巖體風(fēng)化，未發(fā)現(xiàn)較大崩塌體、泥石流和滑坡的分布，未發(fā)現(xiàn)洞穴、臨空面等不良地質(zhì)現(xiàn)象，僅局部可見洪水期河面凹岸沖刷的河岸小坍塌及小規(guī)模的邊坡崩塌現(xiàn)象，區(qū)內(nèi)無(wú)古河道、古淵塘等。

1.3設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

臺(tái)江段防洪堤按30 a一遇設(shè)防，通過(guò)上下游水庫(kù)的科學(xué)調(diào)度以及洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)等綜合措施確保防洪能力達(dá)到50 a一遇，堤防工程為3級(jí)建筑物。

1.4防洪堤概況

三明市臺(tái)江段防洪堤位于沙溪河左岸臺(tái)江片區(qū)，緊臨臺(tái)江水電站下游，與臺(tái)江水電站的尾水渠相銜接，是三明市城區(qū)重要堤段，新建防洪堤1873 m。一級(jí)駁岸為漿砌石，駁岸頂高程128.0 m，墻頂后設(shè)置一寬5.0 m的馬道，再以土堤護(hù)坡的形式填筑至防洪堤頂高程136.0 m。

2臺(tái)江段防洪堤基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1庫(kù)區(qū)堤防設(shè)計(jì)

三明市臺(tái)江段防洪堤位于斑竹水電站庫(kù)區(qū)內(nèi)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)高于一般防洪堤，滿足防洪功能的同時(shí)，結(jié)合城市發(fā)展對(duì)水環(huán)境的需求，統(tǒng)籌考慮。

(1)城區(qū)河道蓄水會(huì)對(duì)堤后低洼地帶造成浸沒影響，庫(kù)區(qū)堤防設(shè)計(jì)需有防滲、防沖要求。

(2)防洪堤施工與庫(kù)區(qū)蓄水、電站發(fā)電矛盾大，庫(kù)區(qū)放棄蓄水、電站停止發(fā)電對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)影響大，或圍堰施工與基坑排水投資大。

(3)上下游水庫(kù)需兼顧市區(qū)度汛需要，汛期科學(xué)調(diào)度，對(duì)施工工期、堤身穩(wěn)定性造成影響。

(4)防洪堤與臺(tái)江水電站的尾水渠相銜接，防洪堤基礎(chǔ)應(yīng)低于河床沖刷線1.5 m[1]。

2.2工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

2.2.1各類土(巖)主要工程地質(zhì)參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)勘探成果、分析統(tǒng)計(jì)成果，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，各類巖土主要工程地質(zhì)參數(shù)建議值見表1。

2.2.2各類土(巖)的性能及地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

三明市臺(tái)江段防洪堤工程區(qū)內(nèi)巖土體結(jié)構(gòu)自上而下由素(雜)填土-粉質(zhì)黏土-砂礫卵石-強(qiáng)風(fēng)化基巖組成。

表1　臺(tái)江段防洪堤各類土(巖)主要工程地質(zhì)參數(shù)建議值

注：摩擦系數(shù)f為混凝土重力式擋墻與地基土(巖)間摩擦系數(shù)。

(1)素(雜)填土：呈灰黑色、灰褐色、稍濕松散。填土成分復(fù)雜，有碎石、碎磚塊、煤碴，及水泥塊、各類砂土料、卵石等，局部還有些生活垃圾。中等透水性，工程性能較差，均勻性差，不宜直接作為堤基持力層。層厚約3.5～9.5 m。

(2)粉質(zhì)黏土：埋藏于素(雜)填土下部，呈灰黃色、灰黑色，飽和，松散，底部含有少量卵石。含泥約15%～50%。弱～微透水性，工程性能較差，均勻性好，不宜直接作為堤基持力層。層厚約2.0～3.5 m，頂板埋深3.5～9.5 m。

(3)砂礫卵石：呈灰、灰黃色、灰白色，飽和，松散-稍密，卵石含量約50%～70%，未風(fēng)化，粒間充填以礫、中粗砂為主,局部砂含量較高。均勻性較差，承載力高，工程性能較好,可作為堤基持力層，但其屬?gòu)?qiáng)透水層，可能產(chǎn)生滲透變形破壞。層厚約12.7～22.7 m，頂板埋深5.5～17.5 m。

(4)強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r(P1q)：灰褐色、灰色，組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，大部分礦物已風(fēng)化成黏土礦物，巖芯多呈碎塊狀，部分為堅(jiān)硬的黏土狀，為極軟巖。承載力高，工程性能較好，可作為堤基持力層，頂板埋深16.2～30.5 m。

臺(tái)江堤段天然岸坡基本穩(wěn)定，堤內(nèi)為山坡和公路，在開挖施工過(guò)程中需注意可能會(huì)發(fā)生小規(guī)模的滑塌以及對(duì)鄰近建筑物地基的影響。

2.3基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)

方案一：拋石基礎(chǔ)+鋼筋混凝土承臺(tái)

基礎(chǔ)拋石填至125.90 m，在拋石頂設(shè)置C25鋼筋混凝土承臺(tái)，厚0.6 m。堤身為漿砌石，基礎(chǔ)墻趾寬度0.5 m、高0.6 m，墻踵寬0.70 m，基礎(chǔ)底坡為0.15∶1，堤頂寬1.0 m，設(shè)C15混凝土壓頂0.1 m。

方案二：混凝土墊層基礎(chǔ)

基礎(chǔ)挖深1.5～2.0 m，用素混凝土澆制0.1 m墊層。堤身為漿砌石，堤腳前側(cè)設(shè)有一前趾，前趾寬0.35 m，深0.5 m，堤頂寬1.0 m，設(shè)C15混凝土壓頂0.1 m，迎水面邊坡1∶0.15，背水面邊坡1∶0.35。

方案三：沖孔灌注樁基礎(chǔ)+鋼筋混凝土承臺(tái)

采用沖孔灌注樁基礎(chǔ)。孔樁設(shè)置前后兩排，前后兩排樁的中心距為2.4 m，前排樁的中心距為0.85 mm，后排樁的中心距為3 m，樁基嵌入強(qiáng)風(fēng)化基巖，孔徑800 mm，樁頂高程為123.90 m，在樁頂設(shè)置C25鋼筋混凝土承臺(tái)，厚0.6 m。堤身為漿砌石，堤頂寬1.0 m，設(shè)C15混凝土壓頂0.1 m，迎水面邊坡1∶0.15，背水面邊坡1∶0.35[2]。

2.4方案設(shè)計(jì)比選

方案一：①主要優(yōu)點(diǎn)：以拋石強(qiáng)制置換素(雜)填土，可提高地基承載力，可有效減少基礎(chǔ)埋深、無(wú)圍堰要求、施工方便、工藝簡(jiǎn)單、工期較短。②主要缺點(diǎn)：由于水深較深，堤段較長(zhǎng)，拋石落點(diǎn)漂距較大，會(huì)有大量石塊散落河床各處，侵占河道行洪寬度，減小行洪斷面，影響水面線計(jì)算成果；防洪堤與臺(tái)江水電站的尾水渠相銜接，尾水渠出口底高程118.0 m，散落的石塊會(huì)對(duì)尾水出流造成影響；堤防建設(shè)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，水深較深，拋石基礎(chǔ)高度大，實(shí)際施工操作性差，無(wú)法確?；A(chǔ)低于河床沖刷線1.5 m，沉降性無(wú)法保證；C25鋼筋混凝土承臺(tái)澆筑時(shí)，由于高程低于常水位，需要庫(kù)區(qū)放水，降低水位，以便工程施工，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)造成影響。

方案二：①主要優(yōu)點(diǎn)：該方案使接觸面平整，便于上部結(jié)構(gòu)向地基均勻傳遞荷載，基礎(chǔ)施工工藝簡(jiǎn)單。②主要缺點(diǎn)：由于需以砂礫卵石作為堤基持力層，且防洪堤基礎(chǔ)應(yīng)低于河床沖刷線1.5 m，所以基礎(chǔ)高程需在水下7～20 m。土石圍堰必須進(jìn)行大斷面分層開挖，開挖邊坡高度大，支護(hù)困難，容易造成塌坡，帶來(lái)施工安全問(wèn)題。根據(jù)地質(zhì)資料，施工場(chǎng)地邊坡的透水性大，外側(cè)水深又很深，造成了導(dǎo)流及基坑排水難度大大增加，抽水臺(tái)班費(fèi)用高；將嚴(yán)重影響工期，又給施工導(dǎo)流工程的度汛帶來(lái)困難。因此，方案二會(huì)加大施工難度，增加施工過(guò)程的危險(xiǎn)性，同時(shí)工期將被大幅延長(zhǎng)。

方案三：①主要優(yōu)點(diǎn)：該方案施工時(shí)基本無(wú)地面隆起或側(cè)移，對(duì)環(huán)境和周邊建筑物危害??；可以穿越各種土層，更可以嵌入基巖，提高地基承載力、穩(wěn)定性，減少沉降量；工藝成熟，施工過(guò)程相對(duì)安全可靠；機(jī)械化作業(yè)，施工簡(jiǎn)單，可保證工期；施工臨時(shí)圍堰可作為樁機(jī)施工平臺(tái)，無(wú)需庫(kù)區(qū)放水，電站可不停產(chǎn)，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)影響小；前排樁樁間間距小，可起到防滲墻作用。②主要缺點(diǎn)：樁機(jī)笨重，移動(dòng)不方便，樁機(jī)操作平臺(tái)要求高，垂直度較差，容易偏孔，偏孔后修正困難[3]。

三種方案投資比較，方案一投資最小，但會(huì)減小河道過(guò)水?dāng)嗝妫瑢?duì)防洪堤的沉降性無(wú)法保證，對(duì)城區(qū)安全度汛有影響；方案二投資最大，施工難度大，施工過(guò)程危險(xiǎn)性大；方案三投資較方案一大，但施工可操作性較方案一好，且無(wú)需庫(kù)區(qū)放水，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)影響最小。因此，通過(guò)經(jīng)濟(jì)、安全、可行等方面進(jìn)行綜合比較，確定基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用方案三。

2.5孔樁垂直度控制措施

孔樁垂直度控制直接影響樁基的承載力，是沖孔灌注樁質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。在施工過(guò)程中，可采取以下措施，確?？讟洞怪倍龋孩贅稒C(jī)設(shè)備就位。為確保鉆機(jī)平穩(wěn)牢固，樁機(jī)就位前，應(yīng)整平場(chǎng)地，鋪好枕木，采用經(jīng)緯儀等測(cè)量?jī)x器保證樁機(jī)位置正確，機(jī)架垂直。②采取防振措施。為保證沖孔過(guò)程穩(wěn)定，可采用墊枕木等措施防止鉆機(jī)在施工過(guò)程中振動(dòng)和移動(dòng)，并在鉆機(jī)上安裝水平尺和吊錘，監(jiān)控振動(dòng)和移動(dòng)情況，如有異常，及時(shí)調(diào)整。③控制鉆進(jìn)速度。土質(zhì)不均，鉆頭偏心受力，如鉆進(jìn)速度較快，容易傾斜。因此，需在不均勻地層或軟硬土層交界處減緩鉆進(jìn)速度。④垂直度偏差處理。垂直度超過(guò)規(guī)范值時(shí)，提起鉆頭在出現(xiàn)偏斜部位反復(fù)鉆掃，使沖孔歸正。如糾正無(wú)效或偏差較大，回填黏土到偏斜處以上1～2 m，沉積密實(shí)后重新沖進(jìn)[4]。

3工程實(shí)施效果

3.1檢測(cè)成果

福建省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院根據(jù)工程進(jìn)展分期對(duì)本工程的孔樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)法檢測(cè)基樁樁身的完整性和單樁水平靜載檢測(cè)。

檢測(cè)結(jié)果如下：?jiǎn)螛端届o載試驗(yàn)過(guò)程中，樁頭保持完好，量測(cè)系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)無(wú)異?，F(xiàn)象。曲線無(wú)極限破壞特征，試樁未達(dá)到極限承載狀態(tài)。低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)，大部分樁身為結(jié)構(gòu)完整、混凝土波速正常的良好樁，小部分樁身基本完整，輕度離析、縮徑和輕微裂隙，為輕微缺陷的合格樁。檢測(cè)數(shù)據(jù)全部合格[5]。

3.2實(shí)施效果

自2012年6月通過(guò)驗(yàn)收以來(lái)，經(jīng)歷年汛期考驗(yàn)，防洪堤未出現(xiàn)任何險(xiǎn)情。由此可見，防洪堤采用沖孔灌注樁基礎(chǔ)處理后，地基承載力、抗滑穩(wěn)定性、滲流穩(wěn)定性、防沖刷、防滲及沉降均滿足《建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94-2008)》和堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50286-98)要求，達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)。

4結(jié)語(yǔ)

(1)臺(tái)江段防洪堤采用的沖孔灌注樁基礎(chǔ)處理方案是合理的、成功的，其成功經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。

(2)防洪堤基礎(chǔ)的選擇，需按照因地制宜的原則，根據(jù)堤段所在的重要程度、地理位置、地質(zhì)條件、筑堤材料、水流和風(fēng)浪特性、環(huán)境景觀、施工條件，以及工程造價(jià)等因素，經(jīng)過(guò)綜合比較，確保設(shè)計(jì)方案的可行性。

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作者簡(jiǎn)介：陳成榕(1982-)，男，工程師，主要從事堤防工程建設(shè)管理工作。

中圖分類號(hào)：TU998.4;TU753.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-0506(2016)05-0071-03