丁壩治理工程中的軟基處理

劉元鋒

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110003)

丁壩治理工程中的軟基處理

劉元鋒

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110003)

修建在軟弱地基上的丁壩，由于受壩體不均勻沉降的影響，易出現(xiàn)壩體失穩(wěn)、危及工程安全等問題。采用長絲機織土工布、聚丙烯雙拉塑料格柵等土工合成材料實施丁壩工程整治，比傳統(tǒng)拋石丁壩進行軟基處理具有取材方便，施工簡單、節(jié)省工程投資等優(yōu)點，土工合成材料在水利工程丁壩治理工程實例中應(yīng)用，可獲得良好效果。

土工合成材料；丁壩；應(yīng)用

1 工程概況

1.1 基本情況

鞍山市臺安段堤防堤腳處有連續(xù)坑塘，汛期洪水到來時易產(chǎn)生淘刷導致堤防存在險情。通過修建高洪丁壩增加落淤挑流的效果，減少對大堤的沖刷，加固堤防，消除險情隱患，穩(wěn)定局部河勢。但修建高洪丁壩部分段壩基坐落在軟基上，容易造成壩體基礎(chǔ)不穩(wěn)定，沉降不均勻。

1.2 存在問題

當汛期洪水來臨時堤防前連續(xù)坑塘對堤基產(chǎn)生淘刷，對河道的防護安全和生態(tài)安全都構(gòu)成了嚴重的威脅，使遼河大堤存在嚴重的安全隱患。

采用傳統(tǒng)方式換基砂礫料和回填拋石，石方需要大量回填，受工程建設(shè)投資限制，無法滿足建設(shè)要求。急須采用新型施工工藝，即施工速度快，投資少，避免不均勻沉降。土工合成材料有較高的強度和韌性等力學性能，且能緊貼于地基表面，增強地基承載力，避免不均勻沉降，能夠滿足工程壩體基礎(chǔ)處理的施工要求。

2 工程設(shè)計方案

2.1 方案比選

利用土工合成材料對丁壩工程進行治理和采用傳統(tǒng)拋石丁壩進行軟基處理方案比較如下。

2.1.1 工期比較

長絲機織土工布、聚丙烯雙拉塑料格柵、長絲機織土工布管袋等土工合成材料在處理丁壩軟基方案中，施工工序簡單，便于一次性大面積鋪設(shè)，強度高，比換填砂礫料和拋石方案節(jié)省工期，施工效果顯著。

2.1.2 投資分析

經(jīng)過對施工子項目單價分析，200 g/m2長絲機織土工布單價為6.5 元/m2，聚丙烯雙拉塑料格柵單價為7.69元/m2，200 g/m2長絲機織土工布管袋單價為57.71 元/m3，每延長米基礎(chǔ)工程綜合投資為71.9 元；采用傳統(tǒng)的拋石擠淤方案每延長米工程投資為120元。綜合比較，采用長絲機織土工布管袋等土工合成材料處理丁壩軟基方案較傳統(tǒng)拋石方案每延長米節(jié)省工程直接投資40%左右。

2.1.3 耐久性

土工合成材料結(jié)構(gòu)簡單，柔韌性好，能較好的適應(yīng)地表；可加強土體的穩(wěn)固性，連續(xù)性和整體性；鋪設(shè)在軟土地基的表面能承受拉力和土的摩擦作用，阻止側(cè)向擠出，從而減少變形和增大地基的穩(wěn)定性。同時，丁壩兩側(cè)坡面和壩頂均采用綠濱墊進行防護，有效防止陽光的直接照射和水流的直接沖刷，提高土工合成材料的使用壽命，增強工程的耐久性。

2.2 工程總體布置

本工程丁壩間距根據(jù)現(xiàn)場道口及隱患程度不同進行合理布置，壩長為50 m，壩頂寬度為50 m，丁壩采用下挑式60°夾角的丁壩，壩頭治導線平順布置，丁壩基礎(chǔ)平面圖見圖1。

圖1 丁壩基礎(chǔ)典型平面圖

2.3 軟土地基處理

軟基坑塘有水段主要分布在 Ⅰ 區(qū)，采用200 g/m2長絲機織土工布[1]制作的土工管袋沉放，使壩頭防沖水下結(jié)構(gòu)地基穩(wěn)定。土工管袋尺寸為長6 m×寬0.9 m×高1.0 m，根據(jù)水坑的高度不同填筑一層或者幾層不等。土工管袋填土時充滿度不宜過高，宜為85%；應(yīng)分層錯開疊放，不得形成貫通縫隙，防止水流直接流過袋間空隙，疊袋坡不應(yīng)陡于1∶1.5，坡趾迎水側(cè)應(yīng)采取砂性土防護邊坡不應(yīng)陡于1∶2.5；土袋填充料可采用砂性土、粉細砂類土，黏粒含量不應(yīng)超過10%，充填密度不宜小于14.5 kN/m3，丁壩結(jié)構(gòu)典型剖面圖，見圖2。

土工管袋進行基礎(chǔ)處理關(guān)鍵是解決充填砂土與土工管袋的匹配問題，要求土工管袋在充填砂土的過程中要滿足以下條件：具有優(yōu)良的保土保砂能力，防止灌入的砂土顆粒從土工布縫隙中流失；具有承受沖灌壓力的能力，避免管袋發(fā)生破裂；具有足夠的抗老化能力，達到一定的使用年限；工程造價經(jīng)濟合理。

圖2 丁壩結(jié)構(gòu)典型剖面圖

2.4 丁壩壩體填筑

丁壩填筑采用河灘地料場砂性土，兩側(cè)綠濱墊防護坡比為1∶2.0，厚度為300 mm，下設(shè)100 mm 厚粗砂墊層，墊層下鋪設(shè)400 g/m2反濾土工布。丁壩壩頭防護坡比為1∶2.5，厚度為500 mm 固濱籠，下設(shè)100 mm厚粗砂墊層，墊層下鋪設(shè)400 g/m2反濾土工布。丁壩坡腳采用水平固濱籠防護，長度為5 m。在丁壩與堤防銜接處，堤防兩側(cè)采用石籠防護，長度為5 m，厚度為300 mm，下設(shè)100 mm厚粗砂墊層，墊層下鋪設(shè)400 g/m2反濾土工布。

2.5 坡面防護設(shè)計

2.5.1 綠濱墊護坡

兩側(cè)和壩頂采用綠濱墊防護，兩側(cè)坡比為1∶2.0，兩側(cè)和壩頂綠濱墊厚度均為300 mm，下設(shè)100 m厚粗砂墊層，墊層下鋪設(shè)400 g/m2反濾土工布。綠濱墊材質(zhì)為熱鍍鋁鋅合金鋼絲[2]，表層覆塑，網(wǎng)墊規(guī)格護腳采用5 m(長)×1 m(寬)×0.5 m(高)，護坡采用5 m(長)×1 m(寬)×0.3 m(高)，網(wǎng)孔80 mm×115 mm；網(wǎng)片網(wǎng)絲直徑2.7 mm，鍍層重量≥245 g/m2，覆塑后外徑3.7 mm；網(wǎng)片邊絲直徑3.4 mm，鍍層重量≥265 g/m2，覆塑后外徑4.4 mm；扎絲直徑2.2 mm，鍍層重量≥230 g/m2，覆塑后外徑3.2 mm；鋼絲抗拉強度350～500 MPa，延伸率≥10%；覆塑材料力學性能抗拉強度≥15 MPa，延伸率≥180%。

結(jié)合以往護岸工程實踐經(jīng)驗，填石平均粒徑應(yīng)大于網(wǎng)孔的1.5～2倍，填石粒徑不得小于0.20 m。

2.5.2 固濱籠護腳

護腳與水平綠濱籠防護段銜接處采用固濱籠防護，防護尺寸為 1 m(寬)×1 m(高)。固濱籠材質(zhì)為熱鍍鋁鋅合金(5%)鋼絲，表層覆塑，網(wǎng)墊規(guī)格3 m(長)×1 m(寬)×1 m(高)，網(wǎng)孔100 mm×120 mm；網(wǎng)片網(wǎng)絲直徑2.5 mm，鍍層重量≥245 g/m2，覆塑后外徑3.5 mm；網(wǎng)片邊絲直徑3.0 mm，鍍層重量≥265 g/m2，覆塑后外徑4.0 mm；扎絲直徑2.2 mm，鍍層重量≥215 g/m2，覆塑后外徑3.2 mm；鋼絲抗拉強度350～500 MPa，延伸率≥10%；覆塑材料力學性能抗拉強度≥20 MPa，延伸率≥180%。

3 坡面厚度設(shè)計

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-2013)的規(guī)定[3]，在波浪作用下，斜坡堤干砌石護坡的護面厚度t(m)可按式(1)計算：

(1)

式中：K1為系數(shù)，干砌石取0.266；rb為塊石的重度,kN/m3，取27 kN/m3；r為水的重度,kN/m3，取10 kN/m3；H為計算波高，當d/L≥0.125時，取H=4%；當d/L<0.125時，取H=13%；d為堤前水深,m。

將各參數(shù)代入式(1)中，計算得t=0.24 m。

根據(jù)遼寧省險工護岸工程的實際經(jīng)驗，護坡厚度取0.3 m，壩頭設(shè)計取0.5 m。

4 結(jié) 論

丁壩治理工程經(jīng)過實際運行已取得較好的效果。工程采用200 g/m2長絲機織土工布管袋沉放，使壩頭防沖水下結(jié)構(gòu)地基穩(wěn)定，土工管袋頂高程控制到壩體原狀基面。在壩體原狀基面上鋪設(shè)200 g/m2長絲機織土工布，機織布上層鋪設(shè)縱、橫向拉伸強度≥30.0 kN/m聚丙烯雙拉塑料格柵，采用《土工合成材料長絲機織土工布》標準執(zhí)行。坡面防護采用30 cm厚的綠濱墊護坡、50 cm厚的固濱籠護腳。由于土工合成材料有較高的強度和韌性等力學性能，且能緊貼于地基表面，施工方便，便于一次性大面積鋪設(shè)；抗拉強度高，能夠很好地保護和增強地基承載力，避免不均勻沉降。土工合成材料在軟基應(yīng)用中造價低于傳統(tǒng)方案，具有施工快捷、受氣候影響小等優(yōu)點，有著廣闊的推廣應(yīng)用前景。

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.土工合成材料 長絲機織土工布：GB/T 17640-2008[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[2] 中國工程建設(shè)標準化協(xié)會.生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：CECS 353-2013[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.堤防工程設(shè)計規(guī)范：GB 50286-2013[S]. 北京：中國計劃出版社，2013.

劉元鋒(1985- )，男，遼寧沈陽人，工程師，主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計和科學研究工作。E-mail:270550040@qq.com。

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