混凝土樁復(fù)合地基在船閘工程中的應(yīng)用

羅 彬， 章金河， 毛 成

(安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230011)

0 引 言

樁體復(fù)合地基在建筑基礎(chǔ)底部是一種常用的地基處理形式，主要原理為天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體( 天然地基土體)和增強體兩部分組成的人工地基。根據(jù)地基中增強體的方向復(fù)核地基可分為豎向增強體復(fù)合地基和水平向增強體復(fù)合地基兩大類，豎向增強體復(fù)合地基習(xí)慣上稱為樁體復(fù)合地基[1]。樁體復(fù)合地基被廣泛應(yīng)用于上部大荷載的軟基工程地基處理中[2]，在《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)[3]和《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》(GB/T50783-2012)[4]中分別給出了多種樁體復(fù)合地基形式供設(shè)計人員參考，但在項目實際實施時，往往可能出現(xiàn)設(shè)計時理論成立、但實踐時由于種種因素難以順利實施的情況。

本文以引江濟淮東淝河復(fù)線船閘工程的導(dǎo)航墻地基處理方案設(shè)計變更為例，對理論計算和實際施工中出現(xiàn)的問題進行分析，并提出最終的混凝土樁處理方案。

1 工程概況

引江濟淮東淝河復(fù)線船閘位于壽縣縣城西北約2.5km，原東淝河老船閘位置如圖1所示，按Ⅱ級船閘設(shè)計，閘室尺度為280m×34m×5.2m(閘室長度×口門寬×門檻水深)。

圖1 東淝河復(fù)線船閘閘位圖

船閘布置在節(jié)制閘中心線左側(cè)113.87m、現(xiàn)有船閘中心線右側(cè)70m處， 跨閘公路橋從上游導(dǎo)航墻上方通過，船閘上下閘首順?biāo)飨蜷L度均29.8m，閘室段290m，閘首口門及閘室凈寬均為23m，上下游主導(dǎo)航墻長度均為114m(投影長)，采用對稱布置[5]。

2 工程地質(zhì)情況

①1層種植土(Q4ml):黃灰色、灰褐色,松散,稍濕,以可塑狀態(tài)黏性土為主,含植物根系。主要分布于大堤外側(cè)灘地。揭露層厚為0.30m。揭露層底高程為19.10m。

①2層雜填土(Q4ml):灰色、灰褐色,稍密,稍濕,以回填黏性土混碎石及建筑垃圾為主。主要分布于大堤內(nèi)側(cè)灘地。揭露層厚為0.50～1.30m。揭露層底高程為18.93～22.57m。根據(jù)現(xiàn)場踏勘,該層回填年限大于5年。

①3層素填土(Q4ml):灰褐色,松散～稍密,稍濕,以回填黏性土為主,局部混少量碎石。主要分布于東淝河大堤及內(nèi)外側(cè)灘地。大堤填土是人工在不同時期多次堆積而成,土質(zhì)較均勻。揭露厚度為0.50～3.80m。揭露層底高程為18.23～21.77m。根據(jù)現(xiàn)場踏勘,該層回填年限大于5年。

② 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(Q4al):灰色、灰黑色,流塑,含腐殖質(zhì),有腥臭味。主要分布于河床底部。揭露厚度為0.80～1.10m。揭露層底高程為13.05～15.25m。

③ 層粉質(zhì)黏土(Q4al):黃灰色、灰色,軟～可塑,局部為軟塑。主要分布于外側(cè)灘地。揭露厚度為0.90～1.20m。揭露層底高程為18.20～19.12m。

④ 層粉質(zhì)黏土(Q4al):灰褐色、黃灰色、黃褐色,可塑,含鐵錳氧化物。分布于整個場地。揭露層厚為1.30～7.20m。揭露層底高程為8.35～18.32m。

④2層粉質(zhì)黏土(Q4al):黃灰色,軟塑,局部為可塑狀態(tài)。該層零星分布。揭露層厚為3.00～4.40m。揭露層底高程為13.80～16.12m。

⑤ 層粉質(zhì)黏土(Q4al):黃褐色、灰黃色、灰褐色,硬塑,含鐵錳氧化物,夾粉土薄層。揭露層厚為1.20～5.80m。揭露層底高程為10.32～14.10m。

⑥ 層粉質(zhì)黏土(Q4al):黃灰色、黃褐色,可塑,含鐵錳氧化物,夾粉土薄層。揭露層厚為2.70～4.60m。揭露層底高程為7.53～10.52m。

⑦ 層粉土(Q4al):灰色、灰黃色,密實,很濕,夾粉砂薄層。揭露厚度為0.80～5.70m。揭露層底高程為4.82～10.20m。

⑦1層粉質(zhì)黏土(Q4al):深灰色、灰色,軟～可塑,夾粉土薄層,混少量礫石。該層零星分布。揭露厚度為1.70m。揭露層底高程為7.22m。

⑧1層粉砂(Q3al):黃褐色,中密～密實,飽和,主要礦物為石英,混黏性土。揭露厚度為3.90～4.50m。揭露層底高程為4.43～5.70m。

⑧2層細砂(Q3al):黃褐色,中密～密實,飽和,主要礦物為石英,混黏性土。揭露厚度為0.90～4.90m。揭露層底高程為7.85～11.80m。

⑨ 層角礫(Q3pl):灰色,中密～密實,飽和,次棱角狀為主,磨圓度較差,母巖成份為灰?guī)r,粒徑5～15cm為主,填充大量粗砂以及黏性土。該層零星分布。揭露厚度為1.60～6.80m。揭露層底高程為-2.18～4.40m。

⑩ 層卵石(Q3pl):雜色,中密～密實,飽和,主要成分以灰?guī)r為主,粒徑以20～40mm為主,最大粒徑達60mm,呈亞圓形,鉆進較慢,跳鉆,填充大量粗砂以及黏性土。揭露厚度為0.90～5.30m。揭露層底高程為-0.37～3.50m。

樁基巖土設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 打入樁巖土設(shè)計參數(shù)表

3 設(shè)計水位組合

導(dǎo)航墻設(shè)計水位組合見表2。

表2 各工況墻前、墻后水位組合表

4 復(fù)合地基設(shè)計

選取H=12m的下游導(dǎo)航墻為例進行分析:C30鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu),全長97.55,頂高程為24.57m,底板頂高程為12.57m,墻高12m,底板寬8m,厚1m,立板厚0.8m,肋板厚0.6m,走道板寬2m,墻后填土頂高程22.0m。結(jié)構(gòu)段主要分段長14.2m,設(shè)3道肋板。

在設(shè)計低水位工況時,墻后水位按設(shè)計最低通航水位以上0.5m考慮;設(shè)計高水位工況時,墻后水位按設(shè)計最高通航水位持平考慮。根據(jù)《船閘水工建筑物設(shè)計規(guī)范》(JTJ307-2001)[6]針對不同的設(shè)計工況進行地基承載力驗算,具體結(jié)果詳見表3。

表3 各工況地基反力成果表

由于導(dǎo)航墻底高程均位于⑦ 層粉土上,由表1可知該層地基承載力容許值f=160kPa不能滿足計算的最大地基反力要求,需要進行地基處理。原設(shè)計方案擬定了以φ50cmPHC樁@200cm梅花型布樁的地基處理方案,由于PHC樁為剛性樁,其中參數(shù)按剛性樁相關(guān)參數(shù)取值,最終計算得平均樁長4m,樁端打至⑩ 卵石或1強風(fēng)化礫巖持力層,單樁承載力Ra=535kN,具體如圖2所示。

圖2 導(dǎo)航墻及復(fù)合地基斷面圖

此時復(fù)合地基總側(cè)阻力為457kN,總端阻力為78kN,總側(cè)阻力在單樁承載力中發(fā)揮占比457/535=85%,由此判斷符合規(guī)范 “14.1.3 剛性樁復(fù)合地基中的剛性樁應(yīng)采用摩擦型樁”的要求。

5 現(xiàn)場施工及變更

導(dǎo)航墻工程于2019年9月開始施工,施工單位選取下游導(dǎo)航墻附近進行首件試樁靜壓施工,樁端加鋼樁靴。試樁實施情況:設(shè)計地質(zhì)情況為粉砂層、PHC樁頂標(biāo)高+7.55m、平均樁長4m、設(shè)計承載力200kPa;實際試樁過程中,當(dāng)PHC樁樁底標(biāo)高入砂層到達+7.5m高程時,靜壓樁機壓力已達到220t,持荷5min后,PHC樁仍未任何變化。

根據(jù)試驗結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場實際情況和施工進度要求，難以達到設(shè)計要求的標(biāo)高要求，同時由于：①下部樁底持力地層高低起伏較大，即便采用引孔措施，一會增加工程費用，同時也可能出現(xiàn)各種問題[7]，二會產(chǎn)生大量的截樁工程量造成浪費；②設(shè)計要求樁基打至持力層，樁基長度變化較大，施工控制精度要求高。因此根據(jù)施工單位測算后，提出將導(dǎo)航墻基底φ50cmPHC樁優(yōu)化為采用鉆孔成孔工藝的φ50cm素混凝土樁，混凝土標(biāo)號C30，進入持力層1.2m。通過測算后，工程量及費用對比見表4。

表4 工程量費用對比表

綜合以上比較,PHC樁化為素混凝土樁后,造價減少了78 737元,同時還克服了PHC樁難以穿透砂層、樁底施工標(biāo)高難以精確定位、截樁耽誤工期等不利影響,成為最終的地基處理方案。目前導(dǎo)航墻工程已實施完畢,經(jīng)檢測效果良好。

6 結(jié)束語

通過對東淝河復(fù)線船閘導(dǎo)航墻地基處理方案的理論計算和現(xiàn)場施工實踐,確定了最適合工程的地基處理方案。與PHC樁復(fù)合地基方案比較,素混凝土樁施工難度大幅降低、經(jīng)濟性相對較好,同時還縮短了工期,保證了項目的施工進度,體現(xiàn)了該種地基處理型式在較大上部荷載建設(shè)工程中的良好適應(yīng)性,在船閘工程中是一種創(chuàng)新實踐。