關于水工樁基礎應用的幾個問題的應對措施

黃岳文

(廣州市水務工程建設管理中心,廣州 510640)

0 前 言

由于樁基礎具有承載力高、穩定性好、沉降量小且均勻等優點，而且可以減輕上部結構重量，工程量小，實踐經驗較多，甚至有專門的樁基設計規范，樁基礎因此已成為在土質不良地區修建各種建筑物普遍采用的基礎形式。但由于水工結構受荷情況比較復雜，不僅有垂直荷載，還有水平荷載，且各種荷載的大小和分布也不盡相同；而且水工結構地基中的滲流作用以及水位的變化，對地基的穩定性有著很大影響。因此，樁基礎在水工應用上容易因考慮不周而出現各種問題，甚至出現工程事故。

樁基礎的型式較多，有鋼筋混凝土預制樁、鉆(沖)孔灌注樁、沉管灌注樁、鋼管打入樁等。水利水電工程中采用的樁基礎，主要是鋼筋混凝土預制樁和鉆孔灌注樁2種。本文結合工程經驗，對水工樁基礎應用的幾個問題進行討論，并分別給出相應的應對措施。

1 工程地質條件對樁基礎的影響

1.1 不宜或慎用預制樁基礎的地質條件

預制樁具有規格眾多、施工速度快、工期短、成樁質量可靠、監理檢測方便、適用于水下施工等優點，得到廣泛應用。其中預應力混凝土管樁還具有樁身強度高(≥C60)，綜合單位承載力造價較低等優點，應用更為廣泛。但對以下地質條件不宜或慎用預制樁：① 含孤石或障礙物較多且不易清除的土層，或含有不適宜作樁端持力層且樁難以貫穿的堅硬夾層；② 堅硬巖面上無適合作樁端持力層的土層。

巖面上無適合作樁端持力層的土層多見于石灰巖地區，大多數基巖表面是新鮮巖面，且存在溶洞、溶溝；若基巖上覆土層較松軟，打樁過程中樁一接觸巖面就容易出現樁身斷裂或樁尖滑動，有時甚至發生掉樁現象(樁掉進溶洞中)，危及施工安全。據統計，在石灰巖地區打樁，樁的破損率高達40%～60%[1]，成樁傾斜率大大超過規范允許值，而且單樁承載力較低。有些地區，基巖雖然不是石灰巖，但基巖中強風化巖層很薄，甚至缺少強風化巖層，且上覆土層較松軟，這種地質條件俗稱“上軟下硬、軟硬突變”。在這樣的場地打樁，很快穿越覆蓋層接觸到堅硬巖層，此時樁身反彈特別厲害，容易出現樁頭打碎、樁身斷裂或歪樁(樁偏斜)的情況。當一根樁的樁尖附近的混凝土先破碎后，其上的樁身混凝土隨著柴油錘的沖擊而連續不斷地破壞，表面看來，錘擊一下樁身向下貫入一點，實際上這些錘擊能量都用于破壞底部樁身混凝土并將碎塊擠向四周土層，打樁入土僅僅是個假象而已。此種情況下的單樁承載力靜載試驗往往也能滿足設計要求，但由于樁身已受破損，給工程留下隱患。對于此種地質條件，改用靜壓樁施工情況會好些，同時采用工字鋼多齒型樁尖可增強樁尖的嵌巖能力，減少樁的破損率。但即使沉樁順利，由于樁嵌入持力層的深度有限，樁承受水平荷載的能力小，容易發生滑動破壞。如某樁基岸墻，附近施工棄土堆載離墻約8 m，堆土高約3 m，岸墻就發生滑移。事后分析認為，地基地質條件差，淤泥層下為基巖，樁基嵌入基巖深度不足，淤泥層在堆載作用下擠壓樁基，最后帶動樁基和墻一起滑移。

對以上不宜采用預制樁的地質條件可考慮采用灌注樁。灌注樁對地質條件的適用性較好，特別是對于巖溶地區的樁基設計，規范[2]規定宜采用鉆、沖孔樁。但鉆(沖)孔灌注樁樁身質量不易控制，在飽和軟土層較厚情況下容易出現斷樁、縮頸、露筋和夾泥等現象，對此，施工時可采用鋼護筒保證成樁質量。

1.2 在特殊條件下樁身承載力可能出現隨時間的增長而降低的情況

通常樁承載力會隨時間的增長而提高，但在樁周土層產生的沉降超過樁的沉降引起樁側負摩阻力時，樁身承載力將降低。以下情況將產生樁側負摩阻力：① 當樁穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結土層進入相對較硬土層時，樁周土在自重作用下固結沉降或浸水導致土體結構破壞，強度降低而固結(濕陷)；② 當樁周存在軟弱土層，臨近樁側地面承受局部較大的長期荷載，或地面大面積堆載(包括填土)時，將導致樁周土固結沉降；③ 由于降低地下水位，導致樁周土中有效應力增大而固結沉降。對于出現負摩阻力的樁基設計，規范[2]有所規定，但規范[2]沒有指出樁端持力層浸水軟化導致樁身承載力降低的情況。

遇水容易軟化的基巖有泥巖、黏土質膠結粉砂巖和砂巖。泥巖中的礦物顆粒在水的作用下，顆粒間的粘結將逐漸破壞，使水分進入層狀顆粒之間，從而在巖石內部產生不均勻內應力以及大量的微孔隙，這些微孔隙的出現及其吸附效應的影響，進一步破壞了巖石的內部結構體系，使泥巖在宏觀上產生軟化崩解的現象。黏土質膠結粉砂巖處于水飽和狀態時的孔隙體積和孔隙表面積均將大幅增加，大孔徑孔隙的增加和巖石致密度的下降是其遇水崩解軟化的主要原因。風化后的砂巖遇水崩解，顆粒間的粘結被破壞而生成砂土。

王離[1]介紹了在泥巖地區管樁樁身承載力隨時間的增長而降低的典型案例：20世紀90年代，廣州海珠區有幾個工程的管樁基礎不論是錘擊樁還是靜壓樁都出現問題。當管樁打入(或壓入)強風化泥巖收錘(或終壓)后，起初進行靜載荷試驗檢查一般都能達到設計要求，但同一根樁過了一二個月再進行靜載荷試驗，其單樁承載力就會出現不合格情況，若進行復打或復壓，該樁還可以繼續下沉，下沉量少者幾十厘米，多者幾米(最大下沉量達到3.7 m)。究其原因，主要是管樁內的積水慢慢流向樁尖外，或管樁外部的水慢慢流入管樁內，將樁尖附近強風化泥巖浸水軟化。常用處理方法是在管樁內底部灌混凝土進行封底，但當樁身較短或者樁身外面止水線路較短，地下水仍可順著樁身外壁下滲，軟化樁尖附近土體。因此，不少工程采用復打(或復壓)來處理這一問題，通過復打(或復壓)后樁尖進入深一層的強風化泥巖。一般情況下，下部泥巖由于體積不易膨脹而不再繼續軟化，但一些短樁復打(或復壓)后樁尖處的強風化泥巖還會繼續軟化。因此，對于持力層為強風化泥巖的預制樁工程，設計承載力的選取應適當減少，并對施工提出復打(或復壓)、灌混凝土封底等措施進行綜合治理。

2 軟土地區樁基側向受荷問題

2.1 水平荷載對樁的影響

(1) 樁的水平承載力和位移計算誤差較大

影響單樁水平承載力和位移的因素包括樁身截面抗彎剛度、材料強度、樁側土質條件、樁的入土深度、樁頂約束條件等。樁的水平承載力計算遠比其垂直承載力要復雜。如對于低配筋率的灌注樁，通常是樁身先出現裂縫，隨后斷裂破壞；此時，單樁水平承載力由樁身強度控制。對于抗彎性能強的樁，如高配筋率的混凝土預制樁和鋼樁，樁身雖未斷裂，但由于樁側土體塑性隆起或樁頂水平位移超過使用允許值，也認為樁的水平承載力達到極限狀態；此時，單樁水平承載力由位移控制。水工上一般要求受力狀態下樁頂允許水平位移的限制條件為：灌注樁不宜超過5 mm，預制樁不宜超過10 mm。有關這方面的計算公式，在工程中實用的是彈性地基反力法，這一類方法是考慮了樁與基土彈性變形的影響。假定基土是彈性介質，在外力作用下樁的變形與基土反力成正比。該比例系數(即橫向基床系數)是否為常量，有不同看法，因而就有各種不同的計算方法。即通常簡稱為“常數法”、“k法”和“m法”等。這些方法的主要差別在于對橫向基床系數沿樁身深度的分布規律所作的假定不同。

規范[2]規定：對于受水平荷載較大的設計等級為甲級、乙級的建筑樁基，單樁水平承載力特征值應通過單樁水平靜載試驗確定。當缺少單樁水平靜載試驗資料時，根據由樁身強度控制和樁頂水平位移控制2種情況，規范分別給出相應的估算公式。由估算公式可知，單樁水平承載力特征值受樁側土水平抗力系數的比例系數m的影響，但是，由樁身強度控制情況下受影響較小，呈m1/5的關系；樁頂水平位移控制情況下受影響較大，呈m3/5的關系。規范[2]也推薦按m法計算樁的變位(位移和轉角)和樁身內力，但m值對于同一根樁并非定值，與荷載呈非線性關系。低荷載水平下，m值較高；隨荷載增加，樁側土的塑性區逐漸擴展而降低。因此，m取值與實際荷載、位移相適應程度直接影響計算結果的準確程度。

(2) 樁頂水平荷載確定比較保守，但對樁側土壓力往往考慮不足

水工結構受到的水平荷載實際上并不完全由樁基礎承擔，如水閘的水平荷載，可由樁、樁間土(樁間土分擔上部荷載情況下)、下游護坦、側墻摩阻力分擔。水閘下游側一般均有混凝土護坦，混凝土護坦緊貼水閘樁基底板。當水閘承受水平推力時，護坦有一定的頂推力，頂推力與其有效重量成正比；閘室兩側、承臺與地基之間也有一定的摩阻力。假設水平荷載全由基樁承擔，這與實測資料也不相符。根據某水閘工程實測，基樁只承受總水平荷載的32%，承臺底部的摩阻力以及下游混凝土護坦的頂推力分別承擔總水平荷載的22%和46%[3]。

雖然水工結構的水平荷載并不完全由樁基礎承擔，但規范[4-5]要求樁基礎設計時“樁的根數和尺寸宜按承擔底板底面以上的全部荷載確定”。如此設計的樁基承載力應該是有比較大的安全系數，計算出的水平位移一般比較小。但實際上在施工過程出現樁基破壞的工程事故不少，而軟土地區采用樁基礎的水工擋土墻完工后往往會產生比容許值大得多的水平(側向)位移，甚至影響工程安全。這主要是因為設計對軟土在填土荷載作用下或因開挖面高差太大產生側向變形(側移)對基樁的側壓力考慮不足引起的。

2.2 軟土側向土壓力對樁基的影響

軟土由于側移而產生側壓力，使樁受力側移，這種受力樁稱為被動樁，這是由于原本使樁用于抵抗側壓力的土體產生側移帶動樁側移，有別于通常土體不動，樁頂受水平力的主動樁。被動樁的受力分析更復雜，要用迭代法考慮樁的位移協調而求得。軟土的側壓力由于規范沒有明確的設計和計算要求，往往不太為人所重視而容易發生事故。

鋼筋混凝土預制樁的單樁垂直向承載力比較大，而受彎承載力較差。以?500 mm管樁為例，其單樁垂直向承載力設計值可達1 500～3 000 kN，而其抗裂彎矩及極限彎矩最小值根據國家產品標準GB13476-2009《先張法預應力混凝土管樁》：A型樁分別為103 kN·m和155 kN·m，AB型樁分別為125 kN·m和210 kN·m，B型樁分別為147 kN·m和265 kN·m，C型樁分別為180 kN·m和360 kN·m。可見預制樁基礎的設計主要是用于承受垂直荷載，而其受彎承載力經常被忽視。特別是在軟土地區，由于軟土的側壓力系數很大，因開挖或回填土對樁產生的側壓力很大，容易出現樁受側向力彎曲破壞的情況。2003年，廣州海珠區某河涌管樁基礎岸墻(設計斷面見圖1)，在墻后回填土過程(填土高3 m)，發生向河一側的偏移，最大墻頂偏移量達45 cm。事后調查發現，該堤段地質條件較差，墻底板下10 m左右為淤泥和淤泥質沙土，偏移量最大的2塊(12 m一分縫)擋墻在基坑開挖時就發生過把樁擠斷(見圖2)重新補樁的情況[6]。最后的處理方案是把擋墻截除，改直墻護岸為入水步階。陳峰和王為人[7]也介紹了某泵閘樞紐工程擋土墻預制樁基礎在開挖過程和墻后回填土壓力很小的情況下基樁或擋墻發生較大位移，其中實測最大基樁偏移2.8 m。

圖1 樁基岸墻設計斷面 單位：高程，m；其它，cm

圖2 開挖引起岸墻基樁傾斜破壞圖

涵閘樁基在兩側填土時，填土下軟土會對涵閘樁基產生較大的側壓力，也可能使樁基受彎折斷。1985年10月，4孔總寬16 m的廣東北江大堤劉寨水閘在舊閘上游約70 m處重建，采用?480 mm錘擊沉管灌注樁基礎，建基面以下分別為4 m厚淤泥質壤土、5 m厚淤泥質中細砂、6 m厚淤泥質壤土、砂卵石層和全風化砂巖，樁支承于砂卵石層。1986年3月中旬新堤填土高約15 m(離設計堤頂高程尚差1.2 m)時，發現箱涵結構縫錯動和基礎不均勻沉降，各節箱涵出現橫向和縱向裂縫[3]。分析認為，在兩側近15 m的填土荷載作用下，擠壓地基軟土產生的側向壓力將基樁擠斷，造成水閘沉降事故[8]。

可見樁基能解決豎向荷載要求，但側向受力較差，因此水工結構使用樁基礎應充分考慮側壓力可能帶來的不利影響，并采取相應措施加以預防。

2.3 減小軟土側向土壓力對樁基不利影響的措施

減小軟土側向土壓力對樁基不利影響的措施主要是從兩方面考慮：① 加強樁抵抗側向力的能力。采用具有較強抗水平力的樁基，如大直徑鉆孔灌注樁；通過設置斜樁承受上部結構水平荷載，此時要考慮斜樁存在施工難度較大的問題。② 減小軟土側向土壓力。如控制開挖臨空面的高差，或控制填土高度，也可回填粉煤灰或EPS等輕型材料，或在填土下采用復合地基，以減少軟土側壓力；或采用格構式攪拌樁對工程樁進行保護。

何國柱[9]介紹一個處理樁基翼墻滑動的工程案例。沙坪水閘左岸翼墻管樁基礎在開挖過程發生傾斜破壞和在墻后回填過程擋墻發生位移，為此采用以下工程措施:① 將墻底板底高程抬高1 m，在墻前趾設置1 m深齒墻；② 墻后填土標高降低1 m；③ 在不影響行洪斷面前提下，在墻外側增加干砌石反壓平臺；④ 在墻內側底板外施打木樁，將填土荷載通過木樁盡可能傳至深處，以減少作用于樁基的軟土側壓力。通過以上工程措施處理后，工程多年來運行良好。

3 施工對樁基的影響

3.1 擠土樁施工引起的擠土效應和應對措施

軟土地區擠土樁在其施工過程中會對樁周土體產生很大的擠壓擾動，并傳遞給附近已有的樁體，當擠壓力足夠大時將使得已有的樁產生彎曲(表現為樁頂位移)，在樁身內部產生附加彎矩，甚至產生破壞，如沉管灌注樁發生斷樁、縮徑，預制樁發生接頭被拉斷、樁體側移或折斷。同時樁基施工過程中樁周土受到擠壓引起孔隙水壓力升高，產生較大的超孔隙水壓力(有時壓力可達到上覆土層壓力的3～4倍)。樁間距越小，擠土體積越大，擠壓擾動程度越大。而沉樁對土的擠壓擾動及引起的超孔隙水壓力都大大弱化樁周土的力學性狀，當樁周土對樁身的摩擦力小于超孔隙水壓力與擠土效應引起的上浮力時將產生浮樁現象，導致后期沉降增大的負面效應。此外，當對基坑采用封閉圍護時，一般不宜先施工基坑圍護結構后沉樁，否則可能會出現以下現象：① 沉樁施工將擠壓圍護結構，嚴重時會破壞圍護結構，從而降低甚至破壞基坑開挖后圍護結構的擋土止水效果；② 會使得基坑土體內沉樁時產生的超孔隙水壓力陡增且難以消除，更容易引起浮樁現象，而且日后基坑開挖時先挖部分的土坑將成為超孔隙水壓力釋放的方向，容易導致四周土體產生往該處的流變，從而引起基樁傾斜。

圖3 2個泵站基坑開挖的對比圖

為了減少沉樁擠土的不良影響，可采取以下措施：① 設計上在滿足承載力要求前提下合理布樁，盡量采用較大的樁間距。② 預鉆孔沉樁可有效減少擠土量，對管樁還可采用開口型樁尖以減少擠土量，從而減輕擠土效應的程度。③ 設置袋裝砂井或塑料排水板，以消除部分超孔隙水壓力，減少擠土現象。④ 合理安排沉樁順序。一般可采用由中央向四周推進的打樁順序，或者由近到遠的打樁順序。這是因為先打入的樁具有一定的遮簾作用，使擠土的方向有所改變，從而起到一定的保護作用。⑤ 控制沉樁速率。沉樁速率越大，孔隙水壓力的累積越快，土的擾動就越嚴重。⑥ 在施工過程中進行現場監測，根據監測情況隨時調整沉樁流程和沉樁速率。

3.2 通過合理的施工組織減小開挖施工對樁基的不利影響

在軟土層厚的樁基礎工程中開挖基坑，應有合理的施工方案和施工程序，否則，有可能“前功盡棄”。有些施工人員對此認識不足，土方開挖時貪快圖方便，如挖掘機在一個地方挖得過深，就會產生坑邊的軟土連同樁體往坑中心移動，往往引起樁身傾斜斷裂。王離[1]介紹了一個開挖導致斷樁的案例。深圳某立交橋橋墩基礎，采用?500 mm壁厚125 mm管樁，布樁是2排，每排4根的8樁承臺，樁最小間距為1.5 m，工程地質從上到下為：2 m的耕植土，5 m的淤泥，以下是N=50～60的強風化巖層，管樁頂部基本平地面，樁尖入強風化巖2 m左右，樁長約9 m。承臺基坑開挖時，用挖土機挖了2 m左右，管樁就折斷，斷口在淤泥與強風化巖的交界處。業主說管樁廠的管樁質量有問題，管樁廠的工程師經計算，認為是淤泥上部2 m土體推力引起軟硬交界處的附加彎矩大于管樁極限彎矩所引起的。后來將其他承臺8根管樁頂部用角鋼聯成一個整體，再進行挖土，就沒有出現管樁樁身斷裂的問題。

不同的施工工藝對軟土擾動效果影響很大，靈敏度高的土體對擾動敏感性強，土體擾動后的強度損失大，完全擾動后的強度值為土體的殘余強度。廣州南沙區2個泵站不同的基坑開挖方式造成完全不一樣的后果(見圖3)。蕉西泵站采用?500 mmAB型管樁基礎，設計要求在管樁施工前先按樁距1.1 m打水泥攪拌樁，這樣確實大大減少了打樁的擠土效應，打樁施工過程沒有出現浮樁和樁頂偏移等不良現象。但在基坑開挖時，大型勾機(1 m3勾機，自重22 t，2條履帶各寬0.60 m、長3.15 m)來回走動對淤泥產生很大擾動，而且集中開挖造成過大高差使得淤泥都往開挖坑流動，造成攪拌樁折斷，四周管樁都向開挖坑偏移，對112根管樁進行測斜，樁頂偏移大于2 m的有12根樁，大于1.5 m的有34根樁，大于1.0 m的有62根樁，大于0.5 m的有98根樁，大部分管樁已被破壞，必須重新補樁。其實，采用正確的施工工藝是完全可以避免出現基坑開挖引起樁側移及破壞的情況。在同一地區的蕉東泵站采用與蕉西泵站一樣布置的管樁基礎，基坑開挖時分層開挖，采用小型勾機，下墊2塊1.6 m×3.6 m鋼板，以幾臺小型勾機接力的方式往外運土，盡量減少對樁周土的擾動，減小管樁的側向荷載，整個開挖過程順利，所有管樁沒有發生破壞及過大的樁頂位移，所有管樁的傾斜度都滿足設計要求。

在軟土地區由于基坑開挖得不均衡，導致土體蠕變滑移將基樁推歪推斷的工程事故屢見不鮮，因此規范[2]規定：先成樁后開挖基坑時，必須合理安排基坑挖土順序和控制分層開挖的深度，防止土體側移對樁的影響。經驗告訴我們：挖土應分層均勻進行且每根樁樁周土體高差不宜大于1 m。當基坑深度范圍內有較厚的淤泥等軟弱土層時，應避免施工機械來回走動降低軟土強度，軟土部分宜采用人工開挖。必要時，樁與樁之間可進行剛性連接，形成一個不易變形的空間結構。

4 樁基結構容易出現底板脫空現象

4.1 地基土固結沉降導致樁基底板脫空

理論上軟土樁基施工會引起超孔隙水壓力。當超孔隙水壓力消散，土層將產生再固結，有效應力增加，并產生新的地面沉降，容易出現樁基底板脫空產生滲流破壞等工程事故。在實踐中，樁基承臺底面與地基土確實存在脫離的現象，上海某工程實測，因樁周有負摩擦力，基礎底板與地基土壤之間的接觸壓力隨時間的推移而逐漸減小，3年之內由最初的3.0 t/m2降低到零，上部荷載最終全部由樁承擔[3]。李向陽[10]介紹了珠三角某擋潮閘管涌事故，水閘和翼墻均采用?500 mm管樁基礎，樁底入風化巖1 m。根據水閘管涌出現的位置可估計水閘底板及翼墻與地基土層間出現淘空區,并形成連通的集中滲漏通道。探地雷達檢測也揭示閘底板和翼墻與基礎接觸面均出現脫空現象。虞中悅[11]在分析上海市區黃浦江防汛墻滲漏原因時認為，樁基承臺駁岸作為黃浦江防汛墻最主要結構形式之一，建成后滲漏水問題是其主要通病，因為樁基承臺底板下水平滲徑作用不可靠。若底板下是回填土，土體沉降后底板與基土脫開，起不到防滲作用。因此設計上應考慮主要依靠底板或導梁以上回填黏土厚度來保障防滲。

理論上采用摩擦樁地基使樁間軟土始終處于受壓狀態，可防止樁基底板與固結后的軟土脫開形成滲漏通道。但實踐上設計人員即使按摩擦樁進行設計，往往也由于考慮不周等原因而導致出現底板脫空現象。蔣志波等[12]介紹一個按端承摩擦樁(管樁)基礎設計的水閘底板出現脫空現象的案例，分析認為主要是樁基設計過于保守，導致上部荷載全部由樁基承擔，樁間土再固結產生的沉降大于樁基受荷后產生的沉降，導致底板脫空。

規范對樁基礎的設計要求過于保守，難以保證樁間軟土始終處于受壓狀態。如《水閘設計規范》[4]8.4.10對樁基礎設計有如下規定：“1 水閘樁基礎宜采用摩擦型樁。2 樁的根數和尺寸宜按承擔底板底面以上的全部荷載確定。對于摩擦樁，經論證后可適當考慮樁間土承擔部分荷載。”《水工擋土墻設計規范》[5]對樁基礎設計也有類似規定。據此設計的樁基礎擋土墻底板與地基土的接觸面上容易出現“脫空”現象，因此規范[4]規定：“當防滲段底板下采用剛性樁基礎時，應采取防止底板底面接觸沖刷的措施。”

4.2 邊荷載作用下導致樁基底板脫空

樁基水閘除了地基土固結沉降可能導致底板脫空外，在水閘兩側回填土邊荷載作用下，下部軟土層將發生較大沉降，帶動臨近底板基土一起下沉，將會引起閘室邊墩基底軟土層沉降與閘底板脫空，在閘底形成集中滲漏通道，給水閘留下安全隱患。例如佛山市樵桑聯圍的丹灶鎮荷村水閘采用的是預制管樁，在廣東省“1998.6”洪水期間，水閘屹立未倒，但由于水閘兩側及基底發生管涌，導致水閘兩側堤防潰堤[13]，決口總長93 m，造成153 km2面積受淹，直接經濟損失23.1億元[14]。再如廣東省“2005.6”洪水期間，江門市兩座同樣采用管樁基礎的小型水閘，由于閘室底板脫空而形成集中滲漏通道出現管涌險情，因發現及時和搶險措施有效，才沒有造成大的損失[13]。

4.3 防止樁基底板脫空產生滲透破壞的措施

為防止樁基底板與固結后的軟土脫開形成滲漏通道，可采取以下工程措施：① 當剛性樁下部位于持力硬土層，上部與底板相接時，應設置完整的防滲帷幕；② 采用復合地基結構，使樁間軟土始終處于受壓狀態。如剛性樁下部位于持力土層，上部不與底板相接，通過設置厚約1 m的黏土褥墊層，樁頂插入褥墊層內30～50 cm，起流動補償作用，調整基底應力。

珠三角地區的樁基水閘為了防止底板脫空形成滲漏通道，常用的配套措施有：① 在閘室基底四周設鋼板樁或連排水泥攪拌樁等進行圍封；② 閘底板預留灌漿孔定期灌漿；③ 閘室兩側連接堤地基進行復合地基加固(多采用水泥攪拌樁)以提高堤基承載力，減小沉降。在廣東省目前已建成運行的樁基水閘中，配套采用了上述配合措施的水閘到目前為止均沒有出現安全問題。

5 樁基岸墻埋深不足可能引發的問題

樁基岸墻抬高底板高程，可減少開挖工程量，增加開挖安全度，完建后墻后填土側壓力也隨之減小，但如果設計考慮不周，有可能引發新的問題。

5.1 基礎沖刷淘空

對于松散砂土地基，打預制樁往往效果比較好，但對于岸墻，如果埋深不足則可能因墻前沖刷淘空基礎而導致事故。何開勝和王國群[15]介紹了長江下游某港口新建樁基防汛墻在高潮位時發生底板淘空、堤身管涌的工程事故。如圖4所示，防汛墻修建于斜坡上，底板寬3.5 m，基礎為2排300 mm×300 mm方樁，樁長8 m。墻底板下為天然土層，依次為：2.2 m厚粉質黏土夾粉細砂、23 m厚粉細砂，底板以上為素填土。防汛墻沒有埋深，只靠墻前塊石護坡作為抗沖刷防護。工程于2005年5月10日施工完畢，同年8月23日19時，墻后出現管涌，管涌發生時最高潮水位為5.28 m。事后對發生管涌處進行開挖檢查，發現陸上道路側防汛墻底板下的砂土已被淘空1.5 m左右，墻前底板下的砂土已被淘空2.0 m左右，同時有16 m護坡全部坍塌。可見，當塊石護坡設計不周到或施工質量不好時，護坡作為抗沖刷防護不起作用，就容易出現沖刷淘腳，甚至淘空底板導致工程事故。

荔灣涌擋潮閘內側南岸涌邊道路2006年11月3日突然發生塌陷破壞，出現1個長19 m、寬5 m、深約2 m的大坑(見圖5)[16]，但岸墻完好。岸墻為M10砂漿砌塊石擋墻，墻高5.12～5.28 m、埋深0.5 m，采用2排?400 mm管樁基礎，間距1.25 m、樁長7～10 m，樁頂設1個厚0.5 m混凝土底板，地基土為壓縮性較高的淤泥質土和松散粉細砂。在隨后搶險施工中，圍堰抽干后發現涌底沖刷嚴重，堤岸底板下地基土被淘空，淘空寬度2.2～2.8 m、深2.0～3.8 m。

圖4 防汛墻結構與管涌破壞示意圖 單位：高程，m；其它，mm

圖5 樁基岸墻底板淘空導致墻后塌陷圖

5.2 軟土從樁基底板下擠出

飽和軟土地基上的樁基擋土墻，當埋深較淺墻前又缺少足夠壓載時，可能出現地基軟土穿過底板擠出現象。在珠三角堤防達標加固設計中，由于舊堤臨水側多為直立式漿砌石擋墻，地基土多為飽和軟土，堤防穩定性較差，直接加固堤身容易出現整體滑動，一般多在堤前新做1個壓腳平臺。對于城鎮附近的堤防達標加固，二級平臺常設計為景觀親水平臺，不進行基礎處理時，沉降比較大，常導致混凝土護面折斷開裂。對于采用預制樁基礎方案的二級平臺，除了出現施工擾動導致舊堤滑動破壞的情況，還出現過樁基平臺建好后舊堤加高時堤前隆起原有擋墻下沉后傾的破壞情況(見圖6)。這是因為樁基的存在導致平臺無法對舊堤起到壓腳作用，對整體穩定作用不大。而采用木樁基礎的一般效果都比較好。

5.3 防止樁基岸墻產生沖刷或擠出破壞的措施

為防止樁基岸墻產生沖刷破壞可通過在墻趾處設置齒墻以保證基礎抗沖埋深和增加有效滲徑；或對墻前土進行抗沖防護。如果條件允許，在墻前設置反壓平臺，既可保護墻基避免沖刷破壞，還能有效減少作用于樁基的軟土側壓力，增加整體穩定安全系數。前面介紹的荔灣涌樁基礎岸墻底板淘空事故，搶險加固設計在做好水閘防沖設計基礎上，為了彌補擋土墻埋深不足的缺陷，在堤岸墻趾位置埋插1.5 m長預制鋼筋混凝土板(比原底板深1 m)，增做高0.5 m、頂寬0.7 m、坡高寬比為1∶2的漿砌石護腳，以保護堤岸[16]。加固10年來工程一直運行良好。

為防止樁基岸墻產生擠出破壞，可采用使樁間軟土始終處于受壓狀態的摩擦樁基礎，或在墻前設置壓腳平臺。

6 關于施工支護與永久結構結合問題

在傳統的基坑支護設計中支護結構只是作為臨時工程，構筑物竣工后便不再考慮它的作用及對構筑物變形和穩定性的影響。但擋土墻本身就是擋土結構，支護結構與永久結構統一考慮設計已有成熟的方案，如：用于陡立邊坡防護的錨桿式擋土墻、用于城市河道岸墻用地受限制征拆費用高的排樁(灌注樁)擋土墻和板樁式擋土墻。

對于樁墻合一的水工擋土墻應用于擋水防洪情況下應謹慎。其中無錨碇的板樁式擋土墻在水平力作用下變位較大，一般僅在擋土高度不大的情況下采用。2005年8月29日，卡特里娜颶風襲擊下新奧爾良防洪堤潰決，同T型防洪墻相比，Ⅰ型防洪墻(基礎為鋼板樁連續墻，上部為現澆鋼筋混凝土墻)雖然在造價上比較節省，但在受力上近似于懸臂桿，結構穩定性遠比T型墻差，倒塌的防洪墻基本都是Ⅰ型墻[17]。模型試驗表明隨著水位上升，在Ⅰ型墻前會出現裂縫，裂縫中將會充水，從而進一步加大Ⅰ型墻所受的側壓力直至裂縫發展至鋼板樁底，增大的側壓力可能把Ⅰ型墻及墻后土堤推倒，同時也縮短滲徑，容易引發滲透破壞。虞中悅[11]分析作為上海市區黃浦江防汛墻主要結構形式之一的鋼筋混凝土錨碇板樁式駁岸，建成后出現滲漏水通病的原因，認為是由于板樁接縫經處理后極大多數仍存在不同寬窄的縫隙(不管是榫接還是塑料袋裝水泥砂漿灌縫)，導致板樁式駁岸出現漏水、冒水現象，時間一長，漏水、冒水隨基礎土體的流失而愈來愈嚴重，個別嚴重者甚至造成管涌。

對于城區用地緊張的水工結構，如水閘泵站，常采用灌注樁進行支護，此種情況如果考慮支護結構與邊墩(邊墻)永久結構統一設計，優點是很明顯的：① 可減少地基處理費用；② 對于寬度不大的泵站，可直接利用支護樁抗浮；③ 減少邊墩(邊墻)的鋼筋混凝土方量；④ 縮短施工工期；⑤ 減少工程臨時占地，增加被保護對象的安全度。

7 結 語

(1) 對以下地質條件不宜或慎用預制樁，可考慮采用鉆(沖)孔灌注樁：含孤石或障礙物較多且不易清除的土層，或含有不適宜作樁端持力層且樁又難以貫穿的堅硬夾層；堅硬巖面上無適合作樁端持力層的土層。但鉆(沖)孔灌注樁樁身質量不易控制，容易出現斷樁、縮頸、露筋和夾泥等現象，施工時應采取必要措施保證成樁質量。此外，設計應注意可能出現負摩阻力或樁端持力層浸水軟化導致樁身承載力降低的情況。

(2) 樁的垂直向承載力比較大，而受彎承載力往往較差；對樁基安全影響很大的軟土側向土壓力往往又不太為人所重視，因而容易發生樁受彎折斷事故。為避免因軟土側向土壓力對樁的破壞，應采用具有較強抗水平力的樁，控制基面以上荷載或在填土下采用復合地基等措施以減少軟土側壓力。

(3) 可通過采取合適的施工工藝和必要的技術措施，合理安排施工順序，防止施工對樁基的不利影響。但施工引起的超孔隙水壓力消散時間較長，容易引起底板脫空現象；此外，在邊荷載作用下也容易出現底板脫空現象。必須采取措施防止底板脫空形成滲漏通道，如：設置完整的防滲帷幕或在樁與底板間設置黏土褥墊層或對底板四周進行圍封隔離等。

(4) 樁基礎岸墻可能因底板埋深不足而引起基礎底土沖刷淘空或地基軟土從底板下擠出等問題。可通過在墻趾處設置齒墻以保證基礎抗沖埋深和增加有效滲徑；而在墻前設置反壓平臺，可有效減少作用于樁基的軟土側壓力，增加整體穩定安全系數。

(5) 對于樁墻合一的水工擋土墻應用于擋水防洪情況下應謹慎。工程經驗表明，樁墻合一的防洪墻結構穩定性差，容易出現事故。但對于水閘泵站等水工建筑物，當需要進行支護設計時，支護結構與邊墩(邊墻)永久結構統一考慮，可節約工程投資，縮短施工工期，減少工程臨時占地，增加被保護對象的安全度。