樹(shù)根樁在金井灌區(qū)新曉年渡槽基礎(chǔ)處理中的成功運(yùn)用

謝潮芳　王滿林

（長(zhǎng)沙縣水務(wù)局　　長(zhǎng)沙縣　410100）

樹(shù)根樁在金井灌區(qū)新曉年渡槽基礎(chǔ)處理中的成功運(yùn)用

謝潮芳王滿林

（長(zhǎng)沙縣水務(wù)局長(zhǎng)沙縣410100）

長(zhǎng)沙縣新曉年渡槽重建工程位于長(zhǎng)沙縣金井鎮(zhèn)金龍村，為金井灌區(qū)主干渠樁號(hào)3+ 985——4+075的一處輸水建筑物，因重建渡槽基礎(chǔ)所在區(qū)域原址為河道，后填土形成，地下水豐富，砂質(zhì)層遇水承載力差，1#墩開(kāi)挖至3m，見(jiàn)砂層，開(kāi)挖至5m，滲水嚴(yán)重，邊坡垮塌。通過(guò)樹(shù)根樁在基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用，很好地解決了渡槽基礎(chǔ)承載力差、基坑滲漏、開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。

新曉年渡槽基礎(chǔ)處理樹(shù)根樁應(yīng)用

1 工程現(xiàn)狀

1.1工程概況

新曉年渡槽為金井灌區(qū)主干渠樁號(hào)3+985--4+ 075的建筑物，位于長(zhǎng)沙縣金井鎮(zhèn)金龍村村級(jí)公路旁，交通方便。本次重建新曉年渡槽，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)90 m，底寬1.2m，側(cè)墻高1.8m，縱坡比為1/1000，共9跨，每跨長(zhǎng)10m，跨與跨間設(shè)置伸縮縫，側(cè)墻、底板均采用C25混凝土襯砌。

原渡槽結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，地質(zhì)勘測(cè)共鉆5個(gè)麻花鉆孔，分別為M1、M2、M3、M4、M5，具體數(shù)值詳見(jiàn)圖1。渡槽地基：上部土層厚度（4.2～5.2）m，土層承載力（160～180）kPa，下部為花崗巖風(fēng)化砂，承載力260 kPa。

圖1　原渡槽結(jié)構(gòu)

1.2存在問(wèn)題

渡槽基礎(chǔ)施工過(guò)程中，實(shí)際地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)地質(zhì)情況有出入，各方代表現(xiàn)場(chǎng)查看，原渡槽基礎(chǔ)所在區(qū)域，原址為河道，后填土形成，地下水豐富，砂質(zhì)層遇水承載力差，1#墩開(kāi)挖至3m，見(jiàn)砂層，開(kāi)挖至5m，滲水嚴(yán)重，邊坡垮塌。圖2為1#墩現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖圖，圖3為1#墩幾天后基坑圖。

圖2　1#墩現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖圖

圖3　1#墩幾天后基坑圖

原地勘采用麻花鉆鉆孔，最深5.2m到達(dá)基巖，實(shí)際開(kāi)挖至5m左右，再往內(nèi)打入一根3m的鋼管，能較容易打入基坑，實(shí)際（7～8）m未能到達(dá)巖基，經(jīng)業(yè)主建議，設(shè)計(jì)方復(fù)核地勘資料，提出基礎(chǔ)解決方案。

2 工程地質(zhì)

2.1地質(zhì)分析及現(xiàn)場(chǎng)處理措施

設(shè)計(jì)方對(duì)原麻花鉆地質(zhì)情況與實(shí)際地質(zhì)誤差大的分析及處理措施如下：

麻花鉆鉆孔區(qū)別于沖擊鉆鉆孔，麻花鉆采用手搖式，取芯量少，誤差較大，深度有限。不能鉆進(jìn)砂礫石層，且不能取巖層芯樣。

設(shè)計(jì)方組織地質(zhì)勘測(cè)隊(duì)重新對(duì)渡槽基礎(chǔ)進(jìn)行勘測(cè)，共鉆4個(gè)鉆孔，分別位于1#墩旁，3號(hào)墩旁，5#墩旁，7#墩旁，鉆孔目測(cè)所得地質(zhì)參數(shù)為（2.2～2.3）m見(jiàn)砂層，3.2m見(jiàn)灰色粘土層，（5.2～6.5）m見(jiàn)強(qiáng)風(fēng)化巖層，9.5m見(jiàn)基巖。見(jiàn)圖4。

圖4　渡槽基礎(chǔ)地質(zhì)勘測(cè)

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，原麻花鉆由于受深度及取樣量等方面的局限存在一定的誤差，現(xiàn)經(jīng)再次鉆孔地質(zhì)情況顯示，相差約1m，由于未出地質(zhì)文本以及詳細(xì)的地質(zhì)分析，未對(duì)強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)巖層進(jìn)行處理，實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中，由于采用機(jī)械開(kāi)挖，對(duì)原有土層及巖層擾動(dòng)較大，且滲水嚴(yán)重，砂質(zhì)巖遇水變散，承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2.2補(bǔ)充工程地質(zhì)

工程區(qū)地層巖性較簡(jiǎn)單，由老至新分述如下：

（1）燕山晚期第一次（γ53a）：灰白色二云母花崗巖。上部全風(fēng)化帶厚度（3～4）m，呈灰色、灰白色，風(fēng)化呈砂狀，尚可見(jiàn)巖石結(jié)構(gòu)；強(qiáng)風(fēng)化帶厚度（5～6）m，呈灰白色。該層在工程區(qū)廣泛分布，兩岸山坡有全風(fēng)化砂出露。

（2）第四系殘坡積（Qedl）：為灰黃色、灰色的粘土質(zhì)砂、粉質(zhì)粘土等，厚度（4.5～5.5）m。主要分布于耕田及山坡。

（3）第四系人工堆積（Qs）：素填土。為施工期人工填筑的含粘土碎塊石，灰黃色、黃紅色。填筑較密實(shí)。

工程區(qū)地下水類(lèi)型為松散土體的孔隙水。賦存于第四系松散堆積層中，接受大氣降水與地表水補(bǔ)給，水量較貧乏。勘探期間，地下水位埋深（0.8～1.5）m。

2.3主要工程地質(zhì)問(wèn)題

工程區(qū)存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題有基坑滲漏問(wèn)題和開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定問(wèn)題：

（1）基坑滲漏：由于地下水位埋藏較淺，在基坑施工過(guò)程中，存在地表水和地下水經(jīng)基坑壁向基坑滲漏問(wèn)題，施工過(guò)程中應(yīng)做好基坑排水、基坑防滲處理。

（2）開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定問(wèn)題：由于地基土上部的粉質(zhì)粘土、粘土質(zhì)砂等結(jié)構(gòu)較松散，在施工開(kāi)挖過(guò)程中，存在邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，施工過(guò)程中應(yīng)做好臨時(shí)邊坡支護(hù)處理。

附表為各巖土層開(kāi)挖坡比和有關(guān)樁基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)。

2.4巖土工程性能評(píng)價(jià)及基礎(chǔ)持力層選擇

（1）粉質(zhì)粘土：強(qiáng)度較低、壓縮性高，不能作為擬建建筑物的天然地基持力層。

附表　　各巖土層開(kāi)挖坡比和有關(guān)樁基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)　kPa

（2）粘土質(zhì)砂：其強(qiáng)度較低、壓縮性較高，遇水及攪動(dòng)后力學(xué)強(qiáng)度顯著降低，不能作為擬建建筑物的天然地基持力層。

（3）全風(fēng)化二云母花崗巖：風(fēng)化呈砂狀，稍有膠結(jié)，尚見(jiàn)巖石結(jié)構(gòu)，但遇水及攪動(dòng)后力學(xué)強(qiáng)度顯著降低，不宜作為擬建建筑物的天然地基持力層。

（4）強(qiáng)風(fēng)化二云母花崗巖：力學(xué)性能較好，承載力較高，可作為擬建建筑物的天然地基持力層或樁基礎(chǔ)持力層。

根據(jù)各巖土層厚度及工程性能，建議渡槽排架采用樁基，以強(qiáng)風(fēng)化二云母花崗巖作為樁基持力層。

3 工程措施

3.1基礎(chǔ)處理措施

本工程因地下水豐富，基礎(chǔ)為砂質(zhì)及粉質(zhì)粘土地質(zhì)層，不適合大面積開(kāi)挖，以及灌漿處理，根據(jù)地質(zhì)分析情況，宜采用樁基礎(chǔ)處理，并詳細(xì)對(duì)比松木樁以及樹(shù)根樁基處理措施。

松木樁基礎(chǔ)：松木含有豐富的松脂，而松脂能很好地防止地下水和細(xì)菌對(duì)其的腐蝕，有“水浸萬(wàn)年松”，直徑（Φ150～Φ350），一般長(zhǎng)度（3～6）m。當(dāng)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，施工以及運(yùn)輸不便，造價(jià)過(guò)高。

混凝土樁基礎(chǔ)：原理類(lèi)似松木樁基礎(chǔ)，分為預(yù)制砼樁以及現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁。預(yù)制混凝土樁在運(yùn)輸以及施工過(guò)程中均存在一定難度?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土樁較易施工，機(jī)械鉆孔，扎鋼筋籠，以及灌漿等相對(duì)施工難度不大，尤以樹(shù)根樁托換地基加固應(yīng)用較廣，因采用壓力灌漿，對(duì)樁間軟弱土起到一定的加固作用。

3.2樹(shù)根樁托換地基加固

3.2.1樹(shù)根樁的特點(diǎn)

樹(shù)根樁是一種小型鉆孔灌注樁，直徑為（130～300）mm，樁長(zhǎng)（5～25）m。它是利用小型鉆機(jī)按設(shè)計(jì)直徑，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，然后放入鋼筋籠，同時(shí)放入灌漿管，注入水泥漿或水泥砂漿，結(jié)合碎石骨料成樁。樹(shù)根樁可以根據(jù)需要做成垂直的，也可以是傾斜的；可以是單根的，也可以是成束的；可以是端承樁，也可以是摩擦樁。

（1）樹(shù)根樁托換地基加固的特點(diǎn)：樹(shù)根樁是在地基中設(shè)置的小直徑（Φ110～Φ300）的就地鉆孔樁，實(shí)際上是對(duì)地基進(jìn)行樁基托換，因采用壓力灌漿，對(duì)樁間軟弱土起到一定的加固作用。其所需施工場(chǎng)地小，振動(dòng)小，對(duì)已損壞需托換的建筑物比較安全，費(fèi)用低。

（2）樹(shù)根樁施工工藝：測(cè)量定位、標(biāo)高控制→護(hù)筒的埋設(shè)與校正→鉆機(jī)就位、成孔、清孔→鋼筋籠的制作與安放→填卵石料、注漿。

3.2.2樹(shù)根樁設(shè)計(jì)參數(shù)確定

樹(shù)根樁嚴(yán)格依據(jù)《建筑樁基技施規(guī)范》（JGJ94-2008）設(shè)計(jì)并施工，本次基樁的承載力性狀為端承型樁，按成樁方法為非擠土樁，設(shè)計(jì)直徑為Φ300mm，為中等直徑樁，基樁的最小中心距依據(jù)規(guī)范表3.3.3-1，當(dāng)為端承型樁時(shí)，非擠土灌注樁可取2.5d（750mm）；對(duì)于嵌入傾斜的完整和較完整巖的全斷面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m，取基礎(chǔ)嵌入強(qiáng)風(fēng)化層以下0.5m。

箍筋應(yīng)采用螺旋式，樁頂以下5d范圍內(nèi)的箍筋應(yīng)加密，間距不應(yīng)大于100mm，當(dāng)鋼筋籠長(zhǎng)度超過(guò)4m時(shí)，每隔2m設(shè)一道直徑不小于12mm的焊接加筋鋼筋。

樁孔混凝土標(biāo)號(hào)為C25，灌注樁主筋鋼筋保護(hù)層35mm，承臺(tái)底面鋼筋混凝土保護(hù)層厚度為70 mm，上層及側(cè)面保護(hù)層厚度50mm。

承臺(tái)與基坑側(cè)壁間隙回填壓實(shí)性較好的素土分層夯實(shí)，壓實(shí)度不宜小于0.94。

3.2.3樹(shù)根樁施工及驗(yàn)收事項(xiàng)

（1）成孔設(shè)備就位后，必須平整、穩(wěn)固，確保在成孔過(guò)程中不發(fā)生傾斜和偏移。

（2）當(dāng)采用鉆（沖）挖掘成孔時(shí)，必須保證樁端進(jìn)入持力層的設(shè)計(jì)深度；當(dāng)采用錘擊沉管法成孔時(shí)，沉管深度控制以貫入度為主，以設(shè)計(jì)持力層標(biāo)高對(duì)照為輔。

（3）分段制作的鋼筋籠，其接頭宜采用焊接，并應(yīng)遵守國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》JGJ10、《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》JGJ18和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204的規(guī)定。

（4）粗骨料可選用卵石或碎石，其骨料粒徑不得大于鋼筋間距最小凈距的1/3。

（5）樁在施工前，宜進(jìn)行試成孔。

（6）根據(jù)規(guī)范要求，總樁數(shù)在50根以下的，抽檢20%做低應(yīng)變檢測(cè)樁的完整性，本工程共40根樁，取8根樁做低應(yīng)變檢測(cè)。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1排架基礎(chǔ)地基承載力計(jì)算

4.1.1滿槽水深h=H=1.8m時(shí)

（1）均布荷載計(jì)算

①槽身自重均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值q1為：

q1=（0.4×2.0+1.2×0.2+0.2×0.2+0.1×0.15×2+0.2× 0.1）×25=28.25（kN/m）

槽身自重均布荷載設(shè)計(jì)值q′1為：

q′1=1.05q1=29.66（kN/m）

②水重均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值q2為：

q2=Bh=1.2×1.8×10=21.6（kN/m）

水重均布荷載設(shè)計(jì)值q′2為：

q′2=1.1q2=1.1×21.6=23.76（kN/m）

③槽身均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值總和為：

q=q1+q2=28.25+21.6=49.85（kN/m）

槽身均布荷載設(shè)計(jì)值總和為：

q′=q′1+q′2=29.66+23.76=53.42（kN/m）

以上各式中：鋼筋混凝土的重度采用25kN/m3；1.05為自重的荷載分項(xiàng)系數(shù)；1.1為水重的荷載分項(xiàng)系數(shù)。

排架承受2G槽=2×（G空槽+G水）=53.42×10/2×2= 534.2kN。

4.1.2排架自重

以最高的排架1#排架為計(jì)算單元，其他排架計(jì)算相同，為使立柱在豎向荷載作用下為軸心受壓構(gòu)件，立柱中心線與槽身支承中心線相重合。地面以上排架高度為1.92m，基礎(chǔ)埋深0.5m，采用C25混凝土，如圖5。

圖5　排架自重計(jì)算單元

排架自重G排為：

G排=（1.1×0.35×2+0.425×0.25）×γh=0.876×25= 21.91（kN）

4.1.3承臺(tái)自重G臺(tái)

G臺(tái)=（0.5×2.1×1.65）×γh=1.7325×25=43.34（kN）

因排架高度不高，為簡(jiǎn)化計(jì)算，計(jì)算排架基礎(chǔ)地基承載力時(shí)不考慮風(fēng)荷載，計(jì)算采用公式：

式中∑N——基礎(chǔ)承受的豎向軸力；

A——基礎(chǔ)地面面積。

以最不利的1#排架為例，計(jì)算得1#排架的基礎(chǔ)地基承載力為172.99kPa。

4.2樁基承載力計(jì)算

本工程采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算當(dāng)根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，按下式估算：

Quk+Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

式中qsik——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，參照《建筑樁基技施規(guī)范》（JGJ94-2008）表5.3.5選??；

qpk——極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，

u——樁身周長(zhǎng)；

li——樁周第i層土的厚度；

Ap——樁端面積。計(jì)算得：

Quk=Qsk+Qpk=3.14×0.3×（30×1+50×5+100×3.5+ 160×0.5）=3.14×0.3×710=668.82。

單樁豎向承載力特征值Ra應(yīng)按下式確定：

式中Quk——單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

K——安全系數(shù)，取K=2。根據(jù)計(jì)算單根豎向承載力特征值Ra=334.41kPa，設(shè)置4根，承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)　語(yǔ)

金井灌區(qū)新曉年渡槽基礎(chǔ)處理最終采用樹(shù)根樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理，也是長(zhǎng)沙縣首次嘗試采用樹(shù)根樁進(jìn)行渡槽基礎(chǔ)處理，目前該工程已經(jīng)全部施工完畢，經(jīng)成樁質(zhì)量檢測(cè)合格率100%（總樁數(shù)的20%做低應(yīng)變檢測(cè)）；該基礎(chǔ)處理方案的成功運(yùn)用對(duì)今后渡槽及其他水工建筑物需進(jìn)行軟土地基加固處理積累了新的寶貴經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)今后類(lèi)似基礎(chǔ)處理工程有非常好的借鑒和指導(dǎo)作用。

謝朝芳（1982-），女，大學(xué)本科，工程師，主要從事小型水利工程設(shè)計(jì)、施工與管理工作，手機(jī)：13974898646；王滿林（1981-），男，大學(xué)本科，水工地質(zhì)工程師，主要從事工程勘察、地基處理與基礎(chǔ)工程施工等工作。

（2016-07-20）