干湿交替场地桩基防腐蚀设计

■谢连冲（福建省交通规划设计院，福州350004）



干湿交替场地桩基防腐蚀设计

■谢连冲
（福建省交通规划设计院，福州350004）

以福建省厦漳高速公路扩建漳州港收费站工程为例，介绍了干湿交替场地结构桩基础类型选择和防腐蚀处理技术，并采取有效的处理措施解决耐久性设计问题，可为后续类似工程提供参考。

桩基础防腐蚀干湿交替设计

1引言

随着国家现代化建设突飞猛进的发展，工程建设混凝土用量逐年攀升。混凝土由于其成分和结构的特点，在正常使用中面临着确保其耐久性的问题。近年来，我国由于混凝土腐蚀造成的经济损失每年高达400亿元以上［1］。混凝土的耐久性问题已经得到了越来越多的重视，促使众多混凝土防腐蚀措施应用于工程实践。

本文介绍福建省厦漳高速公路扩建漳州港收费站工程中，结构基础应对地下水在干湿交替段强腐蚀下的混凝土耐久性设计。

2工程概况

福建省厦漳高速公路扩建漳州港收费站工程选址龙海市东园镇东园村西侧原漳州港收费站处，拟建收费棚及2幢宿舍楼，占地面积3120m2（其中宿舍楼占地面积1800m2、收费棚占地面积1320m2），总建筑面积3720m2，不设地下室，基础埋置深度1.50m2。工程重要性等级为二级，场地等级为二级，地基等级为二级。拟建建筑物采用现浇混凝土框架结构，设计使用年限50年。建筑抗震设防类别为丙类，所在地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.15g，设计地震分组第一组。框架抗震等级为三级，用于结构抗震验算的烈度7度，用于确定抗震等级的烈度8度。50年一遇基本风压0.8kN/m2，地面粗糙度为B类。

3项目场地地质情况

3.1地形地貌及地质概况

拟建场地位于龙海九龙江入海口的冲海积平原地带，地势平坦、开阔。宿舍楼场地为菜地，地面高程一般在3.00m至4.00m之间，收费棚场地为原漳州港收费棚东侧，地面高程一般在6.00m至7.00m之间。

根据福建省地质矿产局资料，场地及其周边以第四系全新统冲海积层为主，基底以燕山晚期侵入的花岗岩风化带为主。地质构造以裂隙构造为主，场地及其附近无大的区域性断裂。

3.2岩土层分布

场地岩土层按成因类型、力学性能不同，由上至下可分为素填土层、第四系全新统冲海积层及上更新统冲洪积层。土层自上而下分别为填土、淤泥、粘土、粉砂、粉质粘土、残积砂质粘性土、全风化花岗岩。

3.3地下水特性

场地位于九龙江入海口的冲海积平原地带。地下水类型主要有：

（1）孔隙承压水：含水层为粉砂④，属于弱透水层，水量较丰富。

（2）风化带孔隙、网纹状裂隙承压水：含水层由残积土、全-强风化层组成，属于弱透水含水层，受大气降水的下渗和侧向地下水补给。

淤泥、粘土、粉质粘土为相对隔水层，素土层属于新近堆填，呈条带或局部状分布，高于原地面，属于强透水层，但基本不含水。

对地下水进行腐蚀性评价可以得出，地下水对混凝土无腐蚀性、对钢筋混凝土结构中钢筋长期浸水具有弱腐蚀性，在干湿交替段对钢筋混凝土结构中钢筋具有强腐蚀性、对钢结构具中等腐蚀性。

3.4地震效应及场地类别

场地上部分布有厚度4.10m～5.00m的素填土及8.90m～16.20m的淤泥等软弱土，对建筑抗震不利。场地覆盖层厚度15m～80m，综合判定本场地为Ⅲ类建筑场地。

4基础选择和防腐蚀措施

4.1基础选择

4.1.1基础类型

根据场地拟建建筑结构荷载特点、岩土层空间分布及工程地质性能，各拟建物基础形式分析如下：

（1）收费棚：拟建物荷载3000kN，设计±0.000m的地坪标高与现地面标高基本一致。上部素填土及淤泥等软弱土层的厚度较大，承载力低，拟建物抗剪力大，天然浅基无法满足要求，宜采用桩（深）基础。

（2）宿舍楼：拟建物荷载2000kN，设计±0.000m的地坪标高与现地面标高高3m～4m，即需回填3m～4m。场地上部淤泥厚度大，承载力低，天然浅基无法满足要求，宜采用桩（深）基础。

4.1.2桩基类型

综合工程条件与现有技术，分析人工挖孔桩、冲钻孔灌注桩和静压预应力管桩三种桩型。

（1）人工挖孔桩：具有设备简单、穿透力强、成本低、单桩承载力高、质量易保证的优点，但场地内分布透水性稍好的粉砂④层，厚度大，地下水较丰富，且该型桩长长度超过15m，属于福建省建设厅规定严格控制使用的桩型，故不宜使用。

（2）冲钻孔灌注桩：具有适用范围广、噪音小、成孔直径大、单桩承载力高、穿透能力强、成本适中、成桩和施工条件较好等优点，但桩底沉渣和桩身质量难以控制、环境污染大、施工周期长。采用此桩型，必须以全风化岩作为桩基持力层，桩长和桩端进入持力层深度应结合荷载计算确定，宜采用反循环钻进。

（3）静压预应力管桩：具有易施工、无振动、无弃渣、质量易保证、单桩承载力高的优点，便于利用施工终止压力评估单桩承载力，但结合场地附近施工经验，场地局部粉砂厚度较大且呈中密状态，存在穿透能力较差的问题，必需采取引孔等措施。上部软弱-中软土厚度巨大，桩长较长，需多根短桩相接。该型桩较强的挤土效应对临近成桩和环境也产生不利影响。

本工程地勘报告建议设计优先采用冲钻孔灌注桩，桩端持力层确定为全风化花岗岩，桩端进入持力层》2m，桩身长度约43.0～51.0m。

4.1.3单桩承载力标准值

拟建物基础采用冲钻孔灌注桩，单桩竖向承载力按表1进行估算，经静载试验确定。宿舍楼桩基础布置见图1。

表1　单桩竖向承载力标准值估算表

图1　宿舍楼桩基础布置图

4.2桩基础防腐蚀措施

根据工程地质勘察报告，地下水位稳定埋深为0.64m～4.40m，年变化水位为1.5m左右。地下水位高程为2.53m～1.23m（绝对高程），干湿交替高程为4.03m～0.27m（绝对高程）。设计±0.000m标高为6.00m，承台面（与地梁面标高相同）设计标高为-1.00m（绝对高程5.00m），桩顶设计高程为-1.900m（绝对高程3.900m），桩身顶部4.07m范围内为干湿交替段。

项目采用的冲钻孔灌注桩接触的水中Cl-离子浓度超过5000mg/L，为高浓度，且有干湿交替；混凝土环境等级按Ⅳ-E进行设计，混凝土和钢筋耐久性设计按《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-2008和《砼结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008进行设计。

4.2.1混凝土材料选用

本工程干湿交替段混凝土强度等级设计使用年限按50年考虑，选用高性能C45混凝土，抗渗等级不低于S10，最大水胶比0.36，单位体积混凝土水泥最小用量为340kg/m3，最大用量为450kg/m3，混凝土保护层厚度取75mm，混凝土中最大离子含量为0.08%，SO3最大含量不超过胶凝材料总量的4%，单位体积混凝土中含碱量小于3kg/m3。

混凝土中水泥采用大掺量矿物掺和料的普通硅酸盐水泥P.O52.5，其中掺入30%的Ⅰ级粉煤粉（游离氧化钙小于10%）和5%的硅粉。细骨料选用质地坚硬、级配良好的中、粗河砂，性能指标符合《普通砼用砂质量标准及检验方法》JGJ52规定。粗骨料选用15mm～25mm和5mm～15mm两级粗骨料配合，性能指标符合《普通砼用碎石和卵石质量标准及检验方法》JGJ53规定。拌合用水符合《砼拌合用水标准》JGJ63规定。

配合C50高性能混凝土应满足《高性能砼应用技术规程》CECS207：2006中有关规定。

4.2.2钢筋防Cl-离子措施

加大桩基受力钢筋面积：桩身纵向钢筋采用13Φ25钢筋，箍筋采用Φ18@200，均为HRB400钢筋。

掺入钢筋阻锈剂，采用对混凝土物理、力学性能无不利影响、能有效致钝、长期稳定的阻锈剂。在桩身表面掺入量为10kg/m3，性能满足《钢筋阻锈剂使用技术规程》YB/T9231-98的要求。严禁使用以亚硝盐类为主的阳极型阻锈剂。

桩顶1.0m范围加设桩身护筒。考虑到地下水在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性，设计在桩顶1.0m左右范围设置150mm厚的钢筋混凝土护筒，护筒与桩的接触面应清理干净，涂刷新旧混凝土界面剂。设置钢筋混凝土护筒的主要目的是加大桩身钢筋的保护层厚度，防止在干湿交替环境下桩身钢筋受地下水的强腐蚀作用。

4.2.3材料质量检测

进行混凝土的抗Cl-离子侵入性检测，电量指标（56d）≤800库仑，Cl-离子扩散系数（28d）≤4×10-12m2/s。施工前后的混凝土及其原材料中Cl-离子含量测定按《砼结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008附录D方法测试。

在干湿交替处，即绝对高程4.00m～1.00m处，设置同条件下200mm×200mm×5000mm混凝土试块，内配4Φ14 的HRB400钢筋，供结构在使用过程中进行定期检测。

4.2.4施工质量要求

（1）混凝土施工养护应按GB/T50476-2008中3.6 表3.6.1中环境等级为Ⅳ-E进行。

（2）混凝土保护层施工允许误差为5mm，验收标准按GB/T50476-2008中3.6.3要求执行。

（3）干湿交替段施工时，应采取防水措施，保证混凝土在浇筑7d内不受水位变化影响。

5结语

干湿交替场地地质条件与常规陆地建设条件不同，结构所处环境对耐久性设计提出了特殊要求。在腐蚀性地质环境下，结构基础必须采取足够的防护措施，以保证其在设计使用年限内具有可靠的耐久性和使用安全性。

［1］杨占印，曹德光.高性能混凝土的发展现状及应用探讨［J］.建筑技术开发，2004，31（4）：12-15.