便民河河口江堤软土地基处理方案探析

便民河河口江堤软土地基处理方案探析

黄燕辉1，董宇峰2，李启顺3

（1.镇江市工程勘测设计研究院，江苏镇江212003；2.三峡集团西藏能源投资有限公司，西藏拉萨85600；3.镇江市谏壁抽水站管理处，江苏镇江212003）

［摘要］软土地基无法满足工程建设要求，施工时应根据不同的地基基础对软土地基采用不同的地基处理技术。文中对便民河河口江堤软土地基处理方案进了分析比较。

［关键词］软土地基；处理方案；便民河

工程项目在软土地基上施工时，经常会出现因地基的强度不够而产生诸如沉降量大、不均匀沉降、滑坡等不利情况，这样的地基类型是不能满足工程建设要求的，所以在施工时要求施工者根据不同的地基基础对软土地基采用不同的地基处理技术，下面以便民河河口江堤软土地基处理谈一谈软土地基的处理方案。

1 概况

便民河河口位于镇江丹徒区高资镇和句容市下蜀镇交界处的长江边上。镇江电厂位于本河口东侧，电厂规模属特大型。为配合电厂四期工程的建设，结合便民河血防整治工程，对河口进行围滩整治，在滩地上新筑长江大堤。

地质资料显示：第①层素填土，松散不均，工程力学性质较差，平均层厚1.80m左右；第②层粉质粘土，软塑，工程力学性质差，平均层厚1.30 m左右；第③层淤泥质粉质粘土，饱和，软～流塑，工程力学性质较差，平均层厚9.10m左右；第④层淤泥质粉质粘土夹粉土，很湿，软～流塑，工程力学性质较差，该层土平均层厚24.5m左右，该层下伏基岩，基岩埋深在高程-22.5～-37.5m。具体地质情况见表1。

筑堤土料选用亚粘土，根据土场取土实验的成果，直接快剪C，Φ分别为43，10；固结快剪C与Φ分别为23.0，21.5。

大堤稳定计算时的水位边界条件采用值见表2。

2 地基处理的基本方法

根据计算，该工程软基的容许荷载仅为48.8 kPa，在此深厚软基上筑堤，固结度达80%需66年，完工后沉降达1.44m，因此，该江堤工程必须进行基础处理。地基处理的基本方法一般有换土垫层法、深层密实法、排水固结法、加筋法、胶结法、热学法等几类方法：

1）换土垫层法包括机械碾压法、重锤夯实法、平板振动法、强夯挤淤法、爆破法等，该方法仅限于浅层处理，一般不大于3m，该工程软基达33.4 m，此类方法不宜采用。

2）深层密实法包括强夯法、挤密法（碎石、砂石桩挤密法，石灰、土、灰土、二灰桩挤密法）。强夯置换法适用于厚度小于6m的软弱土层。砂（砂石）桩挤密法、振动水冲法、干振碎石桩法，一般适用于杂填土和松散砂土，土桩、灰土桩、二灰桩挤密法一般适用于地下水位以上深度为5～10m的湿陷性黄土和人工填土，石灰桩的石灰在水下凝结困难，水利工程上应用较少，不宜采用。

表1 岩土工程勘察综合成果建议值表

土层编号土层名称基本物理性指标液塑性固结快剪无侧限抗压强度直接快剪土粒比重天然含水率W /%湿密度ρ /（g·cm-3）干密度ρd/（g·cm-3）液限Wl/%塑限Wp/%塑性指数Ip /%液性指数Il /%内聚力Ck/kPa内摩擦角φk /°原状土抗压强度u重塑土抗压强度u′灵敏度st内聚力Ck /kPa内摩擦角φk /°①素填土2.7330.71.871.4337.422.415.00.5526232012②粉质粘土2.7234.01.841.3735.722.613.10.8713184.312.03372480③淤泥质粉质粘土2.7342.71.761.2338.523.814.71.299173.04.55.16760④淤泥质粉质粘土夹粉土2.7238.71.791.2934.221.912.31.37111832.08.23.913870承载力特征值fak/kPa

表2 水位条件取值表

注：9.6m为100年一遇洪水位；4.8m为多年平均水位。

工况迎水坡水位/m背水坡水位/m设计工况9.64.6水位骤降9.6~7.64.6完建期2.64.6地震工况4.84.6

3）排水固结法包括堆载预压法、真空预压法、降水预压法、电渗排水法，适用于处理厚度较大的饱和软土和冲填土地基。电渗法应用较少。该工程软基中夹杂有细砂透水层，水平渗透系数大，真空抽水预压效果大受影响，地基的排水固结程度难以预测，且与堆载预压相比，造价较高，因此，该工程考虑使用堆载预压法对地基进行加固处理。

4）加筋法包括土工合成材料、加筋土、土锚、土钉、锚定板、树根桩等，可对增强大堤的抗滑稳定性起辅助作用。

5）胶结法包括注浆法、高压喷射注浆法、水泥土搅拌法，此3种方法均能处理淤质土，但水泥搅拌法最为经济合理，水泥土搅拌法施工时分深层搅拌法和粉体喷射搅拌法2种，考虑到省水利厅曾下文限制粉喷搅拌法的使用，工程考虑深层搅拌法作为地基进行处理的一种方法。

6）热学法包括加热固结法和冻结法，均不适用于处理该工程的深厚软基。

3 地基处理方案

通过上述分析，提出了深层搅拌法、堆载预压法2种可行方案，并对这2种方案的优缺点进行比较。

3.1 基础处理方案一（深层搅拌桩+土工格珊法）

深层搅拌法以水泥为固化剂，使水泥和软粘土充分搅拌，水泥和水发生水解和水化反应。水化反应生成氢氧化钙，含水硅酸钙，含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。它在地基加固中起到离子交换及使软土团粒化的作用，水泥水化后还发生硬凝反应、碳酸化作用，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土。

深层搅拌桩桩径600mm，采用525号水泥，水泥掺入比为16%，地基加固分为壁桩区和柱桩区，坝顶正下方地基为壁桩区，壁桩宽18m、深18 m，间距3m，壁桩有较大的刚度，主要起抗剪作用。壁桩区两边为柱桩区，外侧及内侧柱桩区分别宽14.2m、3.8m，深度均为10m，柱桩间距1.3m，呈正方形布置，主要起加固地基，减小地基的不均匀沉降及过大的总体沉降，沿大堤横向搅拌桩加固总宽度36m。具体布置见图1。

图1 基础处理平剖面图（方案一）

1）复合地基凝聚力Csp

式中：m——深搅桩的面积置换率，设计壁桩区置换率为17.8%，柱桩区置换率为13.1%；Ck——桩间土的黏聚力，该工程为11.5kPa；Cp——桩体黏聚力，Cp≈（0.2～0.3）qu；qu——水泥土的无侧限抗压强度qu=500～1500kPa，该工程取1000kPa。

2）边坡稳定

地基处理后，柱桩区复合地基抗剪强度Csp为27.1kPa，壁桩区复合地基抗剪强度Csp为35.2 kPa。为安全起见，复合地基土内摩擦角与原状土相同为7°，根据以上力学指标计算所得边坡抗滑安全系数见图1，大坝迎水坡及背水坡抗滑稳定系数均满足规范要求。

3）复合地基土层的压缩变形量s1

式中：△Pi——第i层土的平均附加应力增量，kPa；li——第i层土的厚度，mm；m——复合地基置换率，工程取17.8%；ψs1——压缩变形量计算经验系数，工程取1.35；Espi——第i层复合土体的压缩模量，工程为22.0MPa（壁桩）；Epi——第i层桩体的压缩模量，工程为110MPa；Esi——第i层桩间土的压缩模量，工程取第③土层的压缩模理，为3.10MPa。

经计算，竣工后堤基最终沉降量为0.38m。

4）辅助措施

大堤自底面向上每60cm铺设土工格珊一层，通长布置，平均长度为28m共5层，要求单宽允许抗拉强度达到80kN/m。

深搅桩地基处理在水工上应用广泛、技术成熟，可用于进行大面积地基加固，以防止大堤等岸壁的滑动，减少构筑物的沉降。

3.2 基础处理方案二（排水板＋堆载预压＋土工格珊复合法）

由于粘土层达到同一固结度所需的时间t和排水距离H的平方成正比，增设排水板，主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离，加速土的固结。

大堤地基布设塑料排水板，排水板采用SPB-1型，排水板间距1.3m，采用等边三角形分布，排水板深18m，沿大堤横向铺设宽42m，排水板顶铺设中粗砂垫层，垫层厚500mm，排水板出水通过砂垫层流入堤内排水沟。

新筑大堤分3批加高至设计标高，各批填土高度为3，3，2.6，m，每批筑堤加载时间20d，至下批间隔60d，总筑堤时间180d。具体布置见图2，3。

3.2.1 地基平均固结度

根据JGJ79-2012《建筑地基处理技术规范》，多级等速加载条件下，当固结时间为t时，对应总荷载的地基平均固结度计算公式为：

式中——t时间地基的平均固结度；qi——第i级荷载的加载速率，kPa/d；∑△p——各级荷载的累加值，3期共加载163.4kPa；Ti-1，Ti——分别为第i级荷载加载的起始和终止时间（从零点起算），此方案完建期取第三期加载末时刻t＝180d；α——参数，工程为向内径向排水固结，取1；β——参数。

式中：ch为土的径向排水固结系数，cm2/s；de为竖井的有效排水直径，取为井径比，取15.75。

经计算，大堤完工时第③层土固结度为64.8%，排水板底面以上的第④层土固结度为87.0%，排水板底面以下的第④层土固结度为12.0%。

3.2.2 地基土的抗剪强度

随着地基的排水固结，地基土的抗剪强度也相应提高，地基中t时刻该点土的抗剪强度可表示为：

式中：τf0——地基土的天然抗剪强度，kPa；△σz——预压荷载引起的该点的附加竖向应力，kPa；Ut——为该点的固结度；φcu——三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角。

图2 基础处理剖面图（方案二）

注：1.三期加荷末（完建期），加载时间20d，间隔60d；2.采用直接快剪数据

图3 基础处理平剖面图（方案二）

3.2.3 边坡稳定

完建期地基土的C，φ值采用直接快剪指标，地震工况、设计工况及水位骤降工况下地基土的C，φ值采用固结快剪指标，各分块地基土的C，φ值见计算图2，3。根据以上力学指标计算所得边坡抗滑安全系数见图2、图3，大坝迎水坡及背水坡抗滑稳定系数均满足规范要求。

3.2.4 沉降量

分批堆载后，经计算（计算方法同方案一），竣工后堤基最终沉降量为0.53m。

3.2.5 辅助措施

大堤自底面向上每60cm铺设土工格栅一层，平均长度为28m，共5层，要求单宽允许抗拉强度达到80kN/m。

考虑到堤基下大部有砂垫层，砂垫层对大坝渗流稳定的影响较大，经计算，工程需沿大堤纵向通长设8m深深层搅拌桩防渗墙，墙厚0.5m，并在迎水坡浆砌块石护坡下铺设复合土工膜，复合土工膜与防渗墙相连。

堆载预压法广泛应用于含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、埋藏较深的软弱粘性土，技术成熟可靠，费用较低，但施工时间相对较长，是一种较好的时间换金钱的地基处理方法。

3.3 地基处理方案比较

2种地基处理方案优劣综合比较见表3。

从表3对比较可知：方案一工期短，完工后沉降量小，但造价高，方案二技术成熟、安全可靠、造价大大节省，推荐方案二。推荐方案地基处理典型断面见图4。

软土地基处理方法比较多，在实践中应根据具体的工程地质条件因地制宜合理选用处理方法。

［参考文献］

［1］JGJ79-2012建筑地基处理技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社,2012.

表3 地基处理方案综合比较表

方案地基处理方案抗滑稳定安全系数工期技术成熟程度施工要求及难度渗流稳定安全性完工后沉降量/m地基处理造价/万元方案一搅拌桩+土工格栅正常水位+地震迎水坡：1.16、背水坡：1.495个月技术较成熟，需打试桩严格控制施工质量，难度较高，施工工序相对简单安全0.381438（不包括土工格珊）方案二排水板+堆载预压+土工格珊完建期迎水坡：1.15、背水坡：1.527个月技术成熟严格控制施工质量，难度较高，施工工序相对简单加防渗墙及复合土工膜，安全0.53533（不包括土工格栅及复合土工膜）

图4 地基处理典型断面图（推荐方案）

［2］GB/T50783-2012复合地基技术规范［S］.北京：中国计划出版社,2012.

［3］龚晓南.地基处理手册（第二版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999.

［4］唐金忠.水工基础工程设计与分析［M］.上海：中国水利水电出版社，2013.

［中图分类号］TV871；TU447

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2017）07－0030－04

[收稿日期] 2017-02-24