便民河河口江堤軟土地基處理方案探析

黃燕輝，董宇峰，李啟順

（1.鎮(zhèn)江市工程勘測設(shè)計研究院，江蘇鎮(zhèn)江212003；2.三峽集團西藏能源投資有限公司，西藏拉薩85600；3.鎮(zhèn)江市諫壁抽水站管理處，江蘇鎮(zhèn)江212003）

便民河河口江堤軟土地基處理方案探析

黃燕輝1，董宇峰2，李啟順3

（1.鎮(zhèn)江市工程勘測設(shè)計研究院，江蘇鎮(zhèn)江212003；2.三峽集團西藏能源投資有限公司，西藏拉薩85600；3.鎮(zhèn)江市諫壁抽水站管理處，江蘇鎮(zhèn)江212003）

軟土地基無法滿足工程建設(shè)要求，施工時應(yīng)根據(jù)不同的地基基礎(chǔ)對軟土地基采用不同的地基處理技術(shù)。文中對便民河河口江堤軟土地基處理方案進了分析比較。

軟土地基；處理方案；便民河

工程項目在軟土地基上施工時，經(jīng)常會出現(xiàn)因地基的強度不夠而產(chǎn)生諸如沉降量大、不均勻沉降、滑坡等不利情況，這樣的地基類型是不能滿足工程建設(shè)要求的，所以在施工時要求施工者根據(jù)不同的地基基礎(chǔ)對軟土地基采用不同的地基處理技術(shù)，下面以便民河河口江堤軟土地基處理談一談軟土地基的處理方案。

1 概況

便民河河口位于鎮(zhèn)江丹徒區(qū)高資鎮(zhèn)和句容市下蜀鎮(zhèn)交界處的長江邊上。鎮(zhèn)江電廠位于本河口東側(cè)，電廠規(guī)模屬特大型。為配合電廠四期工程的建設(shè)，結(jié)合便民河血防整治工程，對河口進行圍灘整治，在灘地上新筑長江大堤。

地質(zhì)資料顯示：第①層素填土，松散不均，工程力學(xué)性質(zhì)較差，平均層厚1.80m左右；第②層粉質(zhì)粘土，軟塑，工程力學(xué)性質(zhì)差，平均層厚1.30 m左右；第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，飽和，軟～流塑，工程力學(xué)性質(zhì)較差，平均層厚9.10m左右；第④層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土，很濕，軟～流塑，工程力學(xué)性質(zhì)較差，該層土平均層厚24.5m左右，該層下伏基巖，基巖埋深在高程-22.5～-37.5m。具體地質(zhì)情況見表1。

筑堤土料選用亞粘土，根據(jù)土場取土實驗的成果，直接快剪C，Φ分別為43，10；固結(jié)快剪C與Φ分別為23.0，21.5。

大堤穩(wěn)定計算時的水位邊界條件采用值見表2。

2 地基處理的基本方法

根據(jù)計算，該工程軟基的容許荷載僅為48.8 kPa，在此深厚軟基上筑堤，固結(jié)度達80%需66年，完工后沉降達1.44m，因此，該江堤工程必須進行基礎(chǔ)處理。地基處理的基本方法一般有換土墊層法、深層密實法、排水固結(jié)法、加筋法、膠結(jié)法、熱學(xué)法等幾類方法：

1）換土墊層法包括機械碾壓法、重錘夯實法、平板振動法、強夯擠淤法、爆破法等，該方法僅限于淺層處理，一般不大于3m，該工程軟基達33.4 m，此類方法不宜采用。

2）深層密實法包括強夯法、擠密法（碎石、砂石樁擠密法，石灰、土、灰土、二灰樁擠密法）。強夯置換法適用于厚度小于6m的軟弱土層。砂（砂石）樁擠密法、振動水沖法、干振碎石樁法，一般適用于雜填土和松散砂土，土樁、灰土樁、二灰樁擠密法一般適用于地下水位以上深度為5～10m的濕陷性黃土和人工填土，石灰樁的石灰在水下凝結(jié)困難，水利工程上應(yīng)用較少，不宜采用。

表1 巖土工程勘察綜合成果建議值表

表2 水位條件取值表

3）排水固結(jié)法包括堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、降水預(yù)壓法、電滲排水法，適用于處理厚度較大的飽和軟土和沖填土地基。電滲法應(yīng)用較少。該工程軟基中夾雜有細砂透水層，水平滲透系數(shù)大，真空抽水預(yù)壓效果大受影響，地基的排水固結(jié)程度難以預(yù)測，且與堆載預(yù)壓相比，造價較高，因此，該工程考慮使用堆載預(yù)壓法對地基進行加固處理。

4）加筋法包括土工合成材料、加筋土、土錨、土釘、錨定板、樹根樁等，可對增強大堤的抗滑穩(wěn)定性起輔助作用。

5）膠結(jié)法包括注漿法、高壓噴射注漿法、水泥土攪拌法，此3種方法均能處理淤質(zhì)土，但水泥攪拌法最為經(jīng)濟合理，水泥土攪拌法施工時分深層攪拌法和粉體噴射攪拌法2種，考慮到省水利廳曾下文限制粉噴攪拌法的使用，工程考慮深層攪拌法作為地基進行處理的一種方法。

6）熱學(xué)法包括加熱固結(jié)法和凍結(jié)法，均不適用于處理該工程的深厚軟基。

3 地基處理方案

通過上述分析，提出了深層攪拌法、堆載預(yù)壓法2種可行方案，并對這2種方案的優(yōu)缺點進行比較。

3.1 基礎(chǔ)處理方案一（深層攪拌樁+土工格珊法）

深層攪拌法以水泥為固化劑，使水泥和軟粘土充分?jǐn)嚢?，水泥和水發(fā)生水解和水化反應(yīng)。水化反應(yīng)生成氫氧化鈣，含水硅酸鈣，含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物。它在地基加固中起到離子交換及使軟土團?；淖饔茫嗨筮€發(fā)生硬凝反應(yīng)、碳酸化作用，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固土。

深層攪拌樁樁徑600mm，采用525號水泥，水泥摻入比為16%，地基加固分為壁樁區(qū)和柱樁區(qū)，壩頂正下方地基為壁樁區(qū)，壁樁寬18m、深18 m，間距3m，壁樁有較大的剛度，主要起抗剪作用。壁樁區(qū)兩邊為柱樁區(qū)，外側(cè)及內(nèi)側(cè)柱樁區(qū)分別寬14.2m、3.8m，深度均為10m，柱樁間距1.3m，呈正方形布置，主要起加固地基，減小地基的不均勻沉降及過大的總體沉降，沿大堤橫向攪拌樁加固總寬度36m。具體布置見圖1。

圖1 基礎(chǔ)處理平剖面圖（方案一）

1）復(fù)合地基凝聚力Csp

式中：m——深攪樁的面積置換率，設(shè)計壁樁區(qū)置換率為17.8%，柱樁區(qū)置換率為13.1%；Ck——樁間土的黏聚力，該工程為11.5kPa；Cp——樁體黏聚力，Cp≈（0.2～0.3）qu；qu——水泥土的無側(cè)限抗壓強度qu=500～1500kPa，該工程取1000kPa。

2）邊坡穩(wěn)定

地基處理后，柱樁區(qū)復(fù)合地基抗剪強度Csp為27.1kPa，壁樁區(qū)復(fù)合地基抗剪強度Csp為35.2 kPa。為安全起見，復(fù)合地基土內(nèi)摩擦角與原狀土相同為7°，根據(jù)以上力學(xué)指標(biāo)計算所得邊坡抗滑安全系數(shù)見圖1，大壩迎水坡及背水坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3）復(fù)合地基土層的壓縮變形量s1

式中：△Pi——第i層土的平均附加應(yīng)力增量，kPa；li——第i層土的厚度，mm；m——復(fù)合地基置換率，工程取17.8%；ψs1——壓縮變形量計算經(jīng)驗系數(shù)，工程取1.35；Espi——第i層復(fù)合土體的壓縮模量，工程為22.0MPa（壁樁）；Epi——第i層樁體的壓縮模量，工程為110MPa；Esi——第i層樁間土的壓縮模量，工程取第③土層的壓縮模理，為3.10MPa。

經(jīng)計算，竣工后堤基最終沉降量為0.38m。

4）輔助措施

大堤自底面向上每60cm鋪設(shè)土工格珊一層，通長布置，平均長度為28m共5層，要求單寬允許抗拉強度達到80kN/m。

深攪樁地基處理在水工上應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟，可用于進行大面積地基加固，以防止大堤等岸壁的滑動，減少構(gòu)筑物的沉降。

3.2 基礎(chǔ)處理方案二（排水板＋堆載預(yù)壓＋土工格珊復(fù)合法）

由于粘土層達到同一固結(jié)度所需的時間t和排水距離H的平方成正比，增設(shè)排水板，主要在于改變地基原有的排水邊界條件，增加孔隙水排出的途徑，縮短排水距離，加速土的固結(jié)。

大堤地基布設(shè)塑料排水板，排水板采用SPB-1型，排水板間距1.3m，采用等邊三角形分布，排水板深18m，沿大堤橫向鋪設(shè)寬42m，排水板頂鋪設(shè)中粗砂墊層，墊層厚500mm，排水板出水通過砂墊層流入堤內(nèi)排水溝。

新筑大堤分3批加高至設(shè)計標(biāo)高，各批填土高度為3，3，2.6，m，每批筑堤加載時間20d，至下批間隔60d，總筑堤時間180d。具體布置見圖2，3。

3.2.1 地基平均固結(jié)度

根據(jù)JGJ79-2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，多級等速加載條件下，當(dāng)固結(jié)時間為t時，對應(yīng)總荷載的地基平均固結(jié)度計算公式為：

經(jīng)計算，大堤完工時第③層土固結(jié)度為64.8%，排水板底面以上的第④層土固結(jié)度為87.0%，排水板底面以下的第④層土固結(jié)度為12.0%。

3.2.2 地基土的抗剪強度

隨著地基的排水固結(jié)，地基土的抗剪強度也相應(yīng)提高，地基中t時刻該點土的抗剪強度可表示為：

式中：τf0——地基土的天然抗剪強度，kPa；△σz——預(yù)壓荷載引起的該點的附加豎向應(yīng)力，kPa；Ut——為該點的固結(jié)度；φcu——三軸固結(jié)不排水壓縮試驗求得的土的內(nèi)摩擦角。

圖2 基礎(chǔ)處理剖面圖（方案二）

圖3 基礎(chǔ)處理平剖面圖（方案二）

3.2.3 邊坡穩(wěn)定

完建期地基土的C，φ值采用直接快剪指標(biāo)，地震工況、設(shè)計工況及水位驟降工況下地基土的C，φ值采用固結(jié)快剪指標(biāo)，各分塊地基土的C，φ值見計算圖2，3。根據(jù)以上力學(xué)指標(biāo)計算所得邊坡抗滑安全系數(shù)見圖2、圖3，大壩迎水坡及背水坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3.2.4 沉降量

分批堆載后，經(jīng)計算（計算方法同方案一），竣工后堤基最終沉降量為0.53m。

3.2.5 輔助措施

大堤自底面向上每60cm鋪設(shè)土工格柵一層，平均長度為28m，共5層，要求單寬允許抗拉強度達到80kN/m。

考慮到堤基下大部有砂墊層，砂墊層對大壩滲流穩(wěn)定的影響較大，經(jīng)計算，工程需沿大堤縱向通長設(shè)8m深深層攪拌樁防滲墻，墻厚0.5m，并在迎水坡漿砌塊石護坡下鋪設(shè)復(fù)合土工膜，復(fù)合土工膜與防滲墻相連。

堆載預(yù)壓法廣泛應(yīng)用于含水量大、壓縮性高、強度低、透水性差、埋藏較深的軟弱粘性土，技術(shù)成熟可靠，費用較低，但施工時間相對較長，是一種較好的時間換金錢的地基處理方法。

3.3 地基處理方案比較

2種地基處理方案優(yōu)劣綜合比較見表3。

從表3對比較可知：方案一工期短，完工后沉降量小，但造價高，方案二技術(shù)成熟、安全可靠、造價大大節(jié)省，推薦方案二。推薦方案地基處理典型斷面見圖4。

軟土地基處理方法比較多，在實踐中應(yīng)根據(jù)具體的工程地質(zhì)條件因地制宜合理選用處理方法。

［1］JGJ79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

表3 地基處理方案綜合比較表

圖4 地基處理典型斷面圖（推薦方案）

［2］GB/T50783-2012復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社,2012.

［3］龔曉南.地基處理手冊（第二版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［4］唐金忠.水工基礎(chǔ)工程設(shè)計與分析［M］.上海：中國水利水電出版社，2013.

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