关于水工桩基础应用的几个问题的应对措施

黄岳文

(广州市水务工程建设管理中心,广州 510640)

0 前 言

由于桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小且均匀等优点，而且可以减轻上部结构重量，工程量小，实践经验较多，甚至有专门的桩基设计规范，桩基础因此已成为在土质不良地区修建各种建筑物普遍采用的基础形式。但由于水工结构受荷情况比较复杂，不仅有垂直荷载，还有水平荷载，且各种荷载的大小和分布也不尽相同；而且水工结构地基中的渗流作用以及水位的变化，对地基的稳定性有着很大影响。因此，桩基础在水工应用上容易因考虑不周而出现各种问题，甚至出现工程事故。

桩基础的型式较多，有钢筋混凝土预制桩、钻(冲)孔灌注桩、沉管灌注桩、钢管打入桩等。水利水电工程中采用的桩基础，主要是钢筋混凝土预制桩和钻孔灌注桩2种。本文结合工程经验，对水工桩基础应用的几个问题进行讨论，并分别给出相应的应对措施。

1 工程地质条件对桩基础的影响

1.1 不宜或慎用预制桩基础的地质条件

预制桩具有规格众多、施工速度快、工期短、成桩质量可靠、监理检测方便、适用于水下施工等优点，得到广泛应用。其中预应力混凝土管桩还具有桩身强度高(≥C60)，综合单位承载力造价较低等优点，应用更为广泛。但对以下地质条件不宜或慎用预制桩：① 含孤石或障碍物较多且不易清除的土层，或含有不适宜作桩端持力层且桩难以贯穿的坚硬夹层；② 坚硬岩面上无适合作桩端持力层的土层。

岩面上无适合作桩端持力层的土层多见于石灰岩地区，大多数基岩表面是新鲜岩面，且存在溶洞、溶沟；若基岩上覆土层较松软，打桩过程中桩一接触岩面就容易出现桩身断裂或桩尖滑动，有时甚至发生掉桩现象(桩掉进溶洞中)，危及施工安全。据统计，在石灰岩地区打桩，桩的破损率高达40%～60%[1]，成桩倾斜率大大超过规范允许值，而且单桩承载力较低。有些地区，基岩虽然不是石灰岩，但基岩中强风化岩层很薄，甚至缺少强风化岩层，且上覆土层较松软，这种地质条件俗称“上软下硬、软硬突变”。在这样的场地打桩，很快穿越覆盖层接触到坚硬岩层，此时桩身反弹特别厉害，容易出现桩头打碎、桩身断裂或歪桩(桩偏斜)的情况。当一根桩的桩尖附近的混凝土先破碎后，其上的桩身混凝土随着柴油锤的冲击而连续不断地破坏，表面看来，锤击一下桩身向下贯入一点，实际上这些锤击能量都用于破坏底部桩身混凝土并将碎块挤向四周土层，打桩入土仅仅是个假象而已。此种情况下的单桩承载力静载试验往往也能满足设计要求，但由于桩身已受破损，给工程留下隐患。对于此种地质条件，改用静压桩施工情况会好些，同时采用工字钢多齿型桩尖可增强桩尖的嵌岩能力，减少桩的破损率。但即使沉桩顺利，由于桩嵌入持力层的深度有限，桩承受水平荷载的能力小，容易发生滑动破坏。如某桩基岸墙，附近施工弃土堆载离墙约8 m，堆土高约3 m，岸墙就发生滑移。事后分析认为，地基地质条件差，淤泥层下为基岩，桩基嵌入基岩深度不足，淤泥层在堆载作用下挤压桩基，最后带动桩基和墙一起滑移。

对以上不宜采用预制桩的地质条件可考虑采用灌注桩。灌注桩对地质条件的适用性较好，特别是对于岩溶地区的桩基设计，规范[2]规定宜采用钻、冲孔桩。但钻(冲)孔灌注桩桩身质量不易控制，在饱和软土层较厚情况下容易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥等现象，对此，施工时可采用钢护筒保证成桩质量。

1.2 在特殊条件下桩身承载力可能出现随时间的增长而降低的情况

通常桩承载力会随时间的增长而提高，但在桩周土层产生的沉降超过桩的沉降引起桩侧负摩阻力时，桩身承载力将降低。以下情况将产生桩侧负摩阻力：① 当桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层时，桩周土在自重作用下固结沉降或浸水导致土体结构破坏，强度降低而固结(湿陷)；② 当桩周存在软弱土层，临近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载(包括填土)时，将导致桩周土固结沉降；③ 由于降低地下水位，导致桩周土中有效应力增大而固结沉降。对于出现负摩阻力的桩基设计，规范[2]有所规定，但规范[2]没有指出桩端持力层浸水软化导致桩身承载力降低的情况。

遇水容易软化的基岩有泥岩、黏土质胶结粉砂岩和砂岩。泥岩中的矿物颗粒在水的作用下，颗粒间的粘结将逐渐破坏，使水分进入层状颗粒之间，从而在岩石内部产生不均匀内应力以及大量的微孔隙，这些微孔隙的出现及其吸附效应的影响，进一步破坏了岩石的内部结构体系，使泥岩在宏观上产生软化崩解的现象。黏土质胶结粉砂岩处于水饱和状态时的孔隙体积和孔隙表面积均将大幅增加，大孔径孔隙的增加和岩石致密度的下降是其遇水崩解软化的主要原因。风化后的砂岩遇水崩解，颗粒间的粘结被破坏而生成砂土。

王离[1]介绍了在泥岩地区管桩桩身承载力随时间的增长而降低的典型案例：20世纪90年代，广州海珠区有几个工程的管桩基础不论是锤击桩还是静压桩都出现问题。当管桩打入(或压入)强风化泥岩收锤(或终压)后，起初进行静载荷试验检查一般都能达到设计要求，但同一根桩过了一二个月再进行静载荷试验，其单桩承载力就会出现不合格情况，若进行复打或复压，该桩还可以继续下沉，下沉量少者几十厘米，多者几米(最大下沉量达到3.7 m)。究其原因，主要是管桩内的积水慢慢流向桩尖外，或管桩外部的水慢慢流入管桩内，将桩尖附近强风化泥岩浸水软化。常用处理方法是在管桩内底部灌混凝土进行封底，但当桩身较短或者桩身外面止水线路较短，地下水仍可顺着桩身外壁下渗，软化桩尖附近土体。因此，不少工程采用复打(或复压)来处理这一问题，通过复打(或复压)后桩尖进入深一层的强风化泥岩。一般情况下，下部泥岩由于体积不易膨胀而不再继续软化，但一些短桩复打(或复压)后桩尖处的强风化泥岩还会继续软化。因此，对于持力层为强风化泥岩的预制桩工程，设计承载力的选取应适当减少，并对施工提出复打(或复压)、灌混凝土封底等措施进行综合治理。

2 软土地区桩基侧向受荷问题

2.1 水平荷载对桩的影响

(1) 桩的水平承载力和位移计算误差较大

影响单桩水平承载力和位移的因素包括桩身截面抗弯刚度、材料强度、桩侧土质条件、桩的入土深度、桩顶约束条件等。桩的水平承载力计算远比其垂直承载力要复杂。如对于低配筋率的灌注桩，通常是桩身先出现裂缝，随后断裂破坏；此时，单桩水平承载力由桩身强度控制。对于抗弯性能强的桩，如高配筋率的混凝土预制桩和钢桩，桩身虽未断裂，但由于桩侧土体塑性隆起或桩顶水平位移超过使用允许值，也认为桩的水平承载力达到极限状态；此时，单桩水平承载力由位移控制。水工上一般要求受力状态下桩顶允许水平位移的限制条件为：灌注桩不宜超过5 mm，预制桩不宜超过10 mm。有关这方面的计算公式，在工程中实用的是弹性地基反力法，这一类方法是考虑了桩与基土弹性变形的影响。假定基土是弹性介质，在外力作用下桩的变形与基土反力成正比。该比例系数(即横向基床系数)是否为常量，有不同看法，因而就有各种不同的计算方法。即通常简称为“常数法”、“k法”和“m法”等。这些方法的主要差别在于对横向基床系数沿桩身深度的分布规律所作的假定不同。

规范[2]规定：对于受水平荷载较大的设计等级为甲级、乙级的建筑桩基，单桩水平承载力特征值应通过单桩水平静载试验确定。当缺少单桩水平静载试验资料时，根据由桩身强度控制和桩顶水平位移控制2种情况，规范分别给出相应的估算公式。由估算公式可知，单桩水平承载力特征值受桩侧土水平抗力系数的比例系数m的影响，但是，由桩身强度控制情况下受影响较小，呈m1/5的关系；桩顶水平位移控制情况下受影响较大，呈m3/5的关系。规范[2]也推荐按m法计算桩的变位(位移和转角)和桩身内力，但m值对于同一根桩并非定值，与荷载呈非线性关系。低荷载水平下，m值较高；随荷载增加，桩侧土的塑性区逐渐扩展而降低。因此，m取值与实际荷载、位移相适应程度直接影响计算结果的准确程度。

(2) 桩顶水平荷载确定比较保守，但对桩侧土压力往往考虑不足

水工结构受到的水平荷载实际上并不完全由桩基础承担，如水闸的水平荷载，可由桩、桩间土(桩间土分担上部荷载情况下)、下游护坦、侧墙摩阻力分担。水闸下游侧一般均有混凝土护坦，混凝土护坦紧贴水闸桩基底板。当水闸承受水平推力时，护坦有一定的顶推力，顶推力与其有效重量成正比；闸室两侧、承台与地基之间也有一定的摩阻力。假设水平荷载全由基桩承担，这与实测资料也不相符。根据某水闸工程实测，基桩只承受总水平荷载的32%，承台底部的摩阻力以及下游混凝土护坦的顶推力分别承担总水平荷载的22%和46%[3]。

虽然水工结构的水平荷载并不完全由桩基础承担，但规范[4-5]要求桩基础设计时“桩的根数和尺寸宜按承担底板底面以上的全部荷载确定”。如此设计的桩基承载力应该是有比较大的安全系数，计算出的水平位移一般比较小。但实际上在施工过程出现桩基破坏的工程事故不少，而软土地区采用桩基础的水工挡土墙完工后往往会产生比容许值大得多的水平(侧向)位移，甚至影响工程安全。这主要是因为设计对软土在填土荷载作用下或因开挖面高差太大产生侧向变形(侧移)对基桩的侧压力考虑不足引起的。

2.2 软土侧向土压力对桩基的影响

软土由于侧移而产生侧压力，使桩受力侧移，这种受力桩称为被动桩，这是由于原本使桩用于抵抗侧压力的土体产生侧移带动桩侧移，有别于通常土体不动，桩顶受水平力的主动桩。被动桩的受力分析更复杂，要用迭代法考虑桩的位移协调而求得。软土的侧压力由于规范没有明确的设计和计算要求，往往不太为人所重视而容易发生事故。

钢筋混凝土预制桩的单桩垂直向承载力比较大，而受弯承载力较差。以Ø500 mm管桩为例，其单桩垂直向承载力设计值可达1 500～3 000 kN，而其抗裂弯矩及极限弯矩最小值根据国家产品标准GB13476-2009《先张法预应力混凝土管桩》：A型桩分别为103 kN·m和155 kN·m，AB型桩分别为125 kN·m和210 kN·m，B型桩分别为147 kN·m和265 kN·m，C型桩分别为180 kN·m和360 kN·m。可见预制桩基础的设计主要是用于承受垂直荷载，而其受弯承载力经常被忽视。特别是在软土地区，由于软土的侧压力系数很大，因开挖或回填土对桩产生的侧压力很大，容易出现桩受侧向力弯曲破坏的情况。2003年，广州海珠区某河涌管桩基础岸墙(设计断面见图1)，在墙后回填土过程(填土高3 m)，发生向河一侧的偏移，最大墙顶偏移量达45 cm。事后调查发现，该堤段地质条件较差，墙底板下10 m左右为淤泥和淤泥质沙土，偏移量最大的2块(12 m一分缝)挡墙在基坑开挖时就发生过把桩挤断(见图2)重新补桩的情况[6]。最后的处理方案是把挡墙截除，改直墙护岸为入水步阶。陈峰和王为人[7]也介绍了某泵闸枢纽工程挡土墙预制桩基础在开挖过程和墙后回填土压力很小的情况下基桩或挡墙发生较大位移，其中实测最大基桩偏移2.8 m。

图1 桩基岸墙设计断面 单位：高程，m；其它，cm

图2 开挖引起岸墙基桩倾斜破坏图

涵闸桩基在两侧填土时，填土下软土会对涵闸桩基产生较大的侧压力，也可能使桩基受弯折断。1985年10月，4孔总宽16 m的广东北江大堤刘寨水闸在旧闸上游约70 m处重建，采用Ø480 mm锤击沉管灌注桩基础，建基面以下分别为4 m厚淤泥质壤土、5 m厚淤泥质中细砂、6 m厚淤泥质壤土、砂卵石层和全风化砂岩，桩支承于砂卵石层。1986年3月中旬新堤填土高约15 m(离设计堤顶高程尚差1.2 m)时，发现箱涵结构缝错动和基础不均匀沉降，各节箱涵出现横向和纵向裂缝[3]。分析认为，在两侧近15 m的填土荷载作用下，挤压地基软土产生的侧向压力将基桩挤断，造成水闸沉降事故[8]。

可见桩基能解决竖向荷载要求，但侧向受力较差，因此水工结构使用桩基础应充分考虑侧压力可能带来的不利影响，并采取相应措施加以预防。

2.3 减小软土侧向土压力对桩基不利影响的措施

减小软土侧向土压力对桩基不利影响的措施主要是从两方面考虑：① 加强桩抵抗侧向力的能力。采用具有较强抗水平力的桩基，如大直径钻孔灌注桩；通过设置斜桩承受上部结构水平荷载，此时要考虑斜桩存在施工难度较大的问题。② 减小软土侧向土压力。如控制开挖临空面的高差，或控制填土高度，也可回填粉煤灰或EPS等轻型材料，或在填土下采用复合地基，以减少软土侧压力；或采用格构式搅拌桩对工程桩进行保护。

何国柱[9]介绍一个处理桩基翼墙滑动的工程案例。沙坪水闸左岸翼墙管桩基础在开挖过程发生倾斜破坏和在墙后回填过程挡墙发生位移，为此采用以下工程措施:① 将墙底板底高程抬高1 m，在墙前趾设置1 m深齿墙；② 墙后填土标高降低1 m；③ 在不影响行洪断面前提下，在墙外侧增加干砌石反压平台；④ 在墙内侧底板外施打木桩，将填土荷载通过木桩尽可能传至深处，以减少作用于桩基的软土侧压力。通过以上工程措施处理后，工程多年来运行良好。

3 施工对桩基的影响

3.1 挤土桩施工引起的挤土效应和应对措施

软土地区挤土桩在其施工过程中会对桩周土体产生很大的挤压扰动，并传递给附近已有的桩体，当挤压力足够大时将使得已有的桩产生弯曲(表现为桩顶位移)，在桩身内部产生附加弯矩，甚至产生破坏，如沉管灌注桩发生断桩、缩径，预制桩发生接头被拉断、桩体侧移或折断。同时桩基施工过程中桩周土受到挤压引起孔隙水压力升高，产生较大的超孔隙水压力(有时压力可达到上覆土层压力的3～4倍)。桩间距越小，挤土体积越大，挤压扰动程度越大。而沉桩对土的挤压扰动及引起的超孔隙水压力都大大弱化桩周土的力学性状，当桩周土对桩身的摩擦力小于超孔隙水压力与挤土效应引起的上浮力时将产生浮桩现象，导致后期沉降增大的负面效应。此外，当对基坑采用封闭围护时，一般不宜先施工基坑围护结构后沉桩，否则可能会出现以下现象：① 沉桩施工将挤压围护结构，严重时会破坏围护结构，从而降低甚至破坏基坑开挖后围护结构的挡土止水效果；② 会使得基坑土体内沉桩时产生的超孔隙水压力陡增且难以消除，更容易引起浮桩现象，而且日后基坑开挖时先挖部分的土坑将成为超孔隙水压力释放的方向，容易导致四周土体产生往该处的流变，从而引起基桩倾斜。

图3 2个泵站基坑开挖的对比图

为了减少沉桩挤土的不良影响，可采取以下措施：① 设计上在满足承载力要求前提下合理布桩，尽量采用较大的桩间距。② 预钻孔沉桩可有效减少挤土量，对管桩还可采用开口型桩尖以减少挤土量，从而减轻挤土效应的程度。③ 设置袋装砂井或塑料排水板，以消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。④ 合理安排沉桩顺序。一般可采用由中央向四周推进的打桩顺序，或者由近到远的打桩顺序。这是因为先打入的桩具有一定的遮帘作用，使挤土的方向有所改变，从而起到一定的保护作用。⑤ 控制沉桩速率。沉桩速率越大，孔隙水压力的累积越快，土的扰动就越严重。⑥ 在施工过程中进行现场监测，根据监测情况随时调整沉桩流程和沉桩速率。

3.2 通过合理的施工组织减小开挖施工对桩基的不利影响

在软土层厚的桩基础工程中开挖基坑，应有合理的施工方案和施工程序，否则，有可能“前功尽弃”。有些施工人员对此认识不足，土方开挖时贪快图方便，如挖掘机在一个地方挖得过深，就会产生坑边的软土连同桩体往坑中心移动，往往引起桩身倾斜断裂。王离[1]介绍了一个开挖导致断桩的案例。深圳某立交桥桥墩基础，采用Ø500 mm壁厚125 mm管桩，布桩是2排，每排4根的8桩承台，桩最小间距为1.5 m，工程地质从上到下为：2 m的耕植土，5 m的淤泥，以下是N=50～60的强风化岩层，管桩顶部基本平地面，桩尖入强风化岩2 m左右，桩长约9 m。承台基坑开挖时，用挖土机挖了2 m左右，管桩就折断，断口在淤泥与强风化岩的交界处。业主说管桩厂的管桩质量有问题，管桩厂的工程师经计算，认为是淤泥上部2 m土体推力引起软硬交界处的附加弯矩大于管桩极限弯矩所引起的。后来将其他承台8根管桩顶部用角钢联成一个整体，再进行挖土，就没有出现管桩桩身断裂的问题。

不同的施工工艺对软土扰动效果影响很大，灵敏度高的土体对扰动敏感性强，土体扰动后的强度损失大，完全扰动后的强度值为土体的残余强度。广州南沙区2个泵站不同的基坑开挖方式造成完全不一样的后果(见图3)。蕉西泵站采用Ø500 mmAB型管桩基础，设计要求在管桩施工前先按桩距1.1 m打水泥搅拌桩，这样确实大大减少了打桩的挤土效应，打桩施工过程没有出现浮桩和桩顶偏移等不良现象。但在基坑开挖时，大型勾机(1 m3勾机，自重22 t，2条履带各宽0.60 m、长3.15 m)来回走动对淤泥产生很大扰动，而且集中开挖造成过大高差使得淤泥都往开挖坑流动，造成搅拌桩折断，四周管桩都向开挖坑偏移，对112根管桩进行测斜，桩顶偏移大于2 m的有12根桩，大于1.5 m的有34根桩，大于1.0 m的有62根桩，大于0.5 m的有98根桩，大部分管桩已被破坏，必须重新补桩。其实，采用正确的施工工艺是完全可以避免出现基坑开挖引起桩侧移及破坏的情况。在同一地区的蕉东泵站采用与蕉西泵站一样布置的管桩基础，基坑开挖时分层开挖，采用小型勾机，下垫2块1.6 m×3.6 m钢板，以几台小型勾机接力的方式往外运土，尽量减少对桩周土的扰动，减小管桩的侧向荷载，整个开挖过程顺利，所有管桩没有发生破坏及过大的桩顶位移，所有管桩的倾斜度都满足设计要求。

在软土地区由于基坑开挖得不均衡，导致土体蠕变滑移将基桩推歪推断的工程事故屡见不鲜，因此规范[2]规定：先成桩后开挖基坑时，必须合理安排基坑挖土顺序和控制分层开挖的深度，防止土体侧移对桩的影响。经验告诉我们：挖土应分层均匀进行且每根桩桩周土体高差不宜大于1 m。当基坑深度范围内有较厚的淤泥等软弱土层时，应避免施工机械来回走动降低软土强度，软土部分宜采用人工开挖。必要时，桩与桩之间可进行刚性连接，形成一个不易变形的空间结构。

4 桩基结构容易出现底板脱空现象

4.1 地基土固结沉降导致桩基底板脱空

理论上软土桩基施工会引起超孔隙水压力。当超孔隙水压力消散，土层将产生再固结，有效应力增加，并产生新的地面沉降，容易出现桩基底板脱空产生渗流破坏等工程事故。在实践中，桩基承台底面与地基土确实存在脱离的现象，上海某工程实测，因桩周有负摩擦力，基础底板与地基土壤之间的接触压力随时间的推移而逐渐减小，3年之内由最初的3.0 t/m2降低到零，上部荷载最终全部由桩承担[3]。李向阳[10]介绍了珠三角某挡潮闸管涌事故，水闸和翼墙均采用Ø500 mm管桩基础，桩底入风化岩1 m。根据水闸管涌出现的位置可估计水闸底板及翼墙与地基土层间出现淘空区,并形成连通的集中渗漏通道。探地雷达检测也揭示闸底板和翼墙与基础接触面均出现脱空现象。虞中悦[11]在分析上海市区黄浦江防汛墙渗漏原因时认为，桩基承台驳岸作为黄浦江防汛墙最主要结构形式之一，建成后渗漏水问题是其主要通病，因为桩基承台底板下水平渗径作用不可靠。若底板下是回填土，土体沉降后底板与基土脱开，起不到防渗作用。因此设计上应考虑主要依靠底板或导梁以上回填黏土厚度来保障防渗。

理论上采用摩擦桩地基使桩间软土始终处于受压状态，可防止桩基底板与固结后的软土脱开形成渗漏通道。但实践上设计人员即使按摩擦桩进行设计，往往也由于考虑不周等原因而导致出现底板脱空现象。蒋志波等[12]介绍一个按端承摩擦桩(管桩)基础设计的水闸底板出现脱空现象的案例，分析认为主要是桩基设计过于保守，导致上部荷载全部由桩基承担，桩间土再固结产生的沉降大于桩基受荷后产生的沉降，导致底板脱空。

规范对桩基础的设计要求过于保守，难以保证桩间软土始终处于受压状态。如《水闸设计规范》[4]8.4.10对桩基础设计有如下规定：“1 水闸桩基础宜采用摩擦型桩。2 桩的根数和尺寸宜按承担底板底面以上的全部荷载确定。对于摩擦桩，经论证后可适当考虑桩间土承担部分荷载。”《水工挡土墙设计规范》[5]对桩基础设计也有类似规定。据此设计的桩基础挡土墙底板与地基土的接触面上容易出现“脱空”现象，因此规范[4]规定：“当防渗段底板下采用刚性桩基础时，应采取防止底板底面接触冲刷的措施。”

4.2 边荷载作用下导致桩基底板脱空

桩基水闸除了地基土固结沉降可能导致底板脱空外，在水闸两侧回填土边荷载作用下，下部软土层将发生较大沉降，带动临近底板基土一起下沉，将会引起闸室边墩基底软土层沉降与闸底板脱空，在闸底形成集中渗漏通道，给水闸留下安全隐患。例如佛山市樵桑联围的丹灶镇荷村水闸采用的是预制管桩，在广东省“1998.6”洪水期间，水闸屹立未倒，但由于水闸两侧及基底发生管涌，导致水闸两侧堤防溃堤[13]，决口总长93 m，造成153 km2面积受淹，直接经济损失23.1亿元[14]。再如广东省“2005.6”洪水期间，江门市两座同样采用管桩基础的小型水闸，由于闸室底板脱空而形成集中渗漏通道出现管涌险情，因发现及时和抢险措施有效，才没有造成大的损失[13]。

4.3 防止桩基底板脱空产生渗透破坏的措施

为防止桩基底板与固结后的软土脱开形成渗漏通道，可采取以下工程措施：① 当刚性桩下部位于持力硬土层，上部与底板相接时，应设置完整的防渗帷幕；② 采用复合地基结构，使桩间软土始终处于受压状态。如刚性桩下部位于持力土层，上部不与底板相接，通过设置厚约1 m的黏土褥垫层，桩顶插入褥垫层内30～50 cm，起流动补偿作用，调整基底应力。

珠三角地区的桩基水闸为了防止底板脱空形成渗漏通道，常用的配套措施有：① 在闸室基底四周设钢板桩或连排水泥搅拌桩等进行围封；② 闸底板预留灌浆孔定期灌浆；③ 闸室两侧连接堤地基进行复合地基加固(多采用水泥搅拌桩)以提高堤基承载力，减小沉降。在广东省目前已建成运行的桩基水闸中，配套采用了上述配合措施的水闸到目前为止均没有出现安全问题。

5 桩基岸墙埋深不足可能引发的问题

桩基岸墙抬高底板高程，可减少开挖工程量，增加开挖安全度，完建后墙后填土侧压力也随之减小，但如果设计考虑不周，有可能引发新的问题。

5.1 基础冲刷淘空

对于松散砂土地基，打预制桩往往效果比较好，但对于岸墙，如果埋深不足则可能因墙前冲刷淘空基础而导致事故。何开胜和王国群[15]介绍了长江下游某港口新建桩基防汛墙在高潮位时发生底板淘空、堤身管涌的工程事故。如图4所示，防汛墙修建于斜坡上，底板宽3.5 m，基础为2排300 mm×300 mm方桩，桩长8 m。墙底板下为天然土层，依次为：2.2 m厚粉质黏土夹粉细砂、23 m厚粉细砂，底板以上为素填土。防汛墙没有埋深，只靠墙前块石护坡作为抗冲刷防护。工程于2005年5月10日施工完毕，同年8月23日19时，墙后出现管涌，管涌发生时最高潮水位为5.28 m。事后对发生管涌处进行开挖检查，发现陆上道路侧防汛墙底板下的砂土已被淘空1.5 m左右，墙前底板下的砂土已被淘空2.0 m左右，同时有16 m护坡全部坍塌。可见，当块石护坡设计不周到或施工质量不好时，护坡作为抗冲刷防护不起作用，就容易出现冲刷淘脚，甚至淘空底板导致工程事故。

荔湾涌挡潮闸内侧南岸涌边道路2006年11月3日突然发生塌陷破坏，出现1个长19 m、宽5 m、深约2 m的大坑(见图5)[16]，但岸墙完好。岸墙为M10砂浆砌块石挡墙，墙高5.12～5.28 m、埋深0.5 m，采用2排Ø400 mm管桩基础，间距1.25 m、桩长7～10 m，桩顶设1个厚0.5 m混凝土底板，地基土为压缩性较高的淤泥质土和松散粉细砂。在随后抢险施工中，围堰抽干后发现涌底冲刷严重，堤岸底板下地基土被淘空，淘空宽度2.2～2.8 m、深2.0～3.8 m。

图4 防汛墙结构与管涌破坏示意图 单位：高程，m；其它，mm

图5 桩基岸墙底板淘空导致墙后塌陷图

5.2 软土从桩基底板下挤出

饱和软土地基上的桩基挡土墙，当埋深较浅墙前又缺少足够压载时，可能出现地基软土穿过底板挤出现象。在珠三角堤防达标加固设计中，由于旧堤临水侧多为直立式浆砌石挡墙，地基土多为饱和软土，堤防稳定性较差，直接加固堤身容易出现整体滑动，一般多在堤前新做1个压脚平台。对于城镇附近的堤防达标加固，二级平台常设计为景观亲水平台，不进行基础处理时，沉降比较大，常导致混凝土护面折断开裂。对于采用预制桩基础方案的二级平台，除了出现施工扰动导致旧堤滑动破坏的情况，还出现过桩基平台建好后旧堤加高时堤前隆起原有挡墙下沉后倾的破坏情况(见图6)。这是因为桩基的存在导致平台无法对旧堤起到压脚作用，对整体稳定作用不大。而采用木桩基础的一般效果都比较好。

5.3 防止桩基岸墙产生冲刷或挤出破坏的措施

为防止桩基岸墙产生冲刷破坏可通过在墙趾处设置齿墙以保证基础抗冲埋深和增加有效渗径；或对墙前土进行抗冲防护。如果条件允许，在墙前设置反压平台，既可保护墙基避免冲刷破坏，还能有效减少作用于桩基的软土侧压力，增加整体稳定安全系数。前面介绍的荔湾涌桩基础岸墙底板淘空事故，抢险加固设计在做好水闸防冲设计基础上，为了弥补挡土墙埋深不足的缺陷，在堤岸墙趾位置埋插1.5 m长预制钢筋混凝土板(比原底板深1 m)，增做高0.5 m、顶宽0.7 m、坡高宽比为1∶2的浆砌石护脚，以保护堤岸[16]。加固10年来工程一直运行良好。

为防止桩基岸墙产生挤出破坏，可采用使桩间软土始终处于受压状态的摩擦桩基础，或在墙前设置压脚平台。

6 关于施工支护与永久结构结合问题

在传统的基坑支护设计中支护结构只是作为临时工程，构筑物竣工后便不再考虑它的作用及对构筑物变形和稳定性的影响。但挡土墙本身就是挡土结构，支护结构与永久结构统一考虑设计已有成熟的方案，如：用于陡立边坡防护的锚杆式挡土墙、用于城市河道岸墙用地受限制征拆费用高的排桩(灌注桩)挡土墙和板桩式挡土墙。

对于桩墙合一的水工挡土墙应用于挡水防洪情况下应谨慎。其中无锚碇的板桩式挡土墙在水平力作用下变位较大，一般仅在挡土高度不大的情况下采用。2005年8月29日，卡特里娜飓风袭击下新奥尔良防洪堤溃决，同T型防洪墙相比，Ⅰ型防洪墙(基础为钢板桩连续墙，上部为现浇钢筋混凝土墙)虽然在造价上比较节省，但在受力上近似于悬臂杆，结构稳定性远比T型墙差，倒塌的防洪墙基本都是Ⅰ型墙[17]。模型试验表明随着水位上升，在Ⅰ型墙前会出现裂缝，裂缝中将会充水，从而进一步加大Ⅰ型墙所受的侧压力直至裂缝发展至钢板桩底，增大的侧压力可能把Ⅰ型墙及墙后土堤推倒，同时也缩短渗径，容易引发渗透破坏。虞中悦[11]分析作为上海市区黄浦江防汛墙主要结构形式之一的钢筋混凝土锚碇板桩式驳岸，建成后出现渗漏水通病的原因，认为是由于板桩接缝经处理后极大多数仍存在不同宽窄的缝隙(不管是榫接还是塑料袋装水泥砂浆灌缝)，导致板桩式驳岸出现漏水、冒水现象，时间一长，漏水、冒水随基础土体的流失而愈来愈严重，个别严重者甚至造成管涌。

对于城区用地紧张的水工结构，如水闸泵站，常采用灌注桩进行支护，此种情况如果考虑支护结构与边墩(边墙)永久结构统一设计，优点是很明显的：① 可减少地基处理费用；② 对于宽度不大的泵站，可直接利用支护桩抗浮；③ 减少边墩(边墙)的钢筋混凝土方量；④ 缩短施工工期；⑤ 减少工程临时占地，增加被保护对象的安全度。

7 结 语

(1) 对以下地质条件不宜或慎用预制桩，可考虑采用钻(冲)孔灌注桩：含孤石或障碍物较多且不易清除的土层，或含有不适宜作桩端持力层且桩又难以贯穿的坚硬夹层；坚硬岩面上无适合作桩端持力层的土层。但钻(冲)孔灌注桩桩身质量不易控制，容易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥等现象，施工时应采取必要措施保证成桩质量。此外，设计应注意可能出现负摩阻力或桩端持力层浸水软化导致桩身承载力降低的情况。

(2) 桩的垂直向承载力比较大，而受弯承载力往往较差；对桩基安全影响很大的软土侧向土压力往往又不太为人所重视，因而容易发生桩受弯折断事故。为避免因软土侧向土压力对桩的破坏，应采用具有较强抗水平力的桩，控制基面以上荷载或在填土下采用复合地基等措施以减少软土侧压力。

(3) 可通过采取合适的施工工艺和必要的技术措施，合理安排施工顺序，防止施工对桩基的不利影响。但施工引起的超孔隙水压力消散时间较长，容易引起底板脱空现象；此外，在边荷载作用下也容易出现底板脱空现象。必须采取措施防止底板脱空形成渗漏通道，如：设置完整的防渗帷幕或在桩与底板间设置黏土褥垫层或对底板四周进行围封隔离等。

(4) 桩基础岸墙可能因底板埋深不足而引起基础底土冲刷淘空或地基软土从底板下挤出等问题。可通过在墙趾处设置齿墙以保证基础抗冲埋深和增加有效渗径；而在墙前设置反压平台，可有效减少作用于桩基的软土侧压力，增加整体稳定安全系数。

(5) 对于桩墙合一的水工挡土墙应用于挡水防洪情况下应谨慎。工程经验表明，桩墙合一的防洪墙结构稳定性差，容易出现事故。但对于水闸泵站等水工建筑物，当需要进行支护设计时，支护结构与边墩(边墙)永久结构统一考虑，可节约工程投资，缩短施工工期，减少工程临时占地，增加被保护对象的安全度。