干濕交替場地樁基防腐蝕設(shè)計

■謝連沖（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州350004）

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干濕交替場地樁基防腐蝕設(shè)計

■謝連沖
（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州350004）

以福建省廈漳高速公路擴建漳州港收費站工程為例，介紹了干濕交替場地結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)類型選擇和防腐蝕處理技術(shù)，并采取有效的處理措施解決耐久性設(shè)計問題，可為后續(xù)類似工程提供參考。

樁基礎(chǔ)防腐蝕干濕交替設(shè)計

1引言

隨著國家現(xiàn)代化建設(shè)突飛猛進的發(fā)展，工程建設(shè)混凝土用量逐年攀升。混凝土由于其成分和結(jié)構(gòu)的特點，在正常使用中面臨著確保其耐久性的問題。近年來，我國由于混凝土腐蝕造成的經(jīng)濟損失每年高達400億元以上［1］。混凝土的耐久性問題已經(jīng)得到了越來越多的重視，促使眾多混凝土防腐蝕措施應(yīng)用于工程實踐。

本文介紹福建省廈漳高速公路擴建漳州港收費站工程中，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)應(yīng)對地下水在干濕交替段強腐蝕下的混凝土耐久性設(shè)計。

2工程概況

福建省廈漳高速公路擴建漳州港收費站工程選址龍海市東園鎮(zhèn)東園村西側(cè)原漳州港收費站處，擬建收費棚及2幢宿舍樓，占地面積3120m2（其中宿舍樓占地面積1800m2、收費棚占地面積1320m2），總建筑面積3720m2，不設(shè)地下室，基礎(chǔ)埋置深度1.50m2。工程重要性等級為二級，場地等級為二級，地基等級為二級。擬建建筑物采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計使用年限50年。建筑抗震設(shè)防類別為丙類，所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度0.15g，設(shè)計地震分組第一組。框架抗震等級為三級，用于結(jié)構(gòu)抗震驗算的烈度7度，用于確定抗震等級的烈度8度。50年一遇基本風(fēng)壓0.8kN/m2，地面粗糙度為B類。

3項目場地地質(zhì)情況

3.1地形地貌及地質(zhì)概況

擬建場地位于龍海九龍江入海口的沖海積平原地帶，地勢平坦、開闊。宿舍樓場地為菜地，地面高程一般在3.00m至4.00m之間，收費棚場地為原漳州港收費棚東側(cè)，地面高程一般在6.00m至7.00m之間。

根據(jù)福建省地質(zhì)礦產(chǎn)局資料，場地及其周邊以第四系全新統(tǒng)沖海積層為主，基底以燕山晚期侵入的花崗巖風(fēng)化帶為主。地質(zhì)構(gòu)造以裂隙構(gòu)造為主，場地及其附近無大的區(qū)域性斷裂。

3.2巖土層分布

場地巖土層按成因類型、力學(xué)性能不同，由上至下可分為素填土層、第四系全新統(tǒng)沖海積層及上更新統(tǒng)沖洪積層。土層自上而下分別為填土、淤泥、粘土、粉砂、粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖。

3.3地下水特性

場地位于九龍江入海口的沖海積平原地帶。地下水類型主要有：

（1）孔隙承壓水：含水層為粉砂④，屬于弱透水層，水量較豐富。

（2）風(fēng)化帶孔隙、網(wǎng)紋狀裂隙承壓水：含水層由殘積土、全-強風(fēng)化層組成，屬于弱透水含水層，受大氣降水的下滲和側(cè)向地下水補給。

淤泥、粘土、粉質(zhì)粘土為相對隔水層，素土層屬于新近堆填，呈條帶或局部狀分布，高于原地面，屬于強透水層，但基本不含水。

對地下水進行腐蝕性評價可以得出，地下水對混凝土無腐蝕性、對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋長期浸水具有弱腐蝕性，在干濕交替段對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有強腐蝕性、對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

3.4地震效應(yīng)及場地類別

場地上部分布有厚度4.10m～5.00m的素填土及8.90m～16.20m的淤泥等軟弱土，對建筑抗震不利。場地覆蓋層厚度15m～80m，綜合判定本場地為Ⅲ類建筑場地。

4基礎(chǔ)選擇和防腐蝕措施

4.1基礎(chǔ)選擇

4.1.1基礎(chǔ)類型

根據(jù)場地擬建建筑結(jié)構(gòu)荷載特點、巖土層空間分布及工程地質(zhì)性能，各擬建物基礎(chǔ)形式分析如下：

（1）收費棚：擬建物荷載3000kN，設(shè)計±0.000m的地坪標(biāo)高與現(xiàn)地面標(biāo)高基本一致。上部素填土及淤泥等軟弱土層的厚度較大，承載力低，擬建物抗剪力大，天然淺基無法滿足要求，宜采用樁（深）基礎(chǔ)。

（2）宿舍樓：擬建物荷載2000kN，設(shè)計±0.000m的地坪標(biāo)高與現(xiàn)地面標(biāo)高高3m～4m，即需回填3m～4m。場地上部淤泥厚度大，承載力低，天然淺基無法滿足要求，宜采用樁（深）基礎(chǔ)。

4.1.2樁基類型

綜合工程條件與現(xiàn)有技術(shù)，分析人工挖孔樁、沖鉆孔灌注樁和靜壓預(yù)應(yīng)力管樁三種樁型。

（1）人工挖孔樁：具有設(shè)備簡單、穿透力強、成本低、單樁承載力高、質(zhì)量易保證的優(yōu)點，但場地內(nèi)分布透水性稍好的粉砂④層，厚度大，地下水較豐富，且該型樁長長度超過15m，屬于福建省建設(shè)廳規(guī)定嚴(yán)格控制使用的樁型，故不宜使用。

（2）沖鉆孔灌注樁：具有適用范圍廣、噪音小、成孔直徑大、單樁承載力高、穿透能力強、成本適中、成樁和施工條件較好等優(yōu)點，但樁底沉渣和樁身質(zhì)量難以控制、環(huán)境污染大、施工周期長。采用此樁型，必須以全風(fēng)化巖作為樁基持力層，樁長和樁端進入持力層深度應(yīng)結(jié)合荷載計算確定，宜采用反循環(huán)鉆進。

（3）靜壓預(yù)應(yīng)力管樁：具有易施工、無振動、無棄渣、質(zhì)量易保證、單樁承載力高的優(yōu)點，便于利用施工終止壓力評估單樁承載力，但結(jié)合場地附近施工經(jīng)驗，場地局部粉砂厚度較大且呈中密狀態(tài)，存在穿透能力較差的問題，必需采取引孔等措施。上部軟弱-中軟土厚度巨大，樁長較長，需多根短樁相接。該型樁較強的擠土效應(yīng)對臨近成樁和環(huán)境也產(chǎn)生不利影響。

本工程地勘報告建議設(shè)計優(yōu)先采用沖鉆孔灌注樁，樁端持力層確定為全風(fēng)化花崗巖，樁端進入持力層》2m，樁身長度約43.0～51.0m。

4.1.3單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值

擬建物基礎(chǔ)采用沖鉆孔灌注樁，單樁豎向承載力按表1進行估算，經(jīng)靜載試驗確定。宿舍樓樁基礎(chǔ)布置見圖1。

表1　單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算表

圖1　宿舍樓樁基礎(chǔ)布置圖

4.2樁基礎(chǔ)防腐蝕措施

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，地下水位穩(wěn)定埋深為0.64m～4.40m，年變化水位為1.5m左右。地下水位高程為2.53m～1.23m（絕對高程），干濕交替高程為4.03m～0.27m（絕對高程）。設(shè)計±0.000m標(biāo)高為6.00m，承臺面（與地梁面標(biāo)高相同）設(shè)計標(biāo)高為-1.00m（絕對高程5.00m），樁頂設(shè)計高程為-1.900m（絕對高程3.900m），樁身頂部4.07m范圍內(nèi)為干濕交替段。

項目采用的沖鉆孔灌注樁接觸的水中Cl-離子濃度超過5000mg/L，為高濃度，且有干濕交替；混凝土環(huán)境等級按Ⅳ-E進行設(shè)計，混凝土和鋼筋耐久性設(shè)計按《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》GB50046-2008和《砼結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》GB/T50476-2008進行設(shè)計。

4.2.1混凝土材料選用

本工程干濕交替段混凝土強度等級設(shè)計使用年限按50年考慮，選用高性能C45混凝土，抗?jié)B等級不低于S10，最大水膠比0.36，單位體積混凝土水泥最小用量為340kg/m3，最大用量為450kg/m3，混凝土保護層厚度取75mm，混凝土中最大離子含量為0.08%，SO3最大含量不超過膠凝材料總量的4%，單位體積混凝土中含堿量小于3kg/m3。

混凝土中水泥采用大摻量礦物摻和料的普通硅酸鹽水泥P.O52.5，其中摻入30%的Ⅰ級粉煤粉（游離氧化鈣小于10%）和5%的硅粉。細骨料選用質(zhì)地堅硬、級配良好的中、粗河砂，性能指標(biāo)符合《普通砼用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》JGJ52規(guī)定。粗骨料選用15mm～25mm和5mm～15mm兩級粗骨料配合，性能指標(biāo)符合《普通砼用碎石和卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》JGJ53規(guī)定。拌合用水符合《砼拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ63規(guī)定。

配合C50高性能混凝土應(yīng)滿足《高性能砼應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS207：2006中有關(guān)規(guī)定。

4.2.2鋼筋防Cl-離子措施

加大樁基受力鋼筋面積：樁身縱向鋼筋采用13Φ25鋼筋，箍筋采用Φ18@200，均為HRB400鋼筋。

摻入鋼筋阻銹劑，采用對混凝土物理、力學(xué)性能無不利影響、能有效致鈍、長期穩(wěn)定的阻銹劑。在樁身表面摻入量為10kg/m3，性能滿足《鋼筋阻銹劑使用技術(shù)規(guī)程》YB/T9231-98的要求。嚴(yán)禁使用以亞硝鹽類為主的陽極型阻銹劑。

樁頂1.0m范圍加設(shè)樁身護筒。考慮到地下水在干濕交替條件下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具強腐蝕性，設(shè)計在樁頂1.0m左右范圍設(shè)置150mm厚的鋼筋混凝土護筒，護筒與樁的接觸面應(yīng)清理干凈，涂刷新舊混凝土界面劑。設(shè)置鋼筋混凝土護筒的主要目的是加大樁身鋼筋的保護層厚度，防止在干濕交替環(huán)境下樁身鋼筋受地下水的強腐蝕作用。

4.2.3材料質(zhì)量檢測

進行混凝土的抗Cl-離子侵入性檢測，電量指標(biāo)（56d）≤800庫侖，Cl-離子擴散系數(shù)（28d）≤4×10-12m2/s。施工前后的混凝土及其原材料中Cl-離子含量測定按《砼結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》GB/T50476-2008附錄D方法測試。

在干濕交替處，即絕對高程4.00m～1.00m處，設(shè)置同條件下200mm×200mm×5000mm混凝土試塊，內(nèi)配4Φ14 的HRB400鋼筋，供結(jié)構(gòu)在使用過程中進行定期檢測。

4.2.4施工質(zhì)量要求

（1）混凝土施工養(yǎng)護應(yīng)按GB/T50476-2008中3.6 表3.6.1中環(huán)境等級為Ⅳ-E進行。

（2）混凝土保護層施工允許誤差為5mm，驗收標(biāo)準(zhǔn)按GB/T50476-2008中3.6.3要求執(zhí)行。

（3）干濕交替段施工時，應(yīng)采取防水措施，保證混凝土在澆筑7d內(nèi)不受水位變化影響。

5結(jié)語

干濕交替場地地質(zhì)條件與常規(guī)陸地建設(shè)條件不同，結(jié)構(gòu)所處環(huán)境對耐久性設(shè)計提出了特殊要求。在腐蝕性地質(zhì)環(huán)境下，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)必須采取足夠的防護措施，以保證其在設(shè)計使用年限內(nèi)具有可靠的耐久性和使用安全性。

［1］楊占印，曹德光.高性能混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用探討［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2004，31（4）：12-15.