■謝連沖(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,福州350004)
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干濕交替場(chǎng)地樁基防腐蝕設(shè)計(jì)
■謝連沖
(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,福州350004)
以福建省廈漳高速公路擴(kuò)建漳州港收費(fèi)站工程為例,介紹了干濕交替場(chǎng)地結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)類(lèi)型選擇和防腐蝕處理技術(shù),并采取有效的處理措施解決耐久性設(shè)計(jì)問(wèn)題,可為后續(xù)類(lèi)似工程提供參考。
樁基礎(chǔ)防腐蝕干濕交替設(shè)計(jì)
隨著國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,工程建設(shè)混凝土用量逐年攀升?;炷劣捎谄涑煞趾徒Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),在正常使用中面臨著確保其耐久性的問(wèn)題。近年來(lái),我國(guó)由于混凝土腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)400億元以上[1]?;炷恋哪途眯詥?wèn)題已經(jīng)得到了越來(lái)越多的重視,促使眾多混凝土防腐蝕措施應(yīng)用于工程實(shí)踐。
本文介紹福建省廈漳高速公路擴(kuò)建漳州港收費(fèi)站工程中,結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)應(yīng)對(duì)地下水在干濕交替段強(qiáng)腐蝕下的混凝土耐久性設(shè)計(jì)。
福建省廈漳高速公路擴(kuò)建漳州港收費(fèi)站工程選址龍海市東園鎮(zhèn)東園村西側(cè)原漳州港收費(fèi)站處,擬建收費(fèi)棚及2幢宿舍樓,占地面積3120m2(其中宿舍樓占地面積1800m2、收費(fèi)棚占地面積1320m2),總建筑面積3720m2,不設(shè)地下室,基礎(chǔ)埋置深度1.50m2。工程重要性等級(jí)為二級(jí),場(chǎng)地等級(jí)為二級(jí),地基等級(jí)為二級(jí)。擬建建筑物采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)使用年限50年。建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi),所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度0.15g,設(shè)計(jì)地震分組第一組??蚣芸拐鸬燃?jí)為三級(jí),用于結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的烈度7度,用于確定抗震等級(jí)的烈度8度。50年一遇基本風(fēng)壓0.8kN/m2,地面粗糙度為B類(lèi)。
3.1地形地貌及地質(zhì)概況
擬建場(chǎng)地位于龍海九龍江入??诘臎_海積平原地帶,地勢(shì)平坦、開(kāi)闊。宿舍樓場(chǎng)地為菜地,地面高程一般在3.00m至4.00m之間,收費(fèi)棚場(chǎng)地為原漳州港收費(fèi)棚東側(cè),地面高程一般在6.00m至7.00m之間。
根據(jù)福建省地質(zhì)礦產(chǎn)局資料,場(chǎng)地及其周邊以第四系全新統(tǒng)沖海積層為主,基底以燕山晚期侵入的花崗巖風(fēng)化帶為主。地質(zhì)構(gòu)造以裂隙構(gòu)造為主,場(chǎng)地及其附近無(wú)大的區(qū)域性斷裂。
3.2巖土層分布
場(chǎng)地巖土層按成因類(lèi)型、力學(xué)性能不同,由上至下可分為素填土層、第四系全新統(tǒng)沖海積層及上更新統(tǒng)沖洪積層。土層自上而下分別為填土、淤泥、粘土、粉砂、粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖。
3.3地下水特性
場(chǎng)地位于九龍江入??诘臎_海積平原地帶。地下水類(lèi)型主要有:
(1)孔隙承壓水:含水層為粉砂④,屬于弱透水層,水量較豐富。
(2)風(fēng)化帶孔隙、網(wǎng)紋狀裂隙承壓水:含水層由殘積土、全-強(qiáng)風(fēng)化層組成,屬于弱透水含水層,受大氣降水的下滲和側(cè)向地下水補(bǔ)給。
淤泥、粘土、粉質(zhì)粘土為相對(duì)隔水層,素土層屬于新近堆填,呈條帶或局部狀分布,高于原地面,屬于強(qiáng)透水層,但基本不含水。
對(duì)地下水進(jìn)行腐蝕性評(píng)價(jià)可以得出,地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋長(zhǎng)期浸水具有弱腐蝕性,在干濕交替段對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有強(qiáng)腐蝕性、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。
3.4地震效應(yīng)及場(chǎng)地類(lèi)別
場(chǎng)地上部分布有厚度4.10m~5.00m的素填土及8.90m~16.20m的淤泥等軟弱土,對(duì)建筑抗震不利。場(chǎng)地覆蓋層厚度15m~80m,綜合判定本場(chǎng)地為Ⅲ類(lèi)建筑場(chǎng)地。
4.1基礎(chǔ)選擇
4.1.1基礎(chǔ)類(lèi)型
根據(jù)場(chǎng)地?cái)M建建筑結(jié)構(gòu)荷載特點(diǎn)、巖土層空間分布及工程地質(zhì)性能,各擬建物基礎(chǔ)形式分析如下:
(1)收費(fèi)棚:擬建物荷載3000kN,設(shè)計(jì)±0.000m的地坪標(biāo)高與現(xiàn)地面標(biāo)高基本一致。上部素填土及淤泥等軟弱土層的厚度較大,承載力低,擬建物抗剪力大,天然淺基無(wú)法滿足要求,宜采用樁(深)基礎(chǔ)。
(2)宿舍樓:擬建物荷載2000kN,設(shè)計(jì)±0.000m的地坪標(biāo)高與現(xiàn)地面標(biāo)高高3m~4m,即需回填3m~4m。場(chǎng)地上部淤泥厚度大,承載力低,天然淺基無(wú)法滿足要求,宜采用樁(深)基礎(chǔ)。
4.1.2樁基類(lèi)型
綜合工程條件與現(xiàn)有技術(shù),分析人工挖孔樁、沖鉆孔灌注樁和靜壓預(yù)應(yīng)力管樁三種樁型。
(1)人工挖孔樁:具有設(shè)備簡(jiǎn)單、穿透力強(qiáng)、成本低、單樁承載力高、質(zhì)量易保證的優(yōu)點(diǎn),但場(chǎng)地內(nèi)分布透水性稍好的粉砂④層,厚度大,地下水較豐富,且該型樁長(zhǎng)長(zhǎng)度超過(guò)15m,屬于福建省建設(shè)廳規(guī)定嚴(yán)格控制使用的樁型,故不宜使用。
(2)沖鉆孔灌注樁:具有適用范圍廣、噪音小、成孔直徑大、單樁承載力高、穿透能力強(qiáng)、成本適中、成樁和施工條件較好等優(yōu)點(diǎn),但樁底沉渣和樁身質(zhì)量難以控制、環(huán)境污染大、施工周期長(zhǎng)。采用此樁型,必須以全風(fēng)化巖作為樁基持力層,樁長(zhǎng)和樁端進(jìn)入持力層深度應(yīng)結(jié)合荷載計(jì)算確定,宜采用反循環(huán)鉆進(jìn)。
(3)靜壓預(yù)應(yīng)力管樁:具有易施工、無(wú)振動(dòng)、無(wú)棄渣、質(zhì)量易保證、單樁承載力高的優(yōu)點(diǎn),便于利用施工終止壓力評(píng)估單樁承載力,但結(jié)合場(chǎng)地附近施工經(jīng)驗(yàn),場(chǎng)地局部粉砂厚度較大且呈中密狀態(tài),存在穿透能力較差的問(wèn)題,必需采取引孔等措施。上部軟弱-中軟土厚度巨大,樁長(zhǎng)較長(zhǎng),需多根短樁相接。該型樁較強(qiáng)的擠土效應(yīng)對(duì)臨近成樁和環(huán)境也產(chǎn)生不利影響。
本工程地勘報(bào)告建議設(shè)計(jì)優(yōu)先采用沖鉆孔灌注樁,樁端持力層確定為全風(fēng)化花崗巖,樁端進(jìn)入持力層》2m,樁身長(zhǎng)度約43.0~51.0m。
4.1.3單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值
擬建物基礎(chǔ)采用沖鉆孔灌注樁,單樁豎向承載力按表1進(jìn)行估算,經(jīng)靜載試驗(yàn)確定。宿舍樓樁基礎(chǔ)布置見(jiàn)圖1。
表1 單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算表
圖1 宿舍樓樁基礎(chǔ)布置圖
4.2樁基礎(chǔ)防腐蝕措施
根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告,地下水位穩(wěn)定埋深為0.64m~4.40m,年變化水位為1.5m左右。地下水位高程為2.53m~1.23m(絕對(duì)高程),干濕交替高程為4.03m~0.27m(絕對(duì)高程)。設(shè)計(jì)±0.000m標(biāo)高為6.00m,承臺(tái)面(與地梁面標(biāo)高相同)設(shè)計(jì)標(biāo)高為-1.00m(絕對(duì)高程5.00m),樁頂設(shè)計(jì)高程為-1.900m(絕對(duì)高程3.900m),樁身頂部4.07m范圍內(nèi)為干濕交替段。
項(xiàng)目采用的沖鉆孔灌注樁接觸的水中Cl-離子濃度超過(guò)5000mg/L,為高濃度,且有干濕交替;混凝土環(huán)境等級(jí)按Ⅳ-E進(jìn)行設(shè)計(jì),混凝土和鋼筋耐久性設(shè)計(jì)按《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50046-2008和《砼結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50476-2008進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4.2.1混凝土材料選用
本工程干濕交替段混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)使用年限按50年考慮,選用高性能C45混凝土,抗?jié)B等級(jí)不低于S10,最大水膠比0.36,單位體積混凝土水泥最小用量為340kg/m3,最大用量為450kg/m3,混凝土保護(hù)層厚度取75mm,混凝土中最大離子含量為0.08%,SO3最大含量不超過(guò)膠凝材料總量的4%,單位體積混凝土中含堿量小于3kg/m3。
混凝土中水泥采用大摻量礦物摻和料的普通硅酸鹽水泥P.O52.5,其中摻入30%的Ⅰ級(jí)粉煤粉(游離氧化鈣小于10%)和5%的硅粉。細(xì)骨料選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的中、粗河砂,性能指標(biāo)符合《普通砼用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》JGJ52規(guī)定。粗骨料選用15mm~25mm和5mm~15mm兩級(jí)粗骨料配合,性能指標(biāo)符合《普通砼用碎石和卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》JGJ53規(guī)定。拌合用水符合《砼拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ63規(guī)定。
配合C50高性能混凝土應(yīng)滿足《高性能砼應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS207:2006中有關(guān)規(guī)定。
4.2.2鋼筋防Cl-離子措施
加大樁基受力鋼筋面積:樁身縱向鋼筋采用13Φ25鋼筋,箍筋采用Φ18@200,均為HRB400鋼筋。
摻入鋼筋阻銹劑,采用對(duì)混凝土物理、力學(xué)性能無(wú)不利影響、能有效致鈍、長(zhǎng)期穩(wěn)定的阻銹劑。在樁身表面摻入量為10kg/m3,性能滿足《鋼筋阻銹劑使用技術(shù)規(guī)程》YB/T9231-98的要求。嚴(yán)禁使用以亞硝鹽類(lèi)為主的陽(yáng)極型阻銹劑。
樁頂1.0m范圍加設(shè)樁身護(hù)筒。考慮到地下水在干濕交替條件下對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具強(qiáng)腐蝕性,設(shè)計(jì)在樁頂1.0m左右范圍設(shè)置150mm厚的鋼筋混凝土護(hù)筒,護(hù)筒與樁的接觸面應(yīng)清理干凈,涂刷新舊混凝土界面劑。設(shè)置鋼筋混凝土護(hù)筒的主要目的是加大樁身鋼筋的保護(hù)層厚度,防止在干濕交替環(huán)境下樁身鋼筋受地下水的強(qiáng)腐蝕作用。
4.2.3材料質(zhì)量檢測(cè)
進(jìn)行混凝土的抗Cl-離子侵入性檢測(cè),電量指標(biāo)(56d)≤800庫(kù)侖,Cl-離子擴(kuò)散系數(shù)(28d)≤4×10-12m2/s。施工前后的混凝土及其原材料中Cl-離子含量測(cè)定按《砼結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50476-2008附錄D方法測(cè)試。
在干濕交替處,即絕對(duì)高程4.00m~1.00m處,設(shè)置同條件下200mm×200mm×5000mm混凝土試塊,內(nèi)配4Φ14 的HRB400鋼筋,供結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中進(jìn)行定期檢測(cè)。
4.2.4施工質(zhì)量要求
(1)混凝土施工養(yǎng)護(hù)應(yīng)按GB/T50476-2008中3.6 表3.6.1中環(huán)境等級(jí)為Ⅳ-E進(jìn)行。
(2)混凝土保護(hù)層施工允許誤差為5mm,驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)按GB/T50476-2008中3.6.3要求執(zhí)行。
(3)干濕交替段施工時(shí),應(yīng)采取防水措施,保證混凝土在澆筑7d內(nèi)不受水位變化影響。
干濕交替場(chǎng)地地質(zhì)條件與常規(guī)陸地建設(shè)條件不同,結(jié)構(gòu)所處環(huán)境對(duì)耐久性設(shè)計(jì)提出了特殊要求。在腐蝕性地質(zhì)環(huán)境下,結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)必須采取足夠的防護(hù)措施,以保證其在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)具有可靠的耐久性和使用安全性。
[1]楊占印,曹德光.高性能混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用探討[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2004,31(4):12-15.