混凝土樁復合地基在船閘工程中的應用

羅 彬， 章金河， 毛 成

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011)

0 引 言

樁體復合地基在建筑基礎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，或在天然地基中設置加筋材料，加固區是由基體( 天然地基土體)和增強體兩部分組成的人工地基。根據地基中增強體的方向復核地基可分為豎向增強體復合地基和水平向增強體復合地基兩大類，豎向增強體復合地基習慣上稱為樁體復合地基[1]。樁體復合地基被廣泛應用于上部大荷載的軟基工程地基處理中[2]，在《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2012)[3]和《復合地基技術規范》(GB/T50783-2012)[4]中分別給出了多種樁體復合地基形式供設計人員參考，但在項目實際實施時，往往可能出現設計時理論成立、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線船閘工程的導航墻地基處理方案設計變更為例，對理論計算和實際施工中出現的問題進行分析，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 東淝河復線船閘閘位圖

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

2 工程地質情況

①1層種植土(Q4ml):黃灰色、灰褐色,松散,稍濕,以可塑狀態黏性土為主,含植物根系。主要分布于大堤外側灘地。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。主要分布于大堤內側灘地。揭露層厚為0.50～1.30m。揭露層底高程為18.93～22.57m。根據現場踏勘,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外側灘地。大堤填土是人工在不同時期多次堆積而成,土質較均勻。揭露厚度為0.50～3.80m。揭露層底高程為18.23～21.77m。根據現場踏勘,該層回填年限大于5年。

② 層淤泥質粉質黏土(Q4al):灰色、灰黑色,流塑,含腐殖質,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 層粉質黏土(Q4al):黃灰色、灰色,軟～可塑,局部為軟塑。主要分布于外側灘地。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層粉質黏土(Q4al):黃灰色,軟塑,局部為可塑狀態。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,母巖成份為灰巖,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,主要成分以灰巖為主,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。

樁基巖土設計參數見表1。

表1 打入樁巖土設計參數表

3 設計水位組合

導航墻設計水位組合見表2。

表2 各工況墻前、墻后水位組合表

4 復合地基設計

選取H=12m的下游導航墻為例進行分析:C30鋼筋混凝土扶壁式結構,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。結構段主要分段長14.2m,設3道肋板。

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

表3 各工況地基反力成果表

由于導航墻底高程均位于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,其中參數按剛性樁相關參數取值,最終計算得平均樁長4m,樁端打至⑩ 卵石或1強風化礫巖持力層,單樁承載力Ra=535kN,具體如圖2所示。

圖2 導航墻及復合地基斷面圖

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

5 現場施工及變更

導航墻工程于2019年9月開始施工,施工單位選取下游導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:設計地質情況為粉砂層、PHC樁頂標高+7.55m、平均樁長4m、設計承載力200kPa;實際試樁過程中,當PHC樁樁底標高入砂層到達+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。

根據試驗結果，結合現場實際情況和施工進度要求，難以達到設計要求的標高要求，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，同時也可能出現各種問題[7]，二會產生大量的截樁工程量造成浪費；②設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。因此根據施工單位測算后，提出將導航墻基底φ50cmPHC樁優化為采用鉆孔成孔工藝的φ50cm素混凝土樁，混凝土標號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。目前導航墻工程已實施完畢,經檢測效果良好。

6 結束語

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