長螺旋鉆孔灌注樁在內河航道養護工程中的設計研究

牛蕓 嘉興市世紀交通設計有限公司

呂義港 嘉興市交通工程質量安全管理服務中心

1.工程概況

內河航道工程的建設，對于改善內河航道的通航條件、提升內河航道的通航能力具有重要的作用。然而，由于水情變化、極端天氣頻現、地面沉降等惡劣自然條件的侵蝕，同時又一定程度上受到人類活動的影響，內河航道護岸逐漸出現掏空、破損、坍塌等質量問題，致使航道出現淤塞、礙航，導致航道通航能力下降。

本工程航道位于杭嘉湖平原，航道等級為四級，航道面寬以40～50m，水深2.5～3.0m，底寬約45m，航道交通繁忙，來往船只多，是杭嘉湖地區重要的水上運輸通道，在促進區域經濟發展、沿河產業帶形成以及水資源綜合利用等方面發揮了重要作用。但是，目前航道現有護岸是多為“九五”期間建造，護岸結構為預制混凝土板斜式結構和漿砌塊石結構。現有護岸淘空現象嚴重，導致后方水土流失，局部段落護岸已出現倒塌，威脅到航道兩側岸坡穩定，急需對現有護岸進行加固修復。但由于航道穿越村鎮及部分工業區，沿線局部距熱力管線較近，最近處2m，采用預制板樁所產生的震動對管線及附近建筑會造成一定的安全隱患，產生的噪聲污染對附近居民生活帶來不利的影響。

2.地質情況

本工程航道地處杭嘉湖沖湖積平原區，地勢平坦，沿線地表為第四紀地層覆蓋。沿線淺部5m以內主要由①0層人工填土、①2層粉質黏土、①12粉質黏土、①22粉土、②1層淤泥質粉質黏土、②11層粉質黏土、②21層粉土等組成，對航道穩定影響較大的是②1層淤泥質粉質黏土，該層屬高含水量、高壓縮性、高靈敏度的軟土，對岸坡的抗滑穩定、抗沖穩定、抗震穩定均存在不利影響，易發生滑移、坍塌、垮塌崩岸等地質問題。

3.護岸結構型式

在原有護岸前設置圍堰，對原有破損護岸進行開挖清除，然后在原有護岸處采用樁徑為0.8m、樁長15m、樁間距1.8m的長螺旋鉆孔灌注樁，并在標高1.41m以上澆筑厚0.75mC30鋼筋混凝土帽梁。樁間采用長4.3m、寬0.5m、厚0.2m的鋼筋混凝土板樁進行止土。小板樁與原河岸之間下部回填碎石，碎石粒徑在15～30cm左右，上部回填土，并種植植物。

4.設計工藝特點

考慮該地區地質情況復雜，地層主要以軟黏性土、粉土為主，且有豐富的地下水，為縮短施工工期、減少工程對主航道正常運營及附近居民的影響，此次設計推薦采用長螺旋鉆孔混凝土灌注樁施工方案進行混凝土灌注樁施工。長螺旋鉆孔灌注樁具有施工操作簡單、機械化程度高、成樁速度快、價格低、噪音小以及對土質基礎適應性強等優點，利用長螺旋鉆機鉆孔至設計標高，停鉆后在提鉆的同時通過設在內管鉆頭上的混凝土孔，壓灌超流態混凝土，壓灌至設計樁頂標高后，移開鉆桿將鋼筋籠壓入樁體。在壓灌混凝土到樁頂時，灌入的混凝土要超出樁頂0.5m，以保證樁頂混凝土強度。適用于建（構）筑物基礎樁和基坑、深井支護的支護樁，適用于填土層、淤泥土層、沙土層及卵石層，亦適用于有地下水的各類土層情況，可在軟土層、流沙層等不良地質條件下成樁。樁徑一般采用0.5m～0.8m。一般采用坍落度達20～25cm的超流態混凝土，樁尖無虛土，防止了斷樁、縮徑、塌孔等施工通病，施工質量容易得到保證；穿硬土層能力強，單樁承載力高、施工效率高，操作簡便；低噪音、不擾民、不需要泥漿護壁、不排污、不擠土、施工現場文明；綜合效益高，工程成本與其他樁型相比比較低廉。

表1

表2

5.結構計算

本工程建筑物安全等級取二級，混凝土結構設計使用年限50年。結構計算將鉆孔灌注樁等效為板樁，采用豐海軟件板樁碼頭計算系統進行樁基內力、樁頂水平位移以及踢腳穩定性計算，樁的內力采用彈性線法進行計算，水平地基反力按m法確定。其中樁的 “踢腳”穩定可按下式進行驗算：

式中，0γ為結構重要性系數，Eγ為自重及回填料產生的土壓力分項系數，γPw為剩余水壓力分項系數，ψ為作用組合系數，持久組合取0.7，短暫組合取1.0，為非主導可變作用分項系數，Rγ為抗力分項系數，可取1.25；ME為自重及回填料產生的土壓力標準值對拉桿錨碇點的“踢腳”力矩（KN.m）,MPW為剩余水壓力標準值對拉桿錨碇點的“踢腳”力矩（KN.m），MEq可變作用總主動土壓力的標準值對拉桿錨碇點的“踢腳”力矩（K N.m），為非主導可變作用標準值產生的“踢腳”力矩（KN.m）。

計算條件：

（1）設計荷載

護岸前沿線后2～10m范圍內，人群均布荷載取3.5kN/m2，后方荷載按原地形考慮。

（2）設計水位

墻前設計水位取設計最高通航水位1.96m；

墻前設計水位取設計最低通航水位0.46m。

墻前后水位差：

設計最低通航水位取0.20m；

設計最高通航水位取0.10m。

（3）墻前、墻后泥面高程

墻前最不利泥面高程為-1.04m；墻后泥面高程為1.86m。

（4）地基土層參數

（5）計算結果

本工程對長螺旋鉆孔灌注樁的樁基內力、樁頂水平位移以及踢腳穩定性進行驗算，各項計算內容驗算結果均滿足規范要求，具體詳見表1。

6.成樁檢測情況

對完工后的長螺旋鉆孔灌注樁進行樁基完整性驗證性檢測，共檢測5根，均為Ⅰ類樁，樁基完整性較好，見表2。

7.結論

本文針對長螺旋鉆孔灌注樁在內河航道養護工程的設計應用進行了研究，通過結構計算驗證了長螺旋鉆孔灌注樁的樁基內力、樁頂水平位移以及踢腳穩定性滿足規范要求，對試樁的成樁質量進行了樁身完整性檢測，驗證了長螺旋鉆孔灌注樁在內河航道養護工程中的適用性。長螺旋鉆孔灌注樁所采用的施工工藝現代化程度高、施工速度快、成樁質量好，能夠滿足航道養護工程施工工期緊、對周邊建筑物影響小的要求，對加快內河航道養護工程施工速度，恢復航道運行條件，發揮水路運輸優勢，提升水運經濟，起到良好的促進作用。