复合桩基础在闸站工程中的应用.pdf

施 工 安 全水上安全 2023 年 第10 期160作者简介：谢建福，男，本科，工程师研究方向为水利水电工程。复合桩基础在闸站工程中的应用谢建福（佛山市兴利工程建设有限公司，广东佛山 528300）摘要：随着社会现代化改革进程加快发展，土木建设工程对于基础选用提出了更为严格的标准，在天然基础结构无法满足工程施工建设需求时，会利用其他手段加强基础质量。其中，复合桩基础是目前建设工程中常用的一种桩基础结构，能够显著提高工程施工安全性和稳固性。基于此，本文以某闸站工程为例，对复合桩基础的实际应用情况展开分析，探究复合桩基础施工过程中的重点注意事项，以供参考。关键词：复合桩；基础；闸站工程0 引言随着土木建设工程种类不断增加，人们对于基础结构的施工建设也提出了更高的要求，不仅要保证建设工程的稳固性与安全性，还需要满足多样化建设需求，能够从经济和技术合理的角度对基础结构进行设计。现阶段比较常见的基础结构包括独立基础、条形基础、复合桩基础、筏板基础等，在工程设计时应结合工程实际情况科学选择。复合桩基础相比其他基础具有较为良好的应用效果，其对地基结构进行了加固处理，通过对地基原土的置换提高结构硬度与紧密度，以此保证地基结构的施工质量与安全。1 复合桩基础概述复合桩基础属于一种新型组合式桩基础结构，在实际施工时需要将内芯预制桩和外芯固化土桩融合到一起应用，基于外芯固化土桩提供侧摩阻力，同时利用内芯预制桩承载竖向的荷载力，进而优化桩基础荷载传递的深度和途径，将两种不同形式的桩基础结构优势充分发挥1。能够大幅度提高基础施工的可靠性与安全性，且操作简单便捷，成本相对低廉，大幅度提高单个桩体的承载力，具有显著的应用优势。依据内外芯的构造能够将复合桩基础分成三类，分别是长芯、短芯和等芯复合桩基础。2 工程概况为深入探究复合桩基础在实际土木建设工程中的应用情况，本文以某闸站工程为例分析。该闸站工程位于佛山，属于河口治理综合工程中的一项施工环节，预期设计工程与海岸保持平行，沿东北方向延伸，堤线全长为 7844m，新建设堤线长度为 6502m，加高加固段的长度为 1342m。区域总面积达到 4.11km2。依据工程规划在上游北部位置的大堤桩号为S6+721.6 处建设闸站工程。河涌底部高程为-2m，闸站工程的自流层底高程设定为-5m，抛石防冲槽末端的高程设计为-2.5m，基于单坡设计形式将其延伸到-4m 高程外河底部边缘位置，并对外侧河道设计有抛石护底，以此起到保护作用。工程依据所处位于设置抗震等级为 8 度。对该闸站工程土层参数情况分析后能够发现，该闸站工程的基础结构主要处于第层的粉细砂环境中，整体具有松散稍密状的特征，因此判断其属于严重的液化土层，下层结构具有较弱的第层淤泥质黏土夹砂，地基结构的稳定性以及沉降变形现象难以保证工程顺利建设，因此需要对天然地基进行人工处理。在对工程综合分析后决定采用复合桩基础的施工方案对地基处理，以第层的含砾中粗砂层作为桩基础的持力层2。第层粉细砂层表现出中等渗透性，会导致泵闸地基中存在一定的渗透稳定性的问题，因此需要对其进行防渗透处理施工。依据 SL2562001水闸设计规范中的相关规范内容能够对该闸站工程的整体稳定性进行计算分析，并对天然地基基础下的沉降和地基结构的实际承载力展开计算分析。施 工 安 全Maritime Safety 水上安全161正向工况下地基最小应力为 69.12kPa，最大应力为 80.84kPa，不均匀系数为 1.18，允许不均匀系数为 1.6；反向工况下地基最小应力为 66.48kPa，最大应力为 76.90kPa，不均匀系数为 1.17，允许不均匀系数为 1.6；检修工况下地基最小应力为 50.08kPa，最大应力为 77.15kPa，不均匀系数为 1.15，允许不均匀系数为 2.1；正向地震工况下地基最小应力为 38.81kPa，最大应力为 71.26kPa，不均匀系数为1.85，允许不均匀系数为 2.1；完建期工况下的地基最小应力为 95.31kPa，最大应力为 102.01kPa，不均匀系数为 1.08，允许不均匀系数为 1.6。各工况条件下的抗浮安全系数均超过 1.1 的标准值。最终沉降系数为 25.8cm，地基承载力特征值 ffak为 98.64kPa，地基平均应力为 110kPa，修正后的地基承载力特征值ffa为 158kPa，下卧层 ffa为 133kPa。整体结果鉴定为不符合沉降标准规定。由此可见，该闸站工程的应力分布相对比较合理，能够满足工程建设基本需求，建筑地基结构的承载力同样符合标准规范。但是在天然地基条件下难以保证施工建设要求，为进一步提高工程建筑的安全性与稳定性，需要对地基结构展开加固处理施工。3 地基处理方法分析基于地质钻孔数据报告能够发现，该闸站工程的地基土表层属于第层细砂层，呈现出松散状，下层结构为相对软弱的下卧层第层淤泥质黏土夹砂，具有高压缩性。第层的中粗砂层的紧密程度在中密到密实之间，能够作为复合桩基础施工中的持力层。闸站工程的表层细砂已经出现了比较明显的液化情况，因此在桩基础施工时还需要对地基液化的问题进行深入分析。现阶段比较常见的地基加固方法包括预压法、桩基础、换填法以及喷射注浆法等，需要结合工程具体情况合理选择。闸站工程中的地基表层中的细砂层相对比较厚，下端位置属于具有高压缩性的淤泥质黏土层，使用换填法需要进行大规模的施工，并不利于工程成本的控制；使用喷射注浆法难以对地基液化问题进行有效处理；使用预压法能够有效降低地基结构总沉降值和不均匀沉降值，但是在加固后的表层砂施工时难以保证其贯入度完全达到标准要求，需要对其进行地基液化处理3；桩基础、砂石桩法以及振冲法等都能够对沙土液化有效处理，但是在对比的情况能够发现，振冲法与砂石桩法处理的地基深度一般在 15m 之内，但是需要在场地设计排泥场，不仅会导致环境污染，还会增加工程施工成本。因此，在深入分析工程需求和实际环境条件后最终选择复合桩基础施工方案。闸站工程的基础结构在满足基础沉降量的情况下，需要将地基处理深度控制在 20m 以上，达到第层底部位置，一般情况下会选择灌注桩与预制钢筋混凝土桩结合使用的方案，本工程中的软土地基容易导致预制桩下部位置发生脱空现象。对地基结构进行处理的另一个重要目的是对沉降变化进行科学控制，因此选择减沉复合疏桩基础施工方法。建筑桩基技术规范中对桩基础施工做出标准规范，在地基结构的橙子阿里达到工程施工基本要求时，可利用疏布摩擦型桩贯穿软土层，在性能相对良好的土层结构中与结构土共同负担荷载力，能够避免底板结构与地基土发生脱空的问题。同时，基于该施工方案能够减少预制桩的使用数量，具有较快的施工速度，能够与围封板桩施工使用相同的施工器械，以此提高施工效率，并节省施工成本投入。但是需要注意，在施工期间应结合场地情况设计围封消除液化。4 复合桩基础设计结合闸站工程土层具体情况与相关规定，设定预制钢筋混凝土方桩的规格为 300mm300mm，方桩的长度会依据实际埋深以及对应地理位置的地层结构设定，最终计算得出结果4。该闸站工程共设置基桩数量为 50 根，方桩的长度为 19.5m，沿着水流方向共设置有 10 排，垂直水流方向设置有 5 排。同时，该闸站工程的地震工况会产生比较明显的水平荷载力影响，为避免预制桩的顶部位置出现相对较大的弯矩和剪力作用，利用自由端连接方法将桩顶和底板位置相连，利用柔性接头方法将板桩围封和底板连接。除此之外，为保证后续地基施工处理的方便性与灵活性，选择在底板合适位置预留注浆孔。4.1 荷载计算本次工程设计严格依据建筑桩基技术规范中的标准计算公式进行，对减沉复合疏桩的中心点沉降进行计算，需要利用。承台底地基土附加压力作用下导致的中心点沉降量以及桩基础和周围土相互作用下的沉降量等参数。通过上文分析能够得知，该闸站工程中沉降最不利的工况为完建工况，因此在具体计算时依据完建工况的情况进行计算分析。对地基的应力、抗浮稳定、抗滑稳定计算。其中，垂直方向合力达到 122566.31kN，X 方向力矩为 24225.09kNm，X 方向力矩为 0，X 方向面积矩为 1242.43m3。X 方向面积矩为 7371.80m3。4.2 沉降计算桩和土之间相互作用下的沉降量为 Ssp，利用 Ssp的计算公式进行相关数据的计算分析。其中，桩的规格施 工 安 全水上安全 2023 年 第10 期162为 300mm300mm，长度为 19.5m，基础地面的标高为-6.2m。经过计算后能够得知：号土层的厚度为4.18m，Qsu为 14kPa，Es为 10kPa；号土层的厚度为 13m，Qsu为 24kPa，Es为 2.6kPa；号土层的厚度为 2.2m，Qsu为 69kPa，Es为 39kPa。同时，第层的加权平均 Qm为 27.94kPa，加权平均Es为 8.14MPa，单根桩的承载力 Ra为 619.4kN。经过计算后能够得到 d=0.382m，Sa/d=14.74m，Ssp=1.70mm。承台底地基土附加压力作用下的沉降量为 Ss，在计算过程中设定为天然地基平均附加压力，P0=73.6kPa，利用承台底地基土附加压力作用下的沉降量 Ss的计算公式能够得到以下结果：附加总荷载为 19849.2kN，压缩层底面深度为 23.02m，浅基础沉降经验系数为 1.03。4.3 结果分析对复合桩基础的中点沉降进行计算分析，最终能够得到 S 值为 88.88mm，因此能够得知，与实际工程规范相符合，能够满足该闸站工程实际施工需求。5 复合桩基础施工注意事项在施工前先对场地进行平整压实处理，在施工范围内设计水准点；在桩吊运施工作业前需要对其质量与性能进行全面的检查，在保证其合格后方可使用，将其运输到作业面后再次进行检查，对弯曲、桩顶不平、裂缝、桩尖位置偏差等问题严格管控，避免对后续施工造成影响。在打桩机设备进入场地后，依据顺序对打桩机和桩架结构进行调整，先进行预试验，对桩基的实际效果进行检验，并以此为基础对后续施工要素合理调整控制5。在沉桩期间应对桩身位置偏差问题进行控制，在发现问题后及时停止作业，并找出具体原因，制定行之有效的解决对策；在施工期间对沉桩施工进行全面的数据记录，以此为后续施工作业提供数据保障。6 结束语通过本次研究能够发现，复合桩基础在现代土木建设工程中具有重要的作用，能够显著提高工程施工建设效果与质量。本文以某闸站工程为例，深入分析复合桩基础的实际应用情况，工程中使用复合桩基础施工的主要目的是消除地基液化与沉降控制，基于减沉复合疏桩基础的施工方案能够有效实现沉降控制效果，但是在地基液化消除方面还需要进一步加强。与此同时，本次工程利用围封消除液化的方法，复合桩基础和围封板桩的施工设备相同，能够省去设备二次进场的环节，不仅提高了施工效率，同时帮助施工单位节省施工成本。7 参考文献1 王春燕.劲性复合桩在实际工程中的应用 J.中国住宅设施,2020(3):66-67.2 陈明阳,顾海英,曹利利,等.复合桩基础在航道护岸工程中的应用 J.2021(3):180-184,196.3 谢锡刚,朱彬彬,吴毅,等.预应力管桩复合地基在厚软土地基闸站工程中的应用 J.江苏水利,2023(3):18-21.4 赵笑研.预制桩复合地基在闸站工程中的应用 J.农业开发与装备,2022(3):146-147.5 罗彬,章金河,毛成.混凝土桩复合地基在船闸工程中的应用 J.工程与建设,2020,34(3):493-495.