沖孔灌注樁基礎在三明市城區防洪工程中的應用

陳成榕

(三明市堤防管理處，福建 三明 365000)

沖孔灌注樁基礎在三明市城區防洪工程中的應用

陳成榕

(三明市堤防管理處，福建 三明 365000)

摘要：福建省三明市城區位于斑竹水電站庫區內，堤防建設基礎設計具有一定難度。本文結合三明市城區臺江段防洪堤工程實際，簡述了防洪堤基礎設計情況、施工質量控制，介紹了沖孔灌注樁基礎在三明市城區防洪工程建設中的應用。

關鍵詞：庫區；城市防洪；沖孔灌注樁；應用

三明市位于福建省中部連接西北隅，是閩西北政治經濟文化中心和著名山區園林文明城市。三明市城區面積18 km2,人口28萬，閩江上游的三大支流之一沙溪河穿城而過。

1工程概況

1.1水文氣象

福建省三明市屬我國東部季風區，中亞熱帶濕潤氣候，雨量豐沛，暴雨頻繁，多年平均降水量1606.4 mm，平均相對濕度79%。全年按天氣成因大致可分為：3—4月春雨，5—6月梅雨，7—9月臺風雷雨和10—2月干季四個時期。

經對本流域歷年大洪水的暴雨天氣資料分析，較大洪水多系鋒面雨所致，加之沙溪河為山區河流，洪水漲落急劇，匯流快、流速大、破壞力強。因此每次洪水上岸，襲擊城區，直接經濟損失都較為嚴重。

臺江堤段正常水位126.7m，河床底高程117.3～118.9 m，河水較深，設計洪水位134.60～134.69 m。

1.2工程地質

三明市城區周圍為中低山，市區為長條形沖積山間河谷盆地，位于沖洪積Ⅰ級階地前緣及河漫灘地帶，大部分為第四紀堆積覆蓋，植被發育，僅公路沿線、沖溝、河谷有零星基巖出露，地勢較平緩;局部山坡處，地勢較陡。物理地質現象主要是巖體風化，未發現較大崩塌體、泥石流和滑坡的分布，未發現洞穴、臨空面等不良地質現象，僅局部可見洪水期河面凹岸沖刷的河岸小坍塌及小規模的邊坡崩塌現象，區內無古河道、古淵塘等。

1.3設防標準

臺江段防洪堤按30 a一遇設防，通過上下游水庫的科學調度以及洪水預警報系統等綜合措施確保防洪能力達到50 a一遇，堤防工程為3級建筑物。

1.4防洪堤概況

三明市臺江段防洪堤位于沙溪河左岸臺江片區，緊臨臺江水電站下游，與臺江水電站的尾水渠相銜接，是三明市城區重要堤段，新建防洪堤1873 m。一級駁岸為漿砌石，駁岸頂高程128.0 m，墻頂后設置一寬5.0 m的馬道，再以土堤護坡的形式填筑至防洪堤頂高程136.0 m。

2臺江段防洪堤基礎設計

2.1庫區堤防設計

三明市臺江段防洪堤位于斑竹水電站庫區內，基礎設計應高于一般防洪堤，滿足防洪功能的同時，結合城市發展對水環境的需求，統籌考慮。

(1)城區河道蓄水會對堤后低洼地帶造成浸沒影響，庫區堤防設計需有防滲、防沖要求。

(2)防洪堤施工與庫區蓄水、電站發電矛盾大，庫區放棄蓄水、電站停止發電對社會和經濟影響大，或圍堰施工與基坑排水投資大。

(3)上下游水庫需兼顧市區度汛需要，汛期科學調度，對施工工期、堤身穩定性造成影響。

(4)防洪堤與臺江水電站的尾水渠相銜接，防洪堤基礎應低于河床沖刷線1.5 m[1]。

2.2工程地質評價

2.2.1各類土(巖)主要工程地質參數

根據地質勘探成果、分析統計成果，結合地區經驗值，各類巖土主要工程地質參數建議值見表1。

2.2.2各類土(巖)的性能及地基穩定性評價

三明市臺江段防洪堤工程區內巖土體結構自上而下由素(雜)填土-粉質黏土-砂礫卵石-強風化基巖組成。

表1　臺江段防洪堤各類土(巖)主要工程地質參數建議值

注：摩擦系數f為混凝土重力式擋墻與地基土(巖)間摩擦系數。

(1)素(雜)填土：呈灰黑色、灰褐色、稍濕松散。填土成分復雜，有碎石、碎磚塊、煤碴，及水泥塊、各類砂土料、卵石等，局部還有些生活垃圾。中等透水性，工程性能較差，均勻性差，不宜直接作為堤基持力層。層厚約3.5～9.5 m。

(2)粉質黏土：埋藏于素(雜)填土下部，呈灰黃色、灰黑色，飽和，松散，底部含有少量卵石。含泥約15%～50%。弱～微透水性，工程性能較差，均勻性好，不宜直接作為堤基持力層。層厚約2.0～3.5 m，頂板埋深3.5～9.5 m。

(3)砂礫卵石：呈灰、灰黃色、灰白色，飽和，松散-稍密，卵石含量約50%～70%，未風化，粒間充填以礫、中粗砂為主,局部砂含量較高。均勻性較差，承載力高，工程性能較好,可作為堤基持力層，但其屬強透水層，可能產生滲透變形破壞。層厚約12.7～22.7 m，頂板埋深5.5～17.5 m。

(4)強風化灰巖(P1q)：灰褐色、灰色，組織結構大部分破壞，大部分礦物已風化成黏土礦物，巖芯多呈碎塊狀，部分為堅硬的黏土狀，為極軟巖。承載力高，工程性能較好，可作為堤基持力層，頂板埋深16.2～30.5 m。

臺江堤段天然岸坡基本穩定，堤內為山坡和公路，在開挖施工過程中需注意可能會發生小規模的滑塌以及對鄰近建筑物地基的影響。

2.3基礎方案設計

方案一：拋石基礎+鋼筋混凝土承臺

基礎拋石填至125.90 m，在拋石頂設置C25鋼筋混凝土承臺，厚0.6 m。堤身為漿砌石，基礎墻趾寬度0.5 m、高0.6 m，墻踵寬0.70 m，基礎底坡為0.15∶1，堤頂寬1.0 m，設C15混凝土壓頂0.1 m。

方案二：混凝土墊層基礎

基礎挖深1.5～2.0 m，用素混凝土澆制0.1 m墊層。堤身為漿砌石，堤腳前側設有一前趾，前趾寬0.35 m，深0.5 m，堤頂寬1.0 m，設C15混凝土壓頂0.1 m，迎水面邊坡1∶0.15，背水面邊坡1∶0.35。

方案三：沖孔灌注樁基礎+鋼筋混凝土承臺

采用沖孔灌注樁基礎。孔樁設置前后兩排，前后兩排樁的中心距為2.4 m，前排樁的中心距為0.85 mm，后排樁的中心距為3 m，樁基嵌入強風化基巖，孔徑800 mm，樁頂高程為123.90 m，在樁頂設置C25鋼筋混凝土承臺，厚0.6 m。堤身為漿砌石，堤頂寬1.0 m，設C15混凝土壓頂0.1 m，迎水面邊坡1∶0.15，背水面邊坡1∶0.35[2]。

2.4方案設計比選

方案一：①主要優點：以拋石強制置換素(雜)填土，可提高地基承載力，可有效減少基礎埋深、無圍堰要求、施工方便、工藝簡單、工期較短。②主要缺點：由于水深較深，堤段較長，拋石落點漂距較大，會有大量石塊散落河床各處，侵占河道行洪寬度，減小行洪斷面，影響水面線計算成果；防洪堤與臺江水電站的尾水渠相銜接，尾水渠出口底高程118.0 m，散落的石塊會對尾水出流造成影響；堤防建設長度較長，水深較深，拋石基礎高度大，實際施工操作性差，無法確保基礎低于河床沖刷線1.5 m，沉降性無法保證；C25鋼筋混凝土承臺澆筑時，由于高程低于常水位，需要庫區放水，降低水位，以便工程施工，對社會、經濟造成影響。

方案二：①主要優點：該方案使接觸面平整，便于上部結構向地基均勻傳遞荷載，基礎施工工藝簡單。②主要缺點：由于需以砂礫卵石作為堤基持力層，且防洪堤基礎應低于河床沖刷線1.5 m，所以基礎高程需在水下7～20 m。土石圍堰必須進行大斷面分層開挖，開挖邊坡高度大，支護困難，容易造成塌坡，帶來施工安全問題。根據地質資料，施工場地邊坡的透水性大，外側水深又很深，造成了導流及基坑排水難度大大增加，抽水臺班費用高；將嚴重影響工期，又給施工導流工程的度汛帶來困難。因此，方案二會加大施工難度，增加施工過程的危險性，同時工期將被大幅延長。

方案三：①主要優點：該方案施工時基本無地面隆起或側移，對環境和周邊建筑物危害小；可以穿越各種土層，更可以嵌入基巖，提高地基承載力、穩定性，減少沉降量；工藝成熟，施工過程相對安全可靠；機械化作業，施工簡單，可保證工期；施工臨時圍堰可作為樁機施工平臺，無需庫區放水，電站可不停產，對社會、經濟影響小；前排樁樁間間距小，可起到防滲墻作用。②主要缺點：樁機笨重，移動不方便，樁機操作平臺要求高，垂直度較差，容易偏孔，偏孔后修正困難[3]。

三種方案投資比較，方案一投資最小，但會減小河道過水斷面，對防洪堤的沉降性無法保證，對城區安全度汛有影響；方案二投資最大，施工難度大，施工過程危險性大；方案三投資較方案一大，但施工可操作性較方案一好，且無需庫區放水，對社會、經濟影響最小。因此，通過經濟、安全、可行等方面進行綜合比較，確定基礎設計采用方案三。

2.5孔樁垂直度控制措施

孔樁垂直度控制直接影響樁基的承載力，是沖孔灌注樁質量控制的重要環節。在施工過程中，可采取以下措施，確保孔樁垂直度：①樁機設備就位。為確保鉆機平穩牢固，樁機就位前，應整平場地，鋪好枕木，采用經緯儀等測量儀器保證樁機位置正確，機架垂直。②采取防振措施。為保證沖孔過程穩定，可采用墊枕木等措施防止鉆機在施工過程中振動和移動，并在鉆機上安裝水平尺和吊錘，監控振動和移動情況，如有異常，及時調整。③控制鉆進速度。土質不均，鉆頭偏心受力，如鉆進速度較快，容易傾斜。因此，需在不均勻地層或軟硬土層交界處減緩鉆進速度。④垂直度偏差處理。垂直度超過規范值時，提起鉆頭在出現偏斜部位反復鉆掃，使沖孔歸正。如糾正無效或偏差較大，回填黏土到偏斜處以上1～2 m，沉積密實后重新沖進[4]。

3工程實施效果

3.1檢測成果

福建省水利水電勘測設計研究院根據工程進展分期對本工程的孔樁進行低應變檢測法檢測基樁樁身的完整性和單樁水平靜載檢測。

檢測結果如下：單樁水平靜載試驗過程中，樁頭保持完好，量測系統和加壓系統無異常現象。曲線無極限破壞特征，試樁未達到極限承載狀態。低應變動力檢測，大部分樁身為結構完整、混凝土波速正常的良好樁，小部分樁身基本完整，輕度離析、縮徑和輕微裂隙，為輕微缺陷的合格樁。檢測數據全部合格[5]。

3.2實施效果

自2012年6月通過驗收以來，經歷年汛期考驗，防洪堤未出現任何險情。由此可見，防洪堤采用沖孔灌注樁基礎處理后，地基承載力、抗滑穩定性、滲流穩定性、防沖刷、防滲及沉降均滿足《建筑樁基技術規范(JGJ 94-2008)》和堤防工程設計規范(GB 50286-98)要求，達到防洪標準。

4結語

(1)臺江段防洪堤采用的沖孔灌注樁基礎處理方案是合理的、成功的，其成功經驗可供類似工程參考。

(2)防洪堤基礎的選擇，需按照因地制宜的原則，根據堤段所在的重要程度、地理位置、地質條件、筑堤材料、水流和風浪特性、環境景觀、施工條件，以及工程造價等因素，經過綜合比較，確保設計方案的可行性。

參考文獻：

[1]李小榮.閩江上游沙溪流域防洪二期工程初步設計[R].福州：福建省水利水電勘測設計研究院,2004.

[2]王景蕓,李曉玉,耿漢軍.武鋼工業港防洪堤地基基礎設計方案比選[C]//中國土木工程學會.中國土木工程學會城市防洪2006年學術年會論文集,2006.

[3]伏立崗,儲愛華.基于工程實際的孤島灌注樁施工技術的應用及質量控制[J].中國水運(下半月),2013(9):212-213.

[4]李朋遠,解一君,韓冬卿.鉆孔灌注樁成孔垂直度檢測與控制[J].工程質量,2013(11):57-58，80.

[5]謝兆才,羅偉峰,馬鐵威.談灌注樁施工中應注意的幾個問題[J].黑龍江水利科技,2001(2):100.

作者簡介：陳成榕(1982-)，男，工程師，主要從事堤防工程建設管理工作。

中圖分類號：TU998.4;TU753.3

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)05-0071-03