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摘要：水利工程中运用混凝土钻孔灌注桩进行堤防基础处理，主要在于能够提高堤防基础的抗剪能力以及承载能力。以某河段堤防基础处理为例，介绍了混凝土钻孔灌注在软基基础堤防中的应用，观测结果表明，此次工程有效地提高了堤防基础的地基承载力及挡墙位移变形，减少了地基沉降量，保证了挡墙的整体稳定变形，同时通过试验检测，结论表明所检测桩基的相关力学性能达到了设计要求。
关键词：混凝土钻孔灌注桩;堤防基础处理;桩基力学试验
1.工程概况
堤防工程位于瓯江下游，属浙江沿海丘陵冲积平原，沿线上游段以冲洪积堆积为主，下游段以冲海积堆积为主。工程区位于软土区，淤泥或淤泥质粘土分布广泛且含水量高，江水一天两潮，地质结构复杂，因此工程的基础处理尤为重要。工程基础处理主要采用钻孔灌注桩。
2.工程地质勘探结论
（1）工程上游段以冲海积堆积为主，局部为人工堆积的生活垃圾及建筑物垃圾。地层表面存在硬壳层，临江相变为含泥粉细砂或砂质粉土。堤防基础土层，以粉砂、砂砾卵石为主，强度高，分布稳定，工程地质条件较好， 砂砾卵石层深度较浅，地基砂砾卵石层厚度大，稳定性好，适合成为桩端持力层。
（2）工程下游段堤防地处海陆相沉积的交错地带，冲积砂砾卵石层、砂层与海相软土交互出现，工程地质条件复杂。下卧较厚的软土层，并在河道边坡出露，其含水量高，高压缩性，高灵敏度，低强度，工程地质条件差，是堤基稳定和抗冲稳定的控制性土层
（3）工程位于感潮河段，海水和浅层地下水PH>6.5，对砼无一般酸性型腐蚀，工程下游段500 mg/L≥Cl-含量>100mg/L，对砼中的钢筋和钢结构具弱腐蚀性。
3.工程等级及设计标准
根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）确定工程等级为4级，工程防洪标准为20年一遇。
3.1堤防结构形式
工程上游段堤防位于人口密集段，采用轻型框架式断面。工程下游段采用重力式挡墙方案，堤身采用石碴填筑。堤背采用粉質粘土或淤泥质土填筑，坡面铺设土工格室以及种植土一层，下设一级砼挡墙，与防汛道路相连接。土方填筑体与石碴填筑体交接面临时边坡为1：1，中间设300g/m2无纺土工布。堤顶宽4m，顶部和背坡考虑景观绿化。
3.2堤防基础设计
3.2.1 地基处理办法
目前常用的堤防软土地基处理方式有：置换、吹砂或碎石垫层加速排水、堤脚处压载、排水固结法、真空预压法、爆破挤淤法、桩基处理法、深层搅拌法以及振冲挤密法等。根据工程范围内的地形地质条件和自然地理条件，排水固结法、真空预压法及爆破挤淤法等方法在本工程不宜采用。
3.2.2软土地基处理方案比选
换填法方案：主要通过挖除置换基础底面不太深的一定范围内的软弱土层，可以把上部荷载扩散传至下面的下卧层，以满足上部建筑所需的地基承载力和减少沉降量的要求。桩基处理法方案：对于重力式挡墙采用桩基方案能有效的减少沉降，结构的稳定性较强。
综合以上分析，本工程直立式轻型框架式堤型基础处理推荐采用径φ80cm砼钻孔灌注桩进行处理。
3.3 灌注桩计算
本工程对于地基浅土层中含有砂砾石等夹层的重力式挡墙和轻型框架式防洪墙基础采用桩基（钻孔灌注桩）处理。轻型框架结构底板以下桩基（钻孔灌注桩）的作用有两个：一是承受上部结构传递的竖向荷载，二是承担土压力和水压力作用产生的水平滑移力。桩基采用φ80cm钻孔灌注桩，布置间距根据竖向承载力和水平承载力共同确定，以满足抗竖向力和水平力的要求。
（1）灌注桩竖向力和水平向力计算计算
灌注桩的竖向力Ni按下式计算：
式中：Nik—第i根桩所受的竖向力（kN）;Fk—作用于承台顶面的竖向力（kN）;Gk—桩基承台和承台上土重标准值（kN）;n—桩的总根数;Mxk—作用于承台底面，绕通过桩群形心的x主轴的力矩（kN·m）;Myk—作用于承台底面，绕通过桩群形心的y主轴的力矩（kN·m）;yi—第i根基桩至x轴的距离（m）;xi—第i根基桩至y轴的距离（m）;
灌注桩的水平向力按下式计算：
式中：H—作用于桩基承台底面的水平力（kN）;Hi—作用于任一复合基桩或基桩的水平力设计值（kN）;n—桩基中的桩数;
（2）单桩竖向承载力
桩基竖向极限承载力标准值根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）公式计算：
Quk—单桩竖向极限承载力标准值;Qsk—单桩总极限侧阻力标准值;
Qpk—单桩总极限端阻力标准值;u—桩身周长;Ψsi、Ψp—大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数;qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值;li—桩穿越第i层土的厚度;qpk—极限端阻力标准值;Ap—桩端面积;Ra—基桩竖向承载力特征值;K—安全系数，取K=2。
（3）水平向承载力计算
按照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008），考虑C30砼灌注桩桩身配筋率不小于0.65%，对桩基水平向承载力进行计算。
灌注桩单桩水平承载力特征值：
式中：EI—桩身抗弯刚度，EI=0.85EcI0，其中I0为桩身换算截面惯性矩，Ec为桩体材料弹性模量，C30砼弹性模量取为30000MPa;χ0a—桩顶容许水平位移，按《水闸设计规范》（SL265-2001）的有关经验数值，取为6mm;vx—桩顶水平位移系数;α—桩的水平变形系数;m—桩侧土水平抗力系数的比例系数;b0—桩身的计算宽度（m）;
各段在最不利组合工况（背水坡水位为4.50m，外江侧水位取3.0m）作用下，砼灌注桩的竖向力、竖向承载力、水平力和水平承载力计算结果见表5-2。
由上表可以看出，各堤段在最不利情况下，单桩最大竖向力Nimax≤1.2Ra，单桩最大水平力Himax≤Rha。因此。基础下的钻孔灌注桩桩基按横向间距2.4m、纵向间距2.4m布置，桩基竖向承载力和水平承载力能满足设计要求。
4.结语
该段堤防基础处理中利用混凝土钻孔灌注桩的加固办法来提高地基承载力和地基土抗剪强度是非常有效的，而且该基础处理方法施工对周围建筑物影响小、工期短、是水利工程中提高地基承载力和地基土抗剪强度较为普遍采用的一种基础处理措施。
参考文献：
[1]（JGJ106-2014）建筑基桩检测技术规范;
[2]（JGJ94-2008）《建筑桩基技术规范》
[3]（GB50286-2013）《堤防工程设计规范》
[4]（SL252-2000）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（于2017年4月9日变更为SL252-2017）
关键词：混凝土钻孔灌注桩;堤防基础处理;桩基力学试验
1.工程概况
堤防工程位于瓯江下游，属浙江沿海丘陵冲积平原，沿线上游段以冲洪积堆积为主，下游段以冲海积堆积为主。工程区位于软土区，淤泥或淤泥质粘土分布广泛且含水量高，江水一天两潮，地质结构复杂，因此工程的基础处理尤为重要。工程基础处理主要采用钻孔灌注桩。
2.工程地质勘探结论
（1）工程上游段以冲海积堆积为主，局部为人工堆积的生活垃圾及建筑物垃圾。地层表面存在硬壳层，临江相变为含泥粉细砂或砂质粉土。堤防基础土层，以粉砂、砂砾卵石为主，强度高，分布稳定，工程地质条件较好， 砂砾卵石层深度较浅，地基砂砾卵石层厚度大，稳定性好，适合成为桩端持力层。
（2）工程下游段堤防地处海陆相沉积的交错地带，冲积砂砾卵石层、砂层与海相软土交互出现，工程地质条件复杂。下卧较厚的软土层，并在河道边坡出露，其含水量高，高压缩性，高灵敏度，低强度，工程地质条件差，是堤基稳定和抗冲稳定的控制性土层
（3）工程位于感潮河段，海水和浅层地下水PH>6.5，对砼无一般酸性型腐蚀，工程下游段500 mg/L≥Cl-含量>100mg/L，对砼中的钢筋和钢结构具弱腐蚀性。
3.工程等级及设计标准
根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）确定工程等级为4级，工程防洪标准为20年一遇。
3.1堤防结构形式
工程上游段堤防位于人口密集段，采用轻型框架式断面。工程下游段采用重力式挡墙方案，堤身采用石碴填筑。堤背采用粉質粘土或淤泥质土填筑，坡面铺设土工格室以及种植土一层，下设一级砼挡墙，与防汛道路相连接。土方填筑体与石碴填筑体交接面临时边坡为1：1，中间设300g/m2无纺土工布。堤顶宽4m，顶部和背坡考虑景观绿化。
3.2堤防基础设计
3.2.1 地基处理办法
目前常用的堤防软土地基处理方式有：置换、吹砂或碎石垫层加速排水、堤脚处压载、排水固结法、真空预压法、爆破挤淤法、桩基处理法、深层搅拌法以及振冲挤密法等。根据工程范围内的地形地质条件和自然地理条件，排水固结法、真空预压法及爆破挤淤法等方法在本工程不宜采用。
3.2.2软土地基处理方案比选
换填法方案：主要通过挖除置换基础底面不太深的一定范围内的软弱土层，可以把上部荷载扩散传至下面的下卧层，以满足上部建筑所需的地基承载力和减少沉降量的要求。桩基处理法方案：对于重力式挡墙采用桩基方案能有效的减少沉降，结构的稳定性较强。
综合以上分析，本工程直立式轻型框架式堤型基础处理推荐采用径φ80cm砼钻孔灌注桩进行处理。
3.3 灌注桩计算
本工程对于地基浅土层中含有砂砾石等夹层的重力式挡墙和轻型框架式防洪墙基础采用桩基（钻孔灌注桩）处理。轻型框架结构底板以下桩基（钻孔灌注桩）的作用有两个：一是承受上部结构传递的竖向荷载，二是承担土压力和水压力作用产生的水平滑移力。桩基采用φ80cm钻孔灌注桩，布置间距根据竖向承载力和水平承载力共同确定，以满足抗竖向力和水平力的要求。
（1）灌注桩竖向力和水平向力计算计算
灌注桩的竖向力Ni按下式计算：
式中：Nik—第i根桩所受的竖向力（kN）;Fk—作用于承台顶面的竖向力（kN）;Gk—桩基承台和承台上土重标准值（kN）;n—桩的总根数;Mxk—作用于承台底面，绕通过桩群形心的x主轴的力矩（kN·m）;Myk—作用于承台底面，绕通过桩群形心的y主轴的力矩（kN·m）;yi—第i根基桩至x轴的距离（m）;xi—第i根基桩至y轴的距离（m）;
灌注桩的水平向力按下式计算：
式中：H—作用于桩基承台底面的水平力（kN）;Hi—作用于任一复合基桩或基桩的水平力设计值（kN）;n—桩基中的桩数;
（2）单桩竖向承载力
桩基竖向极限承载力标准值根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）公式计算：
Quk—单桩竖向极限承载力标准值;Qsk—单桩总极限侧阻力标准值;
Qpk—单桩总极限端阻力标准值;u—桩身周长;Ψsi、Ψp—大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数;qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值;li—桩穿越第i层土的厚度;qpk—极限端阻力标准值;Ap—桩端面积;Ra—基桩竖向承载力特征值;K—安全系数，取K=2。
（3）水平向承载力计算
按照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008），考虑C30砼灌注桩桩身配筋率不小于0.65%，对桩基水平向承载力进行计算。
灌注桩单桩水平承载力特征值：
式中：EI—桩身抗弯刚度，EI=0.85EcI0，其中I0为桩身换算截面惯性矩，Ec为桩体材料弹性模量，C30砼弹性模量取为30000MPa;χ0a—桩顶容许水平位移，按《水闸设计规范》（SL265-2001）的有关经验数值，取为6mm;vx—桩顶水平位移系数;α—桩的水平变形系数;m—桩侧土水平抗力系数的比例系数;b0—桩身的计算宽度（m）;
各段在最不利组合工况（背水坡水位为4.50m，外江侧水位取3.0m）作用下，砼灌注桩的竖向力、竖向承载力、水平力和水平承载力计算结果见表5-2。
由上表可以看出，各堤段在最不利情况下，单桩最大竖向力Nimax≤1.2Ra，单桩最大水平力Himax≤Rha。因此。基础下的钻孔灌注桩桩基按横向间距2.4m、纵向间距2.4m布置，桩基竖向承载力和水平承载力能满足设计要求。
4.结语
该段堤防基础处理中利用混凝土钻孔灌注桩的加固办法来提高地基承载力和地基土抗剪强度是非常有效的，而且该基础处理方法施工对周围建筑物影响小、工期短、是水利工程中提高地基承载力和地基土抗剪强度较为普遍采用的一种基础处理措施。
参考文献：
[1]（JGJ106-2014）建筑基桩检测技术规范;
[2]（JGJ94-2008）《建筑桩基技术规范》
[3]（GB50286-2013）《堤防工程设计规范》
[4]（SL252-2000）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（于2017年4月9日变更为SL252-2017）