堤防工程基礎施工探討與檢測分析

張光耀?馮嘉慶

摘要：水利工程中運用混凝土鉆孔灌注樁進行堤防基礎處理，主要在于能夠提高堤防基礎的抗剪能力以及承載能力。以某河段堤防基礎處理為例，介紹了混凝土鉆孔灌注在軟基基礎堤防中的應用，觀測結果表明，此次工程有效地提高了堤防基礎的地基承載力及擋墻位移變形，減少了地基沉降量，保證了擋墻的整體穩定變形，同時通過試驗檢測，結論表明所檢測樁基的相關力學性能達到了設計要求。

關鍵詞：混凝土鉆孔灌注樁;堤防基礎處理;樁基力學試驗

1.工程概況

堤防工程位于甌江下游，屬浙江沿海丘陵沖積平原，沿線上游段以沖洪積堆積為主，下游段以沖海積堆積為主。工程區位于軟土區，淤泥或淤泥質粘土分布廣泛且含水量高，江水一天兩潮，地質結構復雜，因此工程的基礎處理尤為重要。工程基礎處理主要采用鉆孔灌注樁。

2.工程地質勘探結論

（1）工程上游段以沖海積堆積為主，局部為人工堆積的生活垃圾及建筑物垃圾。地層表面存在硬殼層，臨江相變為含泥粉細砂或砂質粉土。堤防基礎土層，以粉砂、砂礫卵石為主，強度高，分布穩定，工程地質條件較好， 砂礫卵石層深度較淺，地基砂礫卵石層厚度大，穩定性好，適合成為樁端持力層。

（2）工程下游段堤防地處海陸相沉積的交錯地帶，沖積砂礫卵石層、砂層與海相軟土交互出現，工程地質條件復雜。下臥較厚的軟土層，并在河道邊坡出露，其含水量高，高壓縮性，高靈敏度，低強度，工程地質條件差，是堤基穩定和抗沖穩定的控制性土層

（3）工程位于感潮河段，海水和淺層地下水PH>6.5，對砼無一般酸性型腐蝕，工程下游段500 mg/L≥Cl-含量>100mg/L，對砼中的鋼筋和鋼結構具弱腐蝕性。

3.工程等級及設計標準

根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）、《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）確定工程等級為4級，工程防洪標準為20年一遇。

3.1堤防結構形式

工程上游段堤防位于人口密集段，采用輕型框架式斷面。工程下游段采用重力式擋墻方案，堤身采用石碴填筑。堤背采用粉質粘土或淤泥質土填筑，坡面鋪設土工格室以及種植土一層，下設一級砼擋墻，與防汛道路相連接。土方填筑體與石碴填筑體交接面臨時邊坡為1：1，中間設300g/m2無紡土工布。堤頂寬4m，頂部和背坡考慮景觀綠化。

3.2堤防基礎設計

3.2.1 地基處理辦法

目前常用的堤防軟土地基處理方式有：置換、吹砂或碎石墊層加速排水、堤腳處壓載、排水固結法、真空預壓法、爆破擠淤法、樁基處理法、深層攪拌法以及振沖擠密法等。根據工程范圍內的地形地質條件和自然地理條件，排水固結法、真空預壓法及爆破擠淤法等方法在本工程不宜采用。

3.2.2軟土地基處理方案比選

換填法方案：主要通過挖除置換基礎底面不太深的一定范圍內的軟弱土層，可以把上部荷載擴散傳至下面的下臥層，以滿足上部建筑所需的地基承載力和減少沉降量的要求。樁基處理法方案：對于重力式擋墻采用樁基方案能有效的減少沉降，結構的穩定性較強。

綜合以上分析，本工程直立式輕型框架式堤型基礎處理推薦采用徑φ80cm砼鉆孔灌注樁進行處理。

3.3 灌注樁計算

本工程對于地基淺土層中含有砂礫石等夾層的重力式擋墻和輕型框架式防洪墻基礎采用樁基（鉆孔灌注樁）處理。輕型框架結構底板以下樁基（鉆孔灌注樁）的作用有兩個：一是承受上部結構傳遞的豎向荷載，二是承擔土壓力和水壓力作用產生的水平滑移力。樁基采用φ80cm鉆孔灌注樁，布置間距根據豎向承載力和水平承載力共同確定，以滿足抗豎向力和水平力的要求。

（1）灌注樁豎向力和水平向力計算計算

灌注樁的豎向力Ni按下式計算：

式中：Nik—第i根樁所受的豎向力（kN）;Fk—作用于承臺頂面的豎向力（kN）;Gk—樁基承臺和承臺上土重標準值（kN）;n—樁的總根數;Mxk—作用于承臺底面，繞通過樁群形心的x主軸的力矩（kN·m）;Myk—作用于承臺底面，繞通過樁群形心的y主軸的力矩（kN·m）;yi—第i根基樁至x軸的距離（m）;xi—第i根基樁至y軸的距離（m）;

灌注樁的水平向力按下式計算：

式中：H—作用于樁基承臺底面的水平力（kN）;Hi—作用于任一復合基樁或基樁的水平力設計值（kN）;n—樁基中的樁數;

（2）單樁豎向承載力

樁基豎向極限承載力標準值根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）公式計算：

Quk—單樁豎向極限承載力標準值;Qsk—單樁總極限側阻力標準值;

Qpk—單樁總極限端阻力標準值;u—樁身周長;Ψsi、Ψp—大直徑樁側阻力、端阻力尺寸效應系數;qsik—樁側第i層土的極限側阻力標準值;li—樁穿越第i層土的厚度;qpk—極限端阻力標準值;Ap—樁端面積;Ra—基樁豎向承載力特征值;K—安全系數，取K=2。

（3）水平向承載力計算

按照《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008），考慮C30砼灌注樁樁身配筋率不小于0.65%，對樁基水平向承載力進行計算。

灌注樁單樁水平承載力特征值：

式中：EI—樁身抗彎剛度，EI=0.85EcI0，其中I0為樁身換算截面慣性矩，Ec為樁體材料彈性模量，C30砼彈性模量取為30000MPa;χ0a—樁頂容許水平位移，按《水閘設計規范》（SL265-2001）的有關經驗數值，取為6mm;vx—樁頂水平位移系數;α—樁的水平變形系數;m—樁側土水平抗力系數的比例系數;b0—樁身的計算寬度（m）;

各段在最不利組合工況（背水坡水位為4.50m，外江側水位取3.0m）作用下，砼灌注樁的豎向力、豎向承載力、水平力和水平承載力計算結果見表5-2。

由上表可以看出，各堤段在最不利情況下，單樁最大豎向力Nimax≤1.2Ra，單樁最大水平力Himax≤Rha。因此。基礎下的鉆孔灌注樁樁基按橫向間距2.4m、縱向間距2.4m布置，樁基豎向承載力和水平承載力能滿足設計要求。

4.結語

該段堤防基礎處理中利用混凝土鉆孔灌注樁的加固辦法來提高地基承載力和地基土抗剪強度是非常有效的，而且該基礎處理方法施工對周圍建筑物影響小、工期短、是水利工程中提高地基承載力和地基土抗剪強度較為普遍采用的一種基礎處理措施。

參考文獻：

[1]（JGJ106-2014）建筑基樁檢測技術規范;

[2]（JGJ94-2008）《建筑樁基技術規范》

[3]（GB50286-2013）《堤防工程設計規范》

[4]（SL252-2000）《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（于2017年4月9日變更為SL252-2017）