长螺旋钻孔灌注桩在内河航道养护工程中的设计研究

牛芸 嘉兴市世纪交通设计有限公司

吕义港 嘉兴市交通工程质量安全管理服务中心

1.工程概况

内河航道工程的建设，对于改善内河航道的通航条件、提升内河航道的通航能力具有重要的作用。然而，由于水情变化、极端天气频现、地面沉降等恶劣自然条件的侵蚀，同时又一定程度上受到人类活动的影响，内河航道护岸逐渐出现掏空、破损、坍塌等质量问题，致使航道出现淤塞、碍航，导致航道通航能力下降。

本工程航道位于杭嘉湖平原，航道等级为四级，航道面宽以40～50m，水深2.5～3.0m，底宽约45m，航道交通繁忙，来往船只多，是杭嘉湖地区重要的水上运输通道，在促进区域经济发展、沿河产业带形成以及水资源综合利用等方面发挥了重要作用。但是，目前航道现有护岸是多为“九五”期间建造，护岸结构为预制混凝土板斜式结构和浆砌块石结构。现有护岸淘空现象严重，导致后方水土流失，局部段落护岸已出现倒塌，威胁到航道两侧岸坡稳定，急需对现有护岸进行加固修复。但由于航道穿越村镇及部分工业区，沿线局部距热力管线较近，最近处2m，采用预制板桩所产生的震动对管线及附近建筑会造成一定的安全隐患，产生的噪声污染对附近居民生活带来不利的影响。

2.地质情况

本工程航道地处杭嘉湖冲湖积平原区，地势平坦，沿线地表为第四纪地层覆盖。沿线浅部5m以内主要由①0层人工填土、①2层粉质黏土、①12粉质黏土、①22粉土、②1层淤泥质粉质黏土、②11层粉质黏土、②21层粉土等组成，对航道稳定影响较大的是②1层淤泥质粉质黏土，该层属高含水量、高压缩性、高灵敏度的软土，对岸坡的抗滑稳定、抗冲稳定、抗震稳定均存在不利影响，易发生滑移、坍塌、垮塌崩岸等地质问题。

3.护岸结构型式

在原有护岸前设置围堰，对原有破损护岸进行开挖清除，然后在原有护岸处采用桩径为0.8m、桩长15m、桩间距1.8m的长螺旋钻孔灌注桩，并在标高1.41m以上浇筑厚0.75mC30钢筋混凝土帽梁。桩间采用长4.3m、宽0.5m、厚0.2m的钢筋混凝土板桩进行止土。小板桩与原河岸之间下部回填碎石，碎石粒径在15～30cm左右，上部回填土，并种植植物。

4.设计工艺特点

考虑该地区地质情况复杂，地层主要以软黏性土、粉土为主，且有丰富的地下水，为缩短施工工期、减少工程对主航道正常运营及附近居民的影响，此次设计推荐采用长螺旋钻孔混凝土灌注桩施工方案进行混凝土灌注桩施工。长螺旋钻孔灌注桩具有施工操作简单、机械化程度高、成桩速度快、价格低、噪音小以及对土质基础适应性强等优点，利用长螺旋钻机钻孔至设计标高，停钻后在提钻的同时通过设在内管钻头上的混凝土孔，压灌超流态混凝土，压灌至设计桩顶标高后，移开钻杆将钢筋笼压入桩体。在压灌混凝土到桩顶时，灌入的混凝土要超出桩顶0.5m，以保证桩顶混凝土强度。适用于建（构）筑物基础桩和基坑、深井支护的支护桩，适用于填土层、淤泥土层、沙土层及卵石层，亦适用于有地下水的各类土层情况，可在软土层、流沙层等不良地质条件下成桩。桩径一般采用0.5m～0.8m。一般采用坍落度达20～25cm的超流态混凝土，桩尖无虚土，防止了断桩、缩径、塌孔等施工通病，施工质量容易得到保证；穿硬土层能力强，单桩承载力高、施工效率高，操作简便；低噪音、不扰民、不需要泥浆护壁、不排污、不挤土、施工现场文明；综合效益高，工程成本与其他桩型相比比较低廉。

表1

表2

5.结构计算

本工程建筑物安全等级取二级，混凝土结构设计使用年限50年。结构计算将钻孔灌注桩等效为板桩，采用丰海软件板桩码头计算系统进行桩基内力、桩顶水平位移以及踢脚稳定性计算，桩的内力采用弹性线法进行计算，水平地基反力按m法确定。其中桩的 “踢脚”稳定可按下式进行验算：

式中，0γ为结构重要性系数，Eγ为自重及回填料产生的土压力分项系数，γPw为剩余水压力分项系数，ψ为作用组合系数，持久组合取0.7，短暂组合取1.0，为非主导可变作用分项系数，Rγ为抗力分项系数，可取1.25；ME为自重及回填料产生的土压力标准值对拉杆锚碇点的“踢脚”力矩（KN.m）,MPW为剩余水压力标准值对拉杆锚碇点的“踢脚”力矩（KN.m），MEq可变作用总主动土压力的标准值对拉杆锚碇点的“踢脚”力矩（K N.m），为非主导可变作用标准值产生的“踢脚”力矩（KN.m）。

计算条件：

（1）设计荷载

护岸前沿线后2～10m范围内，人群均布荷载取3.5kN/m2，后方荷载按原地形考虑。

（2）设计水位

墙前设计水位取设计最高通航水位1.96m；

墙前设计水位取设计最低通航水位0.46m。

墙前后水位差：

设计最低通航水位取0.20m；

设计最高通航水位取0.10m。

（3）墙前、墙后泥面高程

墙前最不利泥面高程为-1.04m；墙后泥面高程为1.86m。

（4）地基土层参数

（5）计算结果

本工程对长螺旋钻孔灌注桩的桩基内力、桩顶水平位移以及踢脚稳定性进行验算，各项计算内容验算结果均满足规范要求，具体详见表1。

6.成桩检测情况

对完工后的长螺旋钻孔灌注桩进行桩基完整性验证性检测，共检测5根，均为Ⅰ类桩，桩基完整性较好，见表2。

7.结论

本文针对长螺旋钻孔灌注桩在内河航道养护工程的设计应用进行了研究，通过结构计算验证了长螺旋钻孔灌注桩的桩基内力、桩顶水平位移以及踢脚稳定性满足规范要求，对试桩的成桩质量进行了桩身完整性检测，验证了长螺旋钻孔灌注桩在内河航道养护工程中的适用性。长螺旋钻孔灌注桩所采用的施工工艺现代化程度高、施工速度快、成桩质量好，能够满足航道养护工程施工工期紧、对周边建筑物影响小的要求，对加快内河航道养护工程施工速度，恢复航道运行条件，发挥水路运输优势，提升水运经济，起到良好的促进作用。