CFG樁在航道護坡擋土墻中的應用分析

陸珍珍

重力式擋土墻是港口碼頭、航道護岸中防治邊坡失穩常用的支擋結構。進行擋土墻施工時，常常會遇到地基處理的問題。針對此類問題，文章結合某航道護岸擋土墻地基處理工程，分析CFG樁復合地基處理方案的可行性，為類似工程提供參考。

CFG樁;復合地基;擋土墻;航道護坡

U617.8-A-50-179-3

0?引言

重力式擋土墻具有結構安全、施工簡易、成本經濟等優點，普遍應用于公路路堤、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，場地平整時土方回填量大，形成較陡岸坡，水流沖刷浸泡，易發生失穩滑移，故需要進行加固處理，而重力式擋土墻既能擋水流，又能擋土，是防治邊坡失穩的一種經濟有效的防護結構。

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、北側兩面臨河，呈南高北低階梯狀。整平場地共回填土方46 640 m3，場地回填后形成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，現狀穩定。但是，場地處于河流沖積和特大洪水淹沒區域，豐水期水位變幅大，河水對岸坡沖刷侵蝕是影響邊坡穩定性的重要隱患。為穩固填土邊坡，擬對河岸邊坡實施擋土墻防護工程。

1.1?地質情況

經地質勘察，邊坡主要土層為：素填土、表層土、粉砂層，下伏基巖為泥質粉砂巖。

（1）素填土：黃色，濕、欠固結，穩定性差，主要是風化泥質粉砂巖，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）泥質粉砂巖：該層巖大部分屬中風化軟巖，局部強風化，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指標參數詳見表1。

1.2?設計概況

（1）設計邊坡安全系數

擋土墻結構設計使用年限為50年，邊坡安全等級為二級，考慮自重（天然狀態）+地面荷載，設計邊坡安全系數Ks取值≥1.30。

（2）擋土墻形式

沿河岸坡腳設置衡重式擋土墻，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，臺寬1.2 m，墻頂標高為60.0 m，基底標高為53.0 m，墻腳標高為54.0 m。為防止河水沖刷，墻外拋設塊石護腳。岸坡最高水位為63.9 m，特大洪水期間大部分坡體被淹，因此坡面需植草護面，坡頂設置護欄及實施截排水措施。

（3）地基承載力估算

擋土墻類型按浸水地區擋土墻考慮，采用庫倫理論計算擋土墻壓應力。最大壓應力值為160 kPa，最小壓應力值為151 kPa，擋土墻基底平均壓應力為156 kPa，超過天然地基承載力特征值110 kPa，需要進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、經濟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，采用淺基礎不能滿足構建物承載力要求，應以下伏基巖為持力層，而樁基礎支撐在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，長螺旋鉆孔成孔，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、樁長約10 m，初步計算約為800元/m3，工程造價較高。

（2）方案二：CFG樁復合地基

水泥粉煤灰碎石樁是由碎石樁摻加廢渣粉煤灰改良而來，粘結性更高。樁間土、褥墊層與樁體協同作用，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、港口護岸加固工程中都有應用[3-4]。CFG樁復合地基樁體無須配筋，節約工程成本，且成樁工藝環保，無須泥漿置換，降振低噪。按樁長10 m、樁徑500 mm，初步測算造價為630元/m3。同時考慮該工藝在當地運用較為成熟，本工程推薦采用此方案。

2?CFG樁設計

擋土墻基礎采用CFG樁，處理范圍是長為15 m、寬為6 m的矩形區域，褥墊層厚300 mm，基礎覆土容重為19.00 kN/m3。采用長螺旋鉆機成孔后，壓灌標號C20混凝土。

2.1?設計參數

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

2.2?復合地基承載力估算[5-6]

（1）單樁豎向承載力特征值計算：

R?a=u?pq?sil?i+q?pA?p（1）

式中：

u?p——樁的周長（m）;

q?si——樁周第i層土的側阻力;

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）。

經計算R?a為396.63 kN，取R?a值為350 kN。

取樁體試塊抗壓強度f?cu=20.00 MPa，經驗算滿足f?cu≥4λR?a/A?p。

（2）面積置換率計算：

m=d2d2?e（2）

d——樁身平均直徑;

d?e——一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑。

（3）復合地基承載力計算：

f?spk=λmR?a/A?p+β（1-m）f?sk（3）

式中：

f?spk——復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——單樁承載力發揮系數，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）計算，f?spk值為190 kPa，大于擋土墻偏斜荷載壓應力160.3 kPa。可見，處理后的復合地基承載力滿足擋土墻壓應力要求。

3?CFG復合地基施工

3.1?施工工藝

本工程地質存在粉砂層，沉管鉆孔產生振動，為避免發生坍孔，應采用長螺旋鉆成孔工藝。工藝流程圖詳見圖1。

3.2?施工注意事項

（1）松散填土、軟弱土開挖施工設計

樁基礎施工前應把邊坡一定范圍內松散填土層、軟弱土層清除，然后再按設計要求壓填。清理范圍與壓實范圍一致，清土與壓填均需采取分級施工，分級臺階寬度為3～4 m。

（2）實施跳樁施工

CFG樁設計有效長度均為10 m，應根據地質情況作相應調整。本場地主要為粉砂層，為預防可能發生串孔，采取隔排隔孔跳樁施工，減少對已打樁的擾動。

（3）控制提桿速度

本場地主要為粉砂層，孔壁極易坍塌，鉆至設計標

高后，應先壓灌入混合料，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，建議在非雨季進行工程施工。如在雨季施工應做好施工期間的流土流泥的臨時防治措施，同時應加強巡視。如果有任何與設計有出入的情況應及時反饋給勘查單位、設計單位、建設單位、監理單位及有關單位進行處理。

3.3?地基處理效果

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

檢測結果顯示：低應變檢測15根樁，各受檢測樁的完整性良好，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范及設計要求。復合地基載荷試驗樁點分別在達到最大加載量863 kN時，沉降均能達到相對穩定，試樁及周圍土體均未達到破壞條件，滿足設計值190 kPa的要求。

單樁豎向抗壓靜荷載試驗分別加載至700 kN時，最終沉降達到相對穩定，滿足設計值350 kN的要求。

4?結語

CFG樁用于本工程地基處理取得較好的預期效果，可有效改善高填土浸水岸坡地基承載力。在該護岸擋土墻工程完工投入使用的過程中，應加強對擋土墻支護結構及邊坡位移等進行監測，以判斷擋土結構的穩定性。

參考文獻：

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

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[5]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[6]JGJ79-20012，建筑地基處理技術規范[S].