CFG樁在航道護坡?lián)跬翂χ械膽梅治?/h1>
2020-05-25 02:36:05陸珍珍
西部交通科技 2020年1期
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(wěn)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(jīng)濟等優(yōu)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(fā)生失穩(wěn)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(wěn)的一種經(jīng)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(xiàn)狀穩(wěn)定。但是，場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，擬對河岸邊坡實施擋土墻防護工程。
1.1?地質情況
經(jīng)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(wěn)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(shù)詳見表1。
1.2?設計概況
（1）設計邊坡安全系數(shù)
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(tài)）+地面荷載，設計邊坡安全系數(shù)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(qū)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(jīng)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(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(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?shù)剡\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(qū)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(shù)
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(shù)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(jīng)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(jīng)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(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）計算，f?spk值為190 kPa，大于擋土墻偏斜荷載壓應力160.3 kPa?？梢?，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(chǎn)生振動，為避免發(fā)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(nèi)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(jù)地質情況作相應調(diào)整。本場地主要為粉砂層，為預防可能發(fā)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(jiān)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(guī)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(wěn)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(wěn)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(jiān)測，以判斷擋土結構的穩(wěn)定性。
參考文獻：
[1]黃修奮.道路路基擋土墻防護設計與施工方法探討[J].西部交通科技，2018（3）：51-53，202.
[2]李中華.高速公路改擴建邊坡支護方案對比探析[J].公路交通科技（應用技術版），2018（2）：78-80.
[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.
[4]曹?軍.水泥粉煤灰碎石樁（CFG）在港口工程護岸加固中的應用[J].水運工程，2018（10）：113-116.
[5]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].
[6]JGJ79-20012，建筑地基處理技術規(guī)范[S].
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（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。
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（3）地基承載力估算
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2?CFG樁設計
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2.1?設計參數(shù)
采用矩形布樁形式，共4排，縱橫向按1.50 m間距布設，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(shù)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(jīng)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(jīng)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(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）計算，f?spk值為190 kPa，大于擋土墻偏斜荷載壓應力160.3 kPa?？梢?，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
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3.2?施工注意事項
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（2）實施跳樁施工
CFG樁設計有效長度均為10 m，應根據(jù)地質情況作相應調(diào)整。本場地主要為粉砂層，為預防可能發(fā)生串孔，采取隔排隔孔跳樁施工，減少對已打樁的擾動。
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3.3?地基處理效果
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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(guī)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(wěn)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(wěn)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(jiān)測，以判斷擋土結構的穩(wěn)定性。
參考文獻：
[1]黃修奮.道路路基擋土墻防護設計與施工方法探討[J].西部交通科技，2018（3）：51-53，202.
[2]李中華.高速公路改擴建邊坡支護方案對比探析[J].公路交通科技（應用技術版），2018（2）：78-80.
[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.
[4]曹?軍.水泥粉煤灰碎石樁（CFG）在港口工程護岸加固中的應用[J].水運工程，2018（10）：113-116.
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