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      淺析沿海航標(biāo)燈塔樁基礎(chǔ)選型

      2017-06-27 08:05:25袁靖周岳志偉李鳳山
      珠江水運(yùn) 2017年11期
      關(guān)鍵詞:樁基礎(chǔ)建設(shè)

      袁靖周+岳志偉+李鳳山

      摘 要:沿海燈塔樁是船舶出行最有效的助航工具,不過由于當(dāng)前沿海不同區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境不同,燈塔樁基礎(chǔ)形式的選擇就顯得尤為重要,若選取不當(dāng),非常容易出現(xiàn)燈樁傾覆失穩(wěn)破壞情況。為此,筆者希望通過自己的一些建設(shè)經(jīng)驗,為大家提供一些燈樁建設(shè)時基礎(chǔ)選型的參考意見。

      關(guān)鍵詞:航標(biāo)燈塔樁 樁基礎(chǔ) 建設(shè)

      1.引言

      近年來,為貫徹落實國家海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略,優(yōu)化沿海導(dǎo)助航設(shè)施布局,提升航標(biāo)效能,給沿海出入船舶提供更好的導(dǎo)助航服務(wù),航海保障部門正有序推進(jìn)沿海燈塔樁建設(shè)。

      目前,航標(biāo)燈樁結(jié)構(gòu)越來越傾向于采用工業(yè)鋁合金、玻璃鋼、超高分子聚乙烯等新型材料,而對于采用哪種基礎(chǔ)形式須依靠建設(shè)地點(diǎn)地質(zhì)條件及燈樁結(jié)構(gòu)形式等確定。在燈樁建設(shè)過程中,因建設(shè)點(diǎn)大多位于海島或沿海礁石或沙灘,所處地基情況不同于內(nèi)陸,尤其是燈樁建設(shè)經(jīng)常建設(shè)在沿海沙灘,這種沙灘地質(zhì)情況較復(fù)雜,可能為一種海沙淤泥混合土,若基礎(chǔ)形式選擇不當(dāng),容易因漲潮等造成燈樁傾覆失穩(wěn)破壞。究竟選擇什么樣的基礎(chǔ)形式既可保證施工便利可行、節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本,又可保證工程安全可靠,正是本文探討的出發(fā)點(diǎn)。

      現(xiàn)今珠江口沿海已積累了一些燈塔樁建設(shè)經(jīng)驗,但對于燈樁建設(shè)時的基礎(chǔ)選型、沿海沙灘土質(zhì)特性或是對此不良地質(zhì)情況如何進(jìn)行地基處理等仍然缺乏深入研究,而現(xiàn)有的相關(guān)參考文獻(xiàn)資料亦極少。為做好燈樁建設(shè)工程中的基礎(chǔ)設(shè)計及施工,本文根據(jù)已有的燈塔燈樁建設(shè)經(jīng)驗,分析了幾類常用燈樁基礎(chǔ)形式,試圖給出燈樁建設(shè)時基礎(chǔ)選型的一些參考意見。

      2.燈樁基礎(chǔ)選型分析

      基礎(chǔ)是連接上部結(jié)構(gòu)與地基之間的過渡結(jié)構(gòu),起承上啟下作用,一般而言,基礎(chǔ)形式可分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩類。在燈樁建設(shè)中,雖然燈樁上部結(jié)構(gòu)非常簡單,但因為建設(shè)選點(diǎn)大部分處于沿海礁石、沙灘及海島硬巖,故燈樁基礎(chǔ)需依據(jù)選點(diǎn)地質(zhì)條件和建設(shè)成本等綜合考慮,據(jù)已有經(jīng)驗,燈樁基礎(chǔ)采用巖石錨桿基礎(chǔ)、鋼筋砼獨(dú)立基礎(chǔ)較多。此外,沿海大型燈塔如華陽燈塔、赤瓜燈塔等則因其重要性和地質(zhì)情況采用了樁基。因此,本文對巖石錨桿基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)等幾種基礎(chǔ)予以介紹,并對各自特點(diǎn)及適用情況進(jìn)行簡要分析。

      2. 1巖石錨桿基礎(chǔ)

      在燈樁建設(shè)中,為更好發(fā)揮助航效能,大部分燈樁選點(diǎn)在海島上或沿海礁石上,在這種情況下,可充分利用堅硬的巖石做地基,采用巖石錨桿基礎(chǔ)。

      該基礎(chǔ)適用于直接建在基巖上的柱基,以及承受拉力或水平力較大的建筑物基礎(chǔ)。對于錨桿基礎(chǔ),其錨桿材料、孔徑、插入上部結(jié)構(gòu)長度、灌漿等都有一定要求,以保證與基巖連成整體。其中,錨桿孔直徑宜取錨桿筋體直徑的三倍,但不應(yīng)小于一倍錨桿筋體直徑加50mm。錨桿筋體宜采用熱軋帶肋鋼筋,水泥砂漿強(qiáng)度不宜低于30MPa,細(xì)石混凝土不宜低于C30,灌漿前,應(yīng)將錨桿孔清理干凈。

      2.2獨(dú)立基礎(chǔ)

      獨(dú)立基礎(chǔ)是整個或局部結(jié)構(gòu)物下的無筋或配筋的單個基礎(chǔ),可分為剛性獨(dú)基和柔性獨(dú)基。剛性獨(dú)基俗稱“大放腳”,又稱無筋擴(kuò)展基礎(chǔ),是指用磚、毛石、混凝土、毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成,因其由抗壓性能好,而抗拉、抗剪性能差的材料建造,基礎(chǔ)需要較大的截面抗彎剛度,受荷后基礎(chǔ)不允許撓曲變形和開裂。因存在用料多、自重大等缺點(diǎn),故經(jīng)??紤]用鋼筋砼材料建筑的基礎(chǔ),這種基礎(chǔ)抗彎抗剪性能好,可在豎向荷載較大、地基承載力不高以及承受水平力和力矩荷載等情況下使用。

      在燈樁建設(shè)過程中,因建設(shè)點(diǎn)交通條件較差,運(yùn)輸成本和人工成本較高,若建設(shè)點(diǎn)表層地基土質(zhì)較好,具有較好承載力,往往優(yōu)先采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)形式。

      2.3樁基礎(chǔ)

      當(dāng)建筑場地淺層地基土質(zhì)不能滿足建筑物對地基承載力和變形的要求時,也不宜采用地基處理等措施時,往往需要以地基深層堅實土層或巖層作為地基持力層,采用深基礎(chǔ)方案。樁基礎(chǔ)就是一種最常用的深基礎(chǔ),其具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小而均勻、適應(yīng)性強(qiáng)等突出特點(diǎn)。樁基礎(chǔ),按樁的施工方法不同,主要可分為預(yù)制樁和灌注樁兩大類,預(yù)制樁可以是木樁、鋼樁或鋼筋混凝土樁等;灌注樁通常可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁及挖孔樁等。

      因助航需要,燈樁往往建設(shè)在沿海沙灘上。然而,沿海沙灘是一種非常見地基,該地基表層為海沙,而下層可能存在淤泥,即海沙淤泥混合體。在此情況下,若采用淺基礎(chǔ)設(shè)計,基礎(chǔ)極有可能出現(xiàn)不均勻沉降以致基礎(chǔ)傾斜。另一方面,海沙容易隨漲潮時被帶走,淺基礎(chǔ)將存在基礎(chǔ)裸露以致傾覆的風(fēng)險。據(jù)此,在該類地質(zhì)條件下,采用樁基礎(chǔ)是一種安全的做法。但就工程造價而言,對于燈樁建設(shè)顯然是不經(jīng)濟(jì)的。實際上,燈樁為簡易構(gòu)筑物,若為高分子燈樁或鋁合金,其自重及豎向荷載基本可忽略,水平荷載也主要考慮風(fēng)荷載作用,故若燈樁采用樁基礎(chǔ)應(yīng)盡量簡化,通過減小承臺面積,優(yōu)化樁基布置和樁數(shù)等,降低工程造價。

      3.三類基礎(chǔ)造價分析

      在燈樁建設(shè)中,基礎(chǔ)的費(fèi)用往往要占到整個燈樁建設(shè)總造價一半甚至更多,因此對于燈樁基礎(chǔ)建設(shè)應(yīng)做好科學(xué)預(yù)算管理。在燈塔樁基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用中,除了建筑材料費(fèi)用,因海島特殊施工條件,項目其他費(fèi)(如施工用水、生活用水、海島生活補(bǔ)助及人工補(bǔ)貼、施工用船、材料二次搬運(yùn)等)占到很大比重。根據(jù)筆者經(jīng)驗,在陽江沿海水域若采用巖石錨桿基礎(chǔ)(以1米高巖石錨桿基礎(chǔ)為例)、鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)(以3米X3米X1米)及樁基礎(chǔ)(承臺采用3米X3米X1米,5根Φ219鋼管樁)三類基礎(chǔ)費(fèi)用進(jìn)行估算,費(fèi)用組成如表1。

      4.結(jié)論

      構(gòu)筑物基礎(chǔ)類型選擇時,除要考慮上部結(jié)構(gòu)荷載和地基條件外,還需考慮構(gòu)筑物的使用要求,上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及材料和施工條件,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和綜合分析,在保證建構(gòu)筑物安全和正常使用的前提下,盡可能降低基礎(chǔ)造價和考慮施工方便,減少施工過程對環(huán)境造成的不利影響。對于燈樁建設(shè)的基礎(chǔ)選型,通過以上分析,可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

      (1)若燈樁建設(shè)選點(diǎn)位于堅硬巖石、礁石等,優(yōu)先采用巖石錨桿基礎(chǔ)。

      (2)若燈樁建設(shè)選點(diǎn)地基土質(zhì)較好,無明顯軟弱土層,可采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。

      (3)當(dāng)燈樁建設(shè)選點(diǎn)位于沿海沙灘或其他軟弱土,若采用樁基礎(chǔ),應(yīng)盡量優(yōu)化樁基方案,降低工程造價。

      5.討論

      沿海燈塔樁建設(shè)目前積累資料較少,因筆者經(jīng)驗水平有限,對于以下幾點(diǎn)留待進(jìn)一步討論:

      (1)當(dāng)燈塔樁建設(shè)點(diǎn)位于軟弱土層,采用樁基礎(chǔ)成本較高,是否可通過換填墊層等地基處理后采用獨(dú)基,有待進(jìn)一步實踐驗證。

      (2)對于沿海沙灘的土質(zhì)情況,其工程特性、抗剪強(qiáng)度、承載力等指標(biāo)如何,是否能夠滿足燈塔樁上部結(jié)構(gòu)在豎向、水平向力學(xué)作用有待進(jìn)一步研究。

      參考文獻(xiàn):

      [1]趙明華,俞曉,王貽蓀,等.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程.武漢理工大學(xué)出版社,2003.

      [2]GB 50007-2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社,2012.

      [3]JGJ 94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社,2008.

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