CFG樁在航道護(hù)坡?lián)跬翂χ械膽?yīng)用分析

陸珍珍

重力式擋土墻是港口碼頭、航道護(hù)岸中防治邊坡失穩(wěn)常用的支擋結(jié)構(gòu)。進(jìn)行擋土墻施工時(shí)，常常會(huì)遇到地基處理的問題。針對(duì)此類問題，文章結(jié)合某航道護(hù)岸擋土墻地基處理工程，分析CFG樁復(fù)合地基處理方案的可行性，為類似工程提供參考。

CFG樁;復(fù)合地基;擋土墻;航道護(hù)坡

U617.8-A-50-179-3

0?引言

重力式擋土墻具有結(jié)構(gòu)安全、施工簡(jiǎn)易、成本經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，普遍應(yīng)用于公路路堤、邊坡等工程中[1-2]。航道站房一般選址于河流岸邊，地形高差較大，場(chǎng)地平整時(shí)土方回填量大，形成較陡岸坡，水流沖刷浸泡，易發(fā)生失穩(wěn)滑移，故需要進(jìn)行加固處理，而重力式擋土墻既能擋水流，又能擋土，是防治邊坡失穩(wěn)的一種經(jīng)濟(jì)有效的防護(hù)結(jié)構(gòu)。

1?工程概況

某航道站占地面積約4 679.2 m2，布置于河谷岸邊，東側(cè)、北側(cè)兩面臨河，呈南高北低階梯狀。整平場(chǎng)地共回填土方46 640 m3，場(chǎng)地回填后形成5～12 m人工填土，河岸邊坡高約13.5 m，坡度約80°。邊坡坡面為散落砂巖角礫、巖塊，未做任何防護(hù)，現(xiàn)狀穩(wěn)定。但是，場(chǎng)地處于河流沖積和特大洪水淹沒區(qū)域，豐水期水位變幅大，河水對(duì)岸坡沖刷侵蝕是影響邊坡穩(wěn)定性的重要隱患。為穩(wěn)固填土邊坡，擬對(duì)河岸邊坡實(shí)施擋土墻防護(hù)工程。

1.1?地質(zhì)情況

經(jīng)地質(zhì)勘察，邊坡主要土層為：素填土、表層土、粉砂層，下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖。

（1）素填土：黃色，濕、欠固結(jié)，穩(wěn)定性差，主要是風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，多呈角礫狀，揭露層厚6.50～7.60 m。

（2）表土層：稍濕，主要為灰黑、黑色的松散粉砂、粉土，夾雜植物根莖，層厚0.60～1.70 m。

（3）粉砂層：灰黃，呈濕～飽和、松散局部稍密狀，厚約12.10～15.60 m。

（4）泥質(zhì)粉砂巖：該層巖大部分屬中風(fēng)化軟巖，局部強(qiáng)風(fēng)化，難以錘擊、重錘有回彈，巖面埋深介于20.5～24.2 m。

巖土層主要物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)詳見表1。

1.2?設(shè)計(jì)概況

（1）設(shè)計(jì)邊坡安全系數(shù)

擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，邊坡安全等級(jí)為二級(jí)，考慮自重（天然狀態(tài)）+地面荷載，設(shè)計(jì)邊坡安全系數(shù)Ks取值≥1.30。

（2）擋土墻形式

沿河岸坡腳設(shè)置衡重式擋土墻，墻身總高度均為7 m，上墻高4 m，埋深為1.0 m，頂部寬度為1.2 m，臺(tái)寬1.2 m，墻頂標(biāo)高為60.0 m，基底標(biāo)高為53.0 m，墻腳標(biāo)高為54.0 m。為防止河水沖刷，墻外拋設(shè)塊石護(hù)腳。岸坡最高水位為63.9 m，特大洪水期間大部分坡體被淹，因此坡面需植草護(hù)面，坡頂設(shè)置護(hù)欄及實(shí)施截排水措施。

（3）地基承載力估算

擋土墻類型按浸水地區(qū)擋土墻考慮，采用庫倫理論計(jì)算擋土墻壓應(yīng)力。最大壓應(yīng)力值為160 kPa，最小壓應(yīng)力值為151 kPa，擋土墻基底平均壓應(yīng)力為156 kPa，超過天然地基承載力特征值110 kPa，需要進(jìn)行處理才能滿足使用要求。

1.3?地基處理方案

可用于填土邊坡的地基處理方法很多，但是滿足深厚填土、工藝成熟、經(jīng)濟(jì)可行的方法一般是樁基處理。本工程①～③層土層埋深較淺，承載力較低，采用淺基礎(chǔ)不能滿足構(gòu)建物承載力要求，應(yīng)以下伏基巖為持力層，而樁基礎(chǔ)支撐在④層持力巖層，能夠改善地基豎向承載力，可用于本工程地基處理。

（1）方案一：鋼筋混凝土灌注樁

鉆孔灌注樁施工不易受地質(zhì)條件限制，施工工藝成熟，工期較快，本工程可考慮鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)，長(zhǎng)螺旋鉆孔成孔，壓灌C30混凝土后插入鋼筋籠。但是樁體需要配筋，按樁徑600 mm、樁長(zhǎng)約10 m，初步計(jì)算約為800元/m3，工程造價(jià)較高。

（2）方案二：CFG樁復(fù)合地基

水泥粉煤灰碎石樁是由碎石樁摻加廢渣粉煤灰改良而來，粘結(jié)性更高。樁間土、褥墊層與樁體協(xié)同作用，共同支撐上部荷載，并向深層土傳遞，可大幅改善地基承載力，適用范圍廣，在公路、港口護(hù)岸加固工程中都有應(yīng)用[3-4]。CFG樁復(fù)合地基樁體無須配筋，節(jié)約工程成本，且成樁工藝環(huán)保，無須泥漿置換，降振低噪。按樁長(zhǎng)10 m、樁徑500 mm，初步測(cè)算造價(jià)為630元/m3。同時(shí)考慮該工藝在當(dāng)?shù)剡\(yùn)用較為成熟，本工程推薦采用此方案。

2?CFG樁設(shè)計(jì)

擋土墻基礎(chǔ)采用CFG樁，處理范圍是長(zhǎng)為15 m、寬為6 m的矩形區(qū)域，褥墊層厚300 mm，基礎(chǔ)覆土容重為19.00 kN/m3。采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔后，壓灌標(biāo)號(hào)C20混凝土。

2.1?設(shè)計(jì)參數(shù)

采用矩形布樁形式，共4排，縱橫向按1.50 m間距布設(shè)，樁的有效長(zhǎng)度為10 m，樁的直徑為500 mm，單樁豎向承載力為700 kN。CFG樁所處土層計(jì)算參數(shù)見表2。

2.2?復(fù)合地基承載力估算[5-6]

（1）單樁豎向承載力特征值計(jì)算：

R?a=u?pq?sil?i+q?pA?p（1）

式中：

u?p——樁的周長(zhǎng)（m）;

q?si——樁周第i層土的側(cè)阻力;

q?p——樁端阻力特征值（kPa）;

l?i——第i層土的厚度（m）;

A?p——樁的截面積（m2）。

經(jīng)計(jì)算R?a為396.63 kN，取R?a值為350 kN。

取樁體試塊抗壓強(qiáng)度f?cu=20.00 MPa，經(jīng)驗(yàn)算滿足f?cu≥4λR?a/A?p。

（2）面積置換率計(jì)算：

m=d2d2?e（2）

d——樁身平均直徑;

d?e——一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑。

（3）復(fù)合地基承載力計(jì)算：

f?spk=λmR?a/A?p+β（1-m）f?sk（3）

式中：

f?spk——復(fù)合地基承載力特征值（kPa）;

m——面積置換率;

R?a——單樁豎向承載力特征值;

λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.8;

f?sk——處理后樁間土承載力特征值（kPa），取天然地基承載力特征值，f?sk=110.00 kPa。

將式（1）、式（2）代入式（3）計(jì)算，f?spk值為190 kPa，大于擋土墻偏斜荷載壓應(yīng)力160.3 kPa?？梢?，處理后的復(fù)合地基承載力滿足擋土墻壓應(yīng)力要求。

3?CFG復(fù)合地基施工

3.1?施工工藝

本工程地質(zhì)存在粉砂層，沉管鉆孔產(chǎn)生振動(dòng)，為避免發(fā)生坍孔，應(yīng)采用長(zhǎng)螺旋鉆成孔工藝。工藝流程圖詳見圖1。

3.2?施工注意事項(xiàng)

（1）松散填土、軟弱土開挖施工設(shè)計(jì)

樁基礎(chǔ)施工前應(yīng)把邊坡一定范圍內(nèi)松散填土層、軟弱土層清除，然后再按設(shè)計(jì)要求壓填。清理范圍與壓實(shí)范圍一致，清土與壓填均需采取分級(jí)施工，分級(jí)臺(tái)階寬度為3～4 m。

（2）實(shí)施跳樁施工

CFG樁設(shè)計(jì)有效長(zhǎng)度均為10 m，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況作相應(yīng)調(diào)整。本場(chǎng)地主要為粉砂層，為預(yù)防可能發(fā)生串孔，采取隔排隔孔跳樁施工，減少對(duì)已打樁的擾動(dòng)。

（3）控制提桿速度

本場(chǎng)地主要為粉砂層，孔壁極易坍塌，鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)

高后，應(yīng)先壓灌入混合料，再緩慢提升鉆桿。

（4）避開雨季施工

工程臨近河流，受洪水影響，建議在非雨季進(jìn)行工程施工。如在雨季施工應(yīng)做好施工期間的流土流泥的臨時(shí)防治措施，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)巡視。如果有任何與設(shè)計(jì)有出入的情況應(yīng)及時(shí)反饋給勘查單位、設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、監(jiān)理單位及有關(guān)單位進(jìn)行處理。

3.3?地基處理效果

CFG樁基完工28 d后，采用低應(yīng)變反射波法、單樁及單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)來檢測(cè)CFG樁樁身完整性、復(fù)合地基和單樁承載力特征值。本工程選取15根進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，CFG樁2根進(jìn)行靜載試驗(yàn)，最大加載量為700 kN，復(fù)合地基荷載試驗(yàn)3個(gè)樁點(diǎn)，最大加載量為864 kN。

檢測(cè)結(jié)果顯示：低應(yīng)變檢測(cè)15根樁，各受檢測(cè)樁的完整性良好，其中Ⅰ類樁13根、Ⅱ類樁2根，無Ⅲ類或Ⅳ類樁，可見樁身完整性均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。復(fù)合地基載荷試驗(yàn)樁點(diǎn)分別在達(dá)到最大加載量863 kN時(shí)，沉降均能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，試樁及周圍土體均未達(dá)到破壞條件，滿足設(shè)計(jì)值190 kPa的要求。

單樁豎向抗壓靜荷載試驗(yàn)分別加載至700 kN時(shí)，最終沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)值350 kN的要求。

4?結(jié)語

CFG樁用于本工程地基處理取得較好的預(yù)期效果，可有效改善高填土浸水岸坡地基承載力。在該護(hù)岸擋土墻工程完工投入使用的過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)及邊坡位移等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以判斷擋土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃修奮.道路路基擋土墻防護(hù)設(shè)計(jì)與施工方法探討[J].西部交通科技，2018（3）：51-53，202.

[2]李中華.高速公路改擴(kuò)建邊坡支護(hù)方案對(duì)比探析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2018（2）：78-80.

[3]李志杰.公路工程擋土墻CFG樁復(fù)合地基病害分析與處理措施[J].路基工程，2015（1）：210-213.

[4]曹?軍.水泥粉煤灰碎石樁（CFG）在港口工程護(hù)岸加固中的應(yīng)用[J].水運(yùn)工程，2018（10）：113-116.

[5]GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]JGJ79-20012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].