冲孔灌注桩基础在三明市城区防洪工程中的应用

2016-06-28陈成榕

水利科学与寒区工程 2016年5期

关键词：城市防洪库区应用

陈成榕

(三明市堤防管理处，福建三明 365000)

冲孔灌注桩基础在三明市城区防洪工程中的应用

陈成榕

(三明市堤防管理处，福建三明 365000)

摘要：福建省三明市城区位于斑竹水电站库区内，堤防建设基础设计具有一定难度。本文结合三明市城区台江段防洪堤工程实际，简述了防洪堤基础设计情况、施工质量控制，介绍了冲孔灌注桩基础在三明市城区防洪工程建设中的应用。

关键词：库区；城市防洪；冲孔灌注桩；应用

三明市位于福建省中部连接西北隅，是闽西北政治经济文化中心和著名山区园林文明城市。三明市城区面积18 km2,人口28万，闽江上游的三大支流之一沙溪河穿城而过。

1工程概况

1.1水文气象

福建省三明市属我国东部季风区，中亚热带湿润气候，雨量丰沛，暴雨频繁，多年平均降水量1606.4 mm，平均相对湿度79%。全年按天气成因大致可分为：3—4月春雨，5—6月梅雨，7—9月台风雷雨和10—2月干季四个时期。

经对本流域历年大洪水的暴雨天气资料分析，较大洪水多系锋面雨所致，加之沙溪河为山区河流，洪水涨落急剧，汇流快、流速大、破坏力强。因此每次洪水上岸，袭击城区，直接经济损失都较为严重。

台江堤段正常水位126.7m，河床底高程117.3～118.9 m，河水较深，设计洪水位134.60～134.69 m。

1.2工程地质

三明市城区周围为中低山，市区为长条形冲积山间河谷盆地，位于冲洪积Ⅰ级阶地前缘及河漫滩地带，大部分为第四纪堆积覆盖，植被发育，仅公路沿线、冲沟、河谷有零星基岩出露，地势较平缓;局部山坡处，地势较陡。物理地质现象主要是岩体风化，未发现较大崩塌体、泥石流和滑坡的分布，未发现洞穴、临空面等不良地质现象，仅局部可见洪水期河面凹岸冲刷的河岸小坍塌及小规模的边坡崩塌现象，区内无古河道、古渊塘等。

1.3设防标准

台江段防洪堤按30 a一遇设防，通过上下游水库的科学调度以及洪水预警报系统等综合措施确保防洪能力达到50 a一遇，堤防工程为3级建筑物。

1.4防洪堤概况

三明市台江段防洪堤位于沙溪河左岸台江片区，紧临台江水电站下游，与台江水电站的尾水渠相衔接，是三明市城区重要堤段，新建防洪堤1873 m。一级驳岸为浆砌石，驳岸顶高程128.0 m，墙顶后设置一宽5.0 m的马道，再以土堤护坡的形式填筑至防洪堤顶高程136.0 m。

2台江段防洪堤基础设计

2.1库区堤防设计

三明市台江段防洪堤位于斑竹水电站库区内，基础设计应高于一般防洪堤，满足防洪功能的同时，结合城市发展对水环境的需求，统筹考虑。

(1)城区河道蓄水会对堤后低洼地带造成浸没影响，库区堤防设计需有防渗、防冲要求。

(2)防洪堤施工与库区蓄水、电站发电矛盾大，库区放弃蓄水、电站停止发电对社会和经济影响大，或围堰施工与基坑排水投资大。

(3)上下游水库需兼顾市区度汛需要，汛期科学调度，对施工工期、堤身稳定性造成影响。

(4)防洪堤与台江水电站的尾水渠相衔接，防洪堤基础应低于河床冲刷线1.5 m[1]。

2.2工程地质评价

2.2.1各类土(岩)主要工程地质参数

根据地质勘探成果、分析统计成果，结合地区经验值，各类岩土主要工程地质参数建议值见表1。

2.2.2各类土(岩)的性能及地基稳定性评价

三明市台江段防洪堤工程区内岩土体结构自上而下由素(杂)填土-粉质黏土-砂砾卵石-强风化基岩组成。

表1　台江段防洪堤各类土(岩)主要工程地质参数建议值

注：摩擦系数f为混凝土重力式挡墙与地基土(岩)间摩擦系数。

(1)素(杂)填土：呈灰黑色、灰褐色、稍湿松散。填土成分复杂，有碎石、碎砖块、煤碴，及水泥块、各类砂土料、卵石等，局部还有些生活垃圾。中等透水性，工程性能较差，均匀性差，不宜直接作为堤基持力层。层厚约3.5～9.5 m。

(2)粉质黏土：埋藏于素(杂)填土下部，呈灰黄色、灰黑色，饱和，松散，底部含有少量卵石。含泥约15%～50%。弱～微透水性，工程性能较差，均匀性好，不宜直接作为堤基持力层。层厚约2.0～3.5 m，顶板埋深3.5～9.5 m。

(3)砂砾卵石：呈灰、灰黄色、灰白色，饱和，松散-稍密，卵石含量约50%～70%，未风化，粒间充填以砾、中粗砂为主,局部砂含量较高。均匀性较差，承载力高，工程性能较好,可作为堤基持力层，但其属强透水层，可能产生渗透变形破坏。层厚约12.7～22.7 m，顶板埋深5.5～17.5 m。

(4)强风化灰岩(P1q)：灰褐色、灰色，组织结构大部分破坏，大部分矿物已风化成黏土矿物，岩芯多呈碎块状，部分为坚硬的黏土状，为极软岩。承载力高，工程性能较好，可作为堤基持力层，顶板埋深16.2～30.5 m。

台江堤段天然岸坡基本稳定，堤内为山坡和公路，在开挖施工过程中需注意可能会发生小规模的滑塌以及对邻近建筑物地基的影响。

2.3基础方案设计

方案一：抛石基础+钢筋混凝土承台

基础抛石填至125.90 m，在抛石顶设置C25钢筋混凝土承台，厚0.6 m。堤身为浆砌石，基础墙趾宽度0.5 m、高0.6 m，墙踵宽0.70 m，基础底坡为0.15∶1，堤顶宽1.0 m，设C15混凝土压顶0.1 m。

方案二：混凝土垫层基础

基础挖深1.5～2.0 m，用素混凝土浇制0.1 m垫层。堤身为浆砌石，堤脚前侧设有一前趾，前趾宽0.35 m，深0.5 m，堤顶宽1.0 m，设C15混凝土压顶0.1 m，迎水面边坡1∶0.15，背水面边坡1∶0.35。

方案三：冲孔灌注桩基础+钢筋混凝土承台

采用冲孔灌注桩基础。孔桩设置前后两排，前后两排桩的中心距为2.4 m，前排桩的中心距为0.85 mm，后排桩的中心距为3 m，桩基嵌入强风化基岩，孔径800 mm，桩顶高程为123.90 m，在桩顶设置C25钢筋混凝土承台，厚0.6 m。堤身为浆砌石，堤顶宽1.0 m，设C15混凝土压顶0.1 m，迎水面边坡1∶0.15，背水面边坡1∶0.35[2]。

2.4方案设计比选

方案一：①主要优点：以抛石强制置换素(杂)填土，可提高地基承载力，可有效减少基础埋深、无围堰要求、施工方便、工艺简单、工期较短。②主要缺点：由于水深较深，堤段较长，抛石落点漂距较大，会有大量石块散落河床各处，侵占河道行洪宽度，减小行洪断面，影响水面线计算成果；防洪堤与台江水电站的尾水渠相衔接，尾水渠出口底高程118.0 m，散落的石块会对尾水出流造成影响；堤防建设长度较长，水深较深，抛石基础高度大，实际施工操作性差，无法确保基础低于河床冲刷线1.5 m，沉降性无法保证；C25钢筋混凝土承台浇筑时，由于高程低于常水位，需要库区放水，降低水位，以便工程施工，对社会、经济造成影响。

方案二：①主要优点：该方案使接触面平整，便于上部结构向地基均匀传递荷载，基础施工工艺简单。②主要缺点：由于需以砂砾卵石作为堤基持力层，且防洪堤基础应低于河床冲刷线1.5 m，所以基础高程需在水下7～20 m。土石围堰必须进行大断面分层开挖，开挖边坡高度大，支护困难，容易造成塌坡，带来施工安全问题。根据地质资料，施工场地边坡的透水性大，外侧水深又很深，造成了导流及基坑排水难度大大增加，抽水台班费用高；将严重影响工期，又给施工导流工程的度汛带来困难。因此，方案二会加大施工难度，增加施工过程的危险性，同时工期将被大幅延长。

方案三：①主要优点：该方案施工时基本无地面隆起或侧移，对环境和周边建筑物危害小；可以穿越各种土层，更可以嵌入基岩，提高地基承载力、稳定性，减少沉降量；工艺成熟，施工过程相对安全可靠；机械化作业，施工简单，可保证工期；施工临时围堰可作为桩机施工平台，无需库区放水，电站可不停产，对社会、经济影响小；前排桩桩间间距小，可起到防渗墙作用。②主要缺点：桩机笨重，移动不方便，桩机操作平台要求高，垂直度较差，容易偏孔，偏孔后修正困难[3]。

三种方案投资比较，方案一投资最小，但会减小河道过水断面，对防洪堤的沉降性无法保证，对城区安全度汛有影响；方案二投资最大，施工难度大，施工过程危险性大；方案三投资较方案一大，但施工可操作性较方案一好，且无需库区放水，对社会、经济影响最小。因此，通过经济、安全、可行等方面进行综合比较，确定基础设计采用方案三。

2.5孔桩垂直度控制措施

孔桩垂直度控制直接影响桩基的承载力，是冲孔灌注桩质量控制的重要环节。在施工过程中，可采取以下措施，确保孔桩垂直度：①桩机设备就位。为确保钻机平稳牢固，桩机就位前，应整平场地，铺好枕木，采用经纬仪等测量仪器保证桩机位置正确，机架垂直。②采取防振措施。为保证冲孔过程稳定，可采用垫枕木等措施防止钻机在施工过程中振动和移动，并在钻机上安装水平尺和吊锤，监控振动和移动情况，如有异常，及时调整。③控制钻进速度。土质不均，钻头偏心受力，如钻进速度较快，容易倾斜。因此，需在不均匀地层或软硬土层交界处减缓钻进速度。④垂直度偏差处理。垂直度超过规范值时，提起钻头在出现偏斜部位反复钻扫，使冲孔归正。如纠正无效或偏差较大，回填黏土到偏斜处以上1～2 m，沉积密实后重新冲进[4]。

3工程实施效果

3.1检测成果

福建省水利水电勘测设计研究院根据工程进展分期对本工程的孔桩进行低应变检测法检测基桩桩身的完整性和单桩水平静载检测。

检测结果如下：单桩水平静载试验过程中，桩头保持完好，量测系统和加压系统无异常现象。曲线无极限破坏特征，试桩未达到极限承载状态。低应变动力检测，大部分桩身为结构完整、混凝土波速正常的良好桩，小部分桩身基本完整，轻度离析、缩径和轻微裂隙，为轻微缺陷的合格桩。检测数据全部合格[5]。

3.2实施效果

自2012年6月通过验收以来，经历年汛期考验，防洪堤未出现任何险情。由此可见，防洪堤采用冲孔灌注桩基础处理后，地基承载力、抗滑稳定性、渗流稳定性、防冲刷、防渗及沉降均满足《建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008)》和堤防工程设计规范(GB 50286-98)要求，达到防洪标准。

4结语

(1)台江段防洪堤采用的冲孔灌注桩基础处理方案是合理的、成功的，其成功经验可供类似工程参考。

(2)防洪堤基础的选择，需按照因地制宜的原则，根据堤段所在的重要程度、地理位置、地质条件、筑堤材料、水流和风浪特性、环境景观、施工条件，以及工程造价等因素，经过综合比较，确保设计方案的可行性。

参考文献：

[1]李小荣.闽江上游沙溪流域防洪二期工程初步设计[R].福州：福建省水利水电勘测设计研究院,2004.

[2]王景芸,李晓玉,耿汉军.武钢工业港防洪堤地基基础设计方案比选[C]//中国土木工程学会.中国土木工程学会城市防洪2006年学术年会论文集,2006.