浅析沿海航标灯塔桩基础选型

袁靖周+岳志伟+李凤山

摘 要：沿海灯塔桩是船舶出行最有效的助航工具，不过由于当前沿海不同区域的地质环境不同，灯塔桩基础形式的选择就显得尤为重要，若选取不当，非常容易出现灯桩倾覆失稳破坏情况。为此，笔者希望通过自己的一些建设经验，为大家提供一些灯桩建设时基础选型的参考意见。

关键词：航标灯塔桩 桩基础 建设

1.引言

近年来，为贯彻落实国家海洋强国战略，优化沿海导助航设施布局，提升航标效能，给沿海出入船舶提供更好的导助航服务，航海保障部门正有序推进沿海灯塔桩建设。

目前，航标灯桩结构越来越倾向于采用工业铝合金、玻璃钢、超高分子聚乙烯等新型材料，而对于采用哪种基础形式须依靠建设地点地质条件及灯桩结构形式等确定。在灯桩建设过程中，因建设点大多位于海岛或沿海礁石或沙滩，所处地基情况不同于内陆，尤其是灯桩建设经常建设在沿海沙滩，这种沙滩地质情况较复杂，可能为一种海沙淤泥混合土，若基础形式选择不当，容易因涨潮等造成灯桩倾覆失稳破坏。究竟选择什么样的基础形式既可保证施工便利可行、节约经济成本，又可保证工程安全可靠，正是本文探讨的出发点。

现今珠江口沿海已积累了一些灯塔桩建设经验，但对于灯桩建设时的基础选型、沿海沙滩土质特性或是对此不良地质情况如何进行地基处理等仍然缺乏深入研究，而现有的相关参考文献资料亦极少。为做好灯桩建设工程中的基础设计及施工，本文根据已有的灯塔灯桩建设经验，分析了几类常用灯桩基础形式，试图给出灯桩建设时基础选型的一些参考意见。

2.灯桩基础选型分析

基础是连接上部结构与地基之间的过渡结构，起承上启下作用，一般而言，基础形式可分为浅基础和深基础两类。在灯桩建设中，虽然灯桩上部结构非常简单，但因为建设选点大部分处于沿海礁石、沙滩及海岛硬岩，故灯桩基础需依据选点地质条件和建设成本等综合考虑，据已有经验，灯桩基础采用岩石锚杆基础、钢筋砼独立基础较多。此外，沿海大型灯塔如华阳灯塔、赤瓜灯塔等则因其重要性和地质情况采用了桩基。因此，本文对岩石锚杆基础、独立基础及桩基础等几种基础予以介绍，并对各自特点及适用情况进行简要分析。

2. 1岩石锚杆基础

在灯桩建设中，为更好发挥助航效能，大部分灯桩选点在海岛上或沿海礁石上，在这种情况下，可充分利用坚硬的岩石做地基，采用岩石锚杆基础。

该基础适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力或水平力较大的建筑物基础。对于锚杆基础，其锚杆材料、孔径、插入上部结构长度、灌浆等都有一定要求，以保证与基岩连成整体。其中，锚杆孔直径宜取锚杆筋体直径的三倍，但不应小于一倍锚杆筋体直径加50mm。锚杆筋体宜采用热轧带肋钢筋，水泥砂浆强度不宜低于30MPa，细石混凝土不宜低于C30，灌浆前，应将锚杆孔清理干净。

2.2独立基础

独立基础是整个或局部结构物下的无筋或配筋的单个基础，可分为刚性独基和柔性独基。刚性独基俗称“大放脚”，又称无筋扩展基础，是指用砖、毛石、混凝土、毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成，因其由抗压性能好，而抗拉、抗剪性能差的材料建造，基础需要较大的截面抗弯刚度，受荷后基础不允许挠曲变形和开裂。因存在用料多、自重大等缺点，故经常考虑用钢筋砼材料建筑的基础，这种基础抗弯抗剪性能好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。

在灯桩建设过程中，因建设点交通条件较差，运输成本和人工成本较高，若建设点表层地基土质较好，具有较好承载力，往往优先采用钢筋混凝土独立基础形式。

2.3桩基础

当建筑场地浅层地基土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求时，也不宜采用地基处理等措施时，往往需要以地基深层坚实土层或岩层作为地基持力层，采用深基础方案。桩基础就是一种最常用的深基础，其具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、适应性强等突出特点。桩基础，按桩的施工方法不同，主要可分为预制桩和灌注桩两大类，预制桩可以是木桩、钢桩或钢筋混凝土桩等；灌注桩通常可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩及挖孔桩等。

因助航需要，灯桩往往建设在沿海沙滩上。然而，沿海沙滩是一种非常见地基，该地基表层为海沙，而下层可能存在淤泥，即海沙淤泥混合体。在此情况下，若采用浅基础设计，基础极有可能出现不均匀沉降以致基础倾斜。另一方面，海沙容易随涨潮时被带走，浅基础将存在基础裸露以致倾覆的风险。据此，在该类地质条件下，采用桩基础是一种安全的做法。但就工程造价而言，对于灯桩建设显然是不经济的。实际上，灯桩为简易构筑物，若为高分子灯桩或铝合金，其自重及竖向荷载基本可忽略，水平荷载也主要考虑风荷载作用，故若灯桩采用桩基础应尽量简化，通过减小承台面积，优化桩基布置和桩数等，降低工程造价。

3.三类基础造价分析

在灯桩建设中，基础的费用往往要占到整个灯桩建设总造价一半甚至更多，因此对于灯桩基础建设应做好科学预算管理。在灯塔桩基础建设费用中，除了建筑材料费用，因海岛特殊施工条件，项目其他费（如施工用水、生活用水、海島生活补助及人工补贴、施工用船、材料二次搬运等）占到很大比重。根据笔者经验，在阳江沿海水域若采用岩石锚杆基础（以1米高岩石锚杆基础为例）、钢筋混凝土独立基础（以3米X3米X1米）及桩基础（承台采用3米X3米X1米，5根Φ219钢管桩）三类基础费用进行估算，费用组成如表1。

4.结论

构筑物基础类型选择时，除要考虑上部结构荷载和地基条件外，还需考虑构筑物的使用要求，上部结构特点及材料和施工条件，进行技术经济比较和综合分析，在保证建构筑物安全和正常使用的前提下，尽可能降低基础造价和考虑施工方便，减少施工过程对环境造成的不利影响。对于灯桩建设的基础选型，通过以上分析，可得到以下几点结论：

（1）若灯桩建设选点位于坚硬岩石、礁石等，优先采用岩石锚杆基础。

（2）若灯桩建设选点地基土质较好，无明显软弱土层，可采用钢筋混凝土独立基础。

（3）当灯桩建设选点位于沿海沙滩或其他软弱土，若采用桩基础，应尽量优化桩基方案，降低工程造价。

5.讨论

沿海灯塔桩建设目前积累资料较少，因笔者经验水平有限，对于以下几点留待进一步讨论：

（1）当灯塔桩建设点位于软弱土层，采用桩基础成本较高，是否可通过换填垫层等地基处理后采用独基，有待进一步实践验证。

（2）对于沿海沙滩的土质情况，其工程特性、抗剪强度、承载力等指标如何，是否能够满足灯塔桩上部结构在竖向、水平向力学作用有待进一步研究。

参考文献：

[1]赵明华，俞晓，王贻荪，等.土力学与基础工程.武汉理工大学出版社，2003.

[2]GB 50007-2011.建筑地基基础设计规范.中国建筑工业出版社，2012.

[3]JGJ 94-2008.建筑桩基技术规范.中国建筑工业出版社，2008.