淺析沿海航標(biāo)燈塔樁基礎(chǔ)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(dāng)前沿海不同區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境不同，燈塔樁基礎(chǔ)形式的選擇就顯得尤為重要，若選取不當(dāng)，非常容易出現(xiàn)燈樁傾覆失穩(wěn)破壞情況。為此，筆者希望通過自己的一些建設(shè)經(jīng)驗，為大家提供一些燈樁建設(shè)時基礎(chǔ)選型的參考意見。

關(guān)鍵詞：航標(biāo)燈塔樁 樁基礎(chǔ) 建設(shè)

1.引言

近年來，為貫徹落實國家海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略，優(yōu)化沿海導(dǎo)助航設(shè)施布局，提升航標(biāo)效能，給沿海出入船舶提供更好的導(dǎo)助航服務(wù)，航海保障部門正有序推進(jìn)沿海燈塔樁建設(shè)。

目前，航標(biāo)燈樁結(jié)構(gòu)越來越傾向于采用工業(yè)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(chǔ)形式須依靠建設(shè)地點(diǎn)地質(zhì)條件及燈樁結(jié)構(gòu)形式等確定。在燈樁建設(shè)過程中，因建設(shè)點(diǎn)大多位于海島或沿海礁石或沙灘，所處地基情況不同于內(nèi)陸，尤其是燈樁建設(shè)經(jīng)常建設(shè)在沿海沙灘，這種沙灘地質(zhì)情況較復(fù)雜，可能為一種海沙淤泥混合土，若基礎(chǔ)形式選擇不當(dāng)，容易因漲潮等造成燈樁傾覆失穩(wěn)破壞。究竟選擇什么樣的基礎(chǔ)形式既可保證施工便利可行、節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，又可保證工程安全可靠，正是本文探討的出發(fā)點(diǎn)。

現(xiàn)今珠江口沿海已積累了一些燈塔樁建設(shè)經(jīng)驗，但對于燈樁建設(shè)時的基礎(chǔ)選型、沿海沙灘土質(zhì)特性或是對此不良地質(zhì)情況如何進(jìn)行地基處理等仍然缺乏深入研究，而現(xiàn)有的相關(guān)參考文獻(xiàn)資料亦極少。為做好燈樁建設(shè)工程中的基礎(chǔ)設(shè)計及施工，本文根據(jù)已有的燈塔燈樁建設(shè)經(jīng)驗，分析了幾類常用燈樁基礎(chǔ)形式，試圖給出燈樁建設(shè)時基礎(chǔ)選型的一些參考意見。

2.燈樁基礎(chǔ)選型分析

基礎(chǔ)是連接上部結(jié)構(gòu)與地基之間的過渡結(jié)構(gòu)，起承上啟下作用，一般而言，基礎(chǔ)形式可分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩類。在燈樁建設(shè)中，雖然燈樁上部結(jié)構(gòu)非常簡單，但因為建設(shè)選點(diǎn)大部分處于沿海礁石、沙灘及海島硬巖，故燈樁基礎(chǔ)需依據(jù)選點(diǎn)地質(zhì)條件和建設(shè)成本等綜合考慮，據(jù)已有經(jīng)驗，燈樁基礎(chǔ)采用巖石錨桿基礎(chǔ)、鋼筋砼獨(dú)立基礎(chǔ)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(zhì)情況采用了樁基。因此，本文對巖石錨桿基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)等幾種基礎(chǔ)予以介紹，并對各自特點(diǎn)及適用情況進(jìn)行簡要分析。

2. 1巖石錨桿基礎(chǔ)

在燈樁建設(shè)中，為更好發(fā)揮助航效能，大部分燈樁選點(diǎn)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(chǔ)。

該基礎(chǔ)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(chǔ)。對于錨桿基礎(chǔ)，其錨桿材料、孔徑、插入上部結(jié)構(gòu)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(yīng)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(qiáng)度不宜低于30MPa，細(xì)石混凝土不宜低于C30，灌漿前，應(yīng)將錨桿孔清理干凈。

2.2獨(dú)立基礎(chǔ)

獨(dú)立基礎(chǔ)是整個或局部結(jié)構(gòu)物下的無筋或配筋的單個基礎(chǔ)，可分為剛性獨(dú)基和柔性獨(dú)基。剛性獨(dú)基俗稱“大放腳”，又稱無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，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(chǔ)需要較大的截面抗彎剛度，受荷后基礎(chǔ)不允許撓曲變形和開裂。因存在用料多、自重大等缺點(diǎn)，故經(jīng)?？紤]用鋼筋砼材料建筑的基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)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(shè)過程中，因建設(shè)點(diǎn)交通條件較差，運(yùn)輸成本和人工成本較高，若建設(shè)點(diǎn)表層地基土質(zhì)較好，具有較好承載力，往往優(yōu)先采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)形式。

2.3樁基礎(chǔ)

當(dāng)建筑場地淺層地基土質(zhì)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(chǔ)方案。樁基礎(chǔ)就是一種最常用的深基礎(chǔ)，其具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小而均勻、適應(yīng)性強(qiáng)等突出特點(diǎn)。樁基礎(chǔ)，按樁的施工方法不同，主要可分為預(yù)制樁和灌注樁兩大類，預(yù)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(shè)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(chǔ)設(shè)計，基礎(chǔ)極有可能出現(xiàn)不均勻沉降以致基礎(chǔ)傾斜。另一方面，海沙容易隨漲潮時被帶走，淺基礎(chǔ)將存在基礎(chǔ)裸露以致傾覆的風(fēng)險。據(jù)此，在該類地質(zhì)條件下，采用樁基礎(chǔ)是一種安全的做法。但就工程造價而言，對于燈樁建設(shè)顯然是不經(jīng)濟(jì)的。實際上，燈樁為簡易構(gòu)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(fēng)荷載作用，故若燈樁采用樁基礎(chǔ)應(yīng)盡量簡化，通過減小承臺面積，優(yōu)化樁基布置和樁數(shù)等，降低工程造價。

3.三類基礎(chǔ)造價分析

在燈樁建設(shè)中，基礎(chǔ)的費(fèi)用往往要占到整個燈樁建設(shè)總造價一半甚至更多，因此對于燈樁基礎(chǔ)建設(shè)應(yīng)做好科學(xué)預(yù)算管理。在燈塔樁基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用中，除了建筑材料費(fèi)用，因海島特殊施工條件，項目其他費(fèi)（如施工用水、生活用水、海島生活補(bǔ)助及人工補(bǔ)貼、施工用船、材料二次搬運(yùn)等）占到很大比重。根據(jù)筆者經(jīng)驗，在陽江沿海水域若采用巖石錨桿基礎(chǔ)（以1米高巖石錨桿基礎(chǔ)為例）、鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)（以3米X3米X1米）及樁基礎(chǔ)（承臺采用3米X3米X1米，5根Φ219鋼管樁）三類基礎(chǔ)費(fèi)用進(jìn)行估算，費(fèi)用組成如表1。

4.結(jié)論

構(gòu)筑物基礎(chǔ)類型選擇時，除要考慮上部結(jié)構(gòu)荷載和地基條件外，還需考慮構(gòu)筑物的使用要求，上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及材料和施工條件，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和綜合分析，在保證建構(gòu)筑物安全和正常使用的前提下，盡可能降低基礎(chǔ)造價和考慮施工方便，減少施工過程對環(huán)境造成的不利影響。對于燈樁建設(shè)的基礎(chǔ)選型，通過以上分析，可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）若燈樁建設(shè)選點(diǎn)位于堅硬巖石、礁石等，優(yōu)先采用巖石錨桿基礎(chǔ)。

（2）若燈樁建設(shè)選點(diǎn)地基土質(zhì)較好，無明顯軟弱土層，可采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。

（3）當(dāng)燈樁建設(shè)選點(diǎn)位于沿海沙灘或其他軟弱土，若采用樁基礎(chǔ)，應(yīng)盡量優(yōu)化樁基方案，降低工程造價。

5.討論

沿海燈塔樁建設(shè)目前積累資料較少，因筆者經(jīng)驗水平有限，對于以下幾點(diǎn)留待進(jìn)一步討論：

（1）當(dāng)燈塔樁建設(shè)點(diǎn)位于軟弱土層，采用樁基礎(chǔ)成本較高，是否可通過換填墊層等地基處理后采用獨(dú)基，有待進(jìn)一步實踐驗證。

（2）對于沿海沙灘的土質(zhì)情況，其工程特性、抗剪強(qiáng)度、承載力等指標(biāo)如何，是否能夠滿足燈塔樁上部結(jié)構(gòu)在豎向、水平向力學(xué)作用有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

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