淺析沿海航標燈塔樁基礎選型

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，不過由于當前沿海不同區域的地質環境不同，燈塔樁基礎形式的選擇就顯得尤為重要，若選取不當，非常容易出現燈樁傾覆失穩破壞情況。為此，筆者希望通過自己的一些建設經驗，為大家提供一些燈樁建設時基礎選型的參考意見。

關鍵詞：航標燈塔樁 樁基礎 建設

1.引言

近年來，為貫徹落實國家海洋強國戰略，優化沿海導助航設施布局，提升航標效能，給沿海出入船舶提供更好的導助航服務，航海保障部門正有序推進沿海燈塔樁建設。

目前，航標燈樁結構越來越傾向于采用工業鋁合金、玻璃鋼、超高分子聚乙烯等新型材料，而對于采用哪種基礎形式須依靠建設地點地質條件及燈樁結構形式等確定。在燈樁建設過程中，因建設點大多位于海島或沿海礁石或沙灘，所處地基情況不同于內陸，尤其是燈樁建設經常建設在沿海沙灘，這種沙灘地質情況較復雜，可能為一種海沙淤泥混合土，若基礎形式選擇不當，容易因漲潮等造成燈樁傾覆失穩破壞。究竟選擇什么樣的基礎形式既可保證施工便利可行、節約經濟成本，又可保證工程安全可靠，正是本文探討的出發點。

現今珠江口沿海已積累了一些燈塔樁建設經驗，但對于燈樁建設時的基礎選型、沿海沙灘土質特性或是對此不良地質情況如何進行地基處理等仍然缺乏深入研究，而現有的相關參考文獻資料亦極少。為做好燈樁建設工程中的基礎設計及施工，本文根據已有的燈塔燈樁建設經驗，分析了幾類常用燈樁基礎形式，試圖給出燈樁建設時基礎選型的一些參考意見。

2.燈樁基礎選型分析

基礎是連接上部結構與地基之間的過渡結構，起承上啟下作用，一般而言，基礎形式可分為淺基礎和深基礎兩類。在燈樁建設中，雖然燈樁上部結構非常簡單，但因為建設選點大部分處于沿海礁石、沙灘及海島硬巖，故燈樁基礎需依據選點地質條件和建設成本等綜合考慮，據已有經驗，燈樁基礎采用巖石錨桿基礎、鋼筋砼獨立基礎較多。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情況采用了樁基。因此，本文對巖石錨桿基礎、獨立基礎及樁基礎等幾種基礎予以介紹，并對各自特點及適用情況進行簡要分析。

2. 1巖石錨桿基礎

在燈樁建設中，為更好發揮助航效能，大部分燈樁選點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。

該基礎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。對于錨桿基礎，其錨桿材料、孔徑、插入上部結構長度、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，水泥砂漿強度不宜低于30MPa，細石混凝土不宜低于C30，灌漿前，應將錨桿孔清理干凈。

2.2獨立基礎

獨立基礎是整個或局部結構物下的無筋或配筋的單個基礎，可分為剛性獨基和柔性獨基。剛性獨基俗稱“大放腳”，又稱無筋擴展基礎，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，基礎需要較大的截面抗彎剛度，受荷后基礎不允許撓曲變形和開裂。因存在用料多、自重大等缺點，故經常考慮用鋼筋砼材料建筑的基礎，這種基礎抗彎抗剪性能好，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。

在燈樁建設過程中，因建設點交通條件較差，運輸成本和人工成本較高，若建設點表層地基土質較好，具有較好承載力，往往優先采用鋼筋混凝土獨立基礎形式。

2.3樁基礎

當建筑場地淺層地基土質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，采用深基礎方案。樁基礎就是一種最常用的深基礎，其具有承載力高、穩定性好、沉降量小而均勻、適應性強等突出特點。樁基礎，按樁的施工方法不同，主要可分為預制樁和灌注樁兩大類，預制樁可以是木樁、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，若采用淺基礎設計，基礎極有可能出現不均勻沉降以致基礎傾斜。另一方面，海沙容易隨漲潮時被帶走，淺基礎將存在基礎裸露以致傾覆的風險。據此，在該類地質條件下，采用樁基礎是一種安全的做法。但就工程造價而言，對于燈樁建設顯然是不經濟的。實際上，燈樁為簡易構筑物，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荷載作用，故若燈樁采用樁基礎應盡量簡化，通過減小承臺面積，優化樁基布置和樁數等，降低工程造價。

3.三類基礎造價分析

在燈樁建設中，基礎的費用往往要占到整個燈樁建設總造價一半甚至更多，因此對于燈樁基礎建設應做好科學預算管理。在燈塔樁基礎建設費用中，除了建筑材料費用，因海島特殊施工條件，項目其他費（如施工用水、生活用水、海島生活補助及人工補貼、施工用船、材料二次搬運等）占到很大比重。根據筆者經驗，在陽江沿海水域若采用巖石錨桿基礎（以1米高巖石錨桿基礎為例）、鋼筋混凝土獨立基礎（以3米X3米X1米）及樁基礎（承臺采用3米X3米X1米，5根Φ219鋼管樁）三類基礎費用進行估算，費用組成如表1。

4.結論

構筑物基礎類型選擇時，除要考慮上部結構荷載和地基條件外，還需考慮構筑物的使用要求，上部結構特點及材料和施工條件，進行技術經濟比較和綜合分析，在保證建構筑物安全和正常使用的前提下，盡可能降低基礎造價和考慮施工方便，減少施工過程對環境造成的不利影響。對于燈樁建設的基礎選型，通過以上分析，可得到以下幾點結論：

（1）若燈樁建設選點位于堅硬巖石、礁石等，優先采用巖石錨桿基礎。

（2）若燈樁建設選點地基土質較好，無明顯軟弱土層，可采用鋼筋混凝土獨立基礎。

（3）當燈樁建設選點位于沿海沙灘或其他軟弱土，若采用樁基礎，應盡量優化樁基方案，降低工程造價。

5.討論

沿海燈塔樁建設目前積累資料較少，因筆者經驗水平有限，對于以下幾點留待進一步討論：

（1）當燈塔樁建設點位于軟弱土層，采用樁基礎成本較高，是否可通過換填墊層等地基處理后采用獨基，有待進一步實踐驗證。

（2）對于沿海沙灘的土質情況，其工程特性、抗剪強度、承載力等指標如何，是否能夠滿足燈塔樁上部結構在豎向、水平向力學作用有待進一步研究。

參考文獻：

[1]趙明華，俞曉，王貽蓀，等.土力學與基礎工程.武漢理工大學出版社，2003.

[2]GB 50007-2011.建筑地基基礎設計規范.中國建筑工業出版社，2012.

[3]JGJ 94-2008.建筑樁基技術規范.中國建筑工業出版社，2008.