砂土混合料在堤防建設(shè)中的應(yīng)用

陳含琦

（浙江鼎邦建設(shè)有限公司，浙江 溫州325400）

1 砂土混合料特點(diǎn)

作為筑堤材料，砂土混合料具有如下特點(diǎn)。

1.1 成本較低

采用砂土混合料作為筑堤材料，可就地取材，不需從遠(yuǎn)距離運(yùn)土筑堤，減少了在運(yùn)輸以及購(gòu)買(mǎi)土料方面投入的成本。該類筑堤材料適用于土料較為匱乏的地區(qū)。

1.2 自身優(yōu)勢(shì)

砂土混合料的優(yōu)勢(shì)在于抗?jié)B透能力強(qiáng)，且沉降量較小，抗剪切破壞能力及抗液化能力強(qiáng)。相比均質(zhì)土料而言，盡管砂土混合料滲透系數(shù)相對(duì)較低，但山丘區(qū)域的洪水產(chǎn)生與消退較為迅速，且歷時(shí)相對(duì)較短，所以選擇砂土混合料更為合適。

1.3 施工簡(jiǎn)單方便

砂土混合料無(wú)需機(jī)械設(shè)備進(jìn)行拌和及篩分，處于含水量合適的狀況下，相對(duì)密度便可符合有關(guān)規(guī)定要求。

1.4 環(huán)保性

該材料不會(huì)對(duì)堤背水坡面各類植物正常生長(zhǎng)構(gòu)成影響，如施工人員可利用混凝土板及漿砌石保護(hù)迎水坡面，從而確保坡面的穩(wěn)定。不僅如此，以砂土混合料為主的堤防工程，土凝聚力相對(duì)較小，但抗剪能力較大。因此，施工單位選擇砂石混合料作為筑堤材料，含砂礫石應(yīng)小于40%。此外，利用砂石混合料，可避免均質(zhì)土堤壩對(duì)附近耕地和植被的損害，具有一定生態(tài)保護(hù)意義，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的雙贏。

2 工程地質(zhì)情況與防洪工程現(xiàn)狀

某河流位于浙江境內(nèi)，為溫州甌江流域支流，流經(jīng)某城鎮(zhèn)并入流域?？偭饔蛎娣e達(dá)20971.6m2。該段流域范圍層巒疊嶂，地面坡度陡峭，為山區(qū)地形。河流河谷底層是第四系全新統(tǒng)沖積層，頂部土層覆蓋厚度0.4～1.0m，砂礫石層厚度15.0～20.0m。

為控制堤防洪水，該地區(qū)在東、西岸河流建設(shè)堤防工程。

2.1 東岸

東岸最早的堤防工程于1998年建設(shè)，之后在其基礎(chǔ)之上加建，長(zhǎng)度達(dá)11.6m，平均頂寬3.5m，平均高2.5m，現(xiàn)有堤防大壩2座。

堤防建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)以滿足50年一遇防洪的要求，則東岸迎水坡應(yīng)用混凝土板加以保護(hù)，長(zhǎng)2m，其他區(qū)域與背水坡均應(yīng)用干砌石加以保護(hù)。

2.2 西岸

西岸堤防于2000年開(kāi)始建設(shè)，長(zhǎng)度5.1km，洪斷面700～1400m。東岸堤防頂寬6m，堤防頂寬4m，堤壩高度平均4m。西岸迎水坡應(yīng)用干砌石加以保護(hù)，長(zhǎng)2m，其他區(qū)域與背水坡都應(yīng)用自然草皮加以保護(hù)。

兩岸筑堤材料均運(yùn)用砂土混合料為主要建設(shè)材料。

3 砂土混合料試驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

對(duì)堤防工程砂土混合料，分別選用均質(zhì)土料與砂土混合料，針對(duì)砂土混合料，需要在含砂量30%，40%，50%及60%情況下予以擊實(shí)，并針對(duì)含砂量為50%與60%的砂土混合料進(jìn)行細(xì)菌滲透試驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)控制標(biāo)準(zhǔn)

砂土混合料級(jí)配選用處于封干狀態(tài)下土料與含礫量30%，40%，50%及60%摻配。土料同砂礫石摻配比值分別為3.63∶1，2.33∶1，1.56∶1，1.04∶1。并對(duì)干密度加以控制，混合料滲透實(shí)驗(yàn)干密度設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)為擊實(shí)實(shí)驗(yàn)中干密度最大值。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.3.1 顆粒試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)顯示，含礫量分別為30%，40%，50%，60%混合料。粒徑不大于2mm顆粒含量比例為78%，69%，61%，52%，該結(jié)果說(shuō)明混合料內(nèi)顆粒多為細(xì)顆粒。

3.3.2 擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

結(jié)合擊實(shí)試驗(yàn)，含礫量不斷增加，干密度最大值也隨之增加，最優(yōu)含水量相應(yīng)減少，含礫量增加10%，最大干密度的增加值在0.05～0.09g/cm，最佳含水量降低1.0%～1.6%。擊實(shí)曲線同飽和曲線之間關(guān)系較為合理，可運(yùn)用砂土混合料筑堤。

3.3.3 滲透實(shí)驗(yàn)結(jié)果

土料滲透系數(shù)6.23×10-8cm/s，含礫量達(dá)50%，60%混合料滲透系數(shù)為2.94×10-8，3.09×10-8cm/s。

綜上分析，當(dāng)砂土混合料含礫量高于40%時(shí)，其穩(wěn)定性比較低。因此選擇砂土混合料作為筑堤主要材料，含礫量控制在40%以下。

4 沙土混合料在堤防工程中的應(yīng)用

本堤防工程分為西岸工程和東岸工程，兩岸原防洪堤壩寬為3～3.5m，堤壩高度為2～3m。

東岸堤防頂寬6m，堤壩高度4m，東岸迎水坡應(yīng)用混凝土板保護(hù)，長(zhǎng)度2m；其他區(qū)域與背水坡都應(yīng)用干砌石加以保護(hù)。

西岸堤防頂寬4m，堤壩高4m，迎水坡應(yīng)用干砌石加以保護(hù)，長(zhǎng)度2m，其他區(qū)域與背水坡都應(yīng)用自然草皮加以保護(hù)。

本堤防工程主要建設(shè)材料都為砂土混合料。筆者通過(guò)滲透分析計(jì)算、 滑動(dòng)破壞和液化破壞分析對(duì)砂土混合料在堤防工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

4.1 滲透分析與防治措施

本工程原防洪堤壩頂寬處于3～3.5m之內(nèi)，邊坡比值在1∶1～1∶1.5，堤段面相對(duì)單薄。東部堤壩背水坡堤底部部分層發(fā)生管涌及堤坡滲水問(wèn)題。西岸背水坡存在3處管涌問(wèn)題，目前已經(jīng)將堤防橫斷面適當(dāng)加寬，滲徑有所增加，滲透縮減。

浸潤(rùn)線運(yùn)用GB50286—2013 《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》K≤K0計(jì)算。滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果：①滲流出口比降可以視為校對(duì)背水坡滲流的關(guān)鍵依據(jù)，若坡面因滲透力的影響而形成局部破壞，較為容易對(duì)下游坡安全構(gòu)成威脅。②堤防如出現(xiàn)滲透破壞問(wèn)題，破壞位置往往處于下游堤腳之上0.005m，堤基滲透破壞范圍一般為下游坡腳之外0.004m。③洪水歷時(shí)較短，無(wú)法產(chǎn)生較為穩(wěn)定的滲流，不會(huì)輕易造成滲透破壞。因此，可不對(duì)其進(jìn)行防滲處理。

4.2 滑動(dòng)破壞分析與防治措施

設(shè)計(jì)筑堤期間，迎水坡與背水坡之間的比值為1∶2.5，堤坡坡度較緩，然而，筑堤材料選用砂土混合料，抗剪強(qiáng)度較低。且本次工程用以筑堤的沙壤土及砂礫石均為第四系紀(jì)沖擊物，抗剪強(qiáng)度較大，且經(jīng)過(guò)數(shù)年的實(shí)際應(yīng)用證明基本沒(méi)有滑動(dòng)破壞現(xiàn)象發(fā)生。

按照本次工程堤防的需求，考慮堤防處于不同狀況之下，上游堤坡與下游堤坡抗滑的穩(wěn)定性，按照條分法內(nèi)太沙基公式開(kāi)展抗滑穩(wěn)定計(jì)算，若計(jì)算結(jié)果，安全系數(shù)達(dá)F＞［F=1.15］，則表明抗滑符合堤防工程的實(shí)際需求。

本次工程中，針對(duì)粉砂基礎(chǔ)，土質(zhì)干容重處于1.6～1.75g/cm之內(nèi)。采用換土的方式予以處理，以保證施工質(zhì)量。

4.3 液化破壞與防滲措施

4.3.1 液化破壞

為保證堤身與堤基的穩(wěn)定性，建議砂土混合料中盡量避免運(yùn)用細(xì)砂，同時(shí)需要盡量避免砂土混合料顆粒級(jí)配均勻。若堤內(nèi)外的水位差處于3.0～3.5m之內(nèi)，可能引發(fā)管涌。局部可能出現(xiàn)流土問(wèn)題，即由于滲流的影響，某一范圍內(nèi)土體表面隆起，浮動(dòng)或某一顆粒群同時(shí)啟動(dòng)且流失的沙沸現(xiàn)象，不僅如此，還需盡可能降低浸潤(rùn)線高度，以保堤壩的穩(wěn)定程度。

4.3.2 防治措施具

施工期間，迎水坡土料位置盡可能降低，從而實(shí)現(xiàn)“上堵”“下排”，提高背水坡含砂量，并對(duì)堤壩外腳地面可能出現(xiàn)管涌的區(qū)域設(shè)計(jì)排水體。

砂土混合料是一種十分有效的新型防滲材料，應(yīng)用于堤壩及路堤防滲中，堤身砂土混合料與堤壩及山丘相連，形成完整的防滲體，不但能防止管涌、流土等滲透破壞，而且能有效降低工程造價(jià)。

5 結(jié)語(yǔ)

以堤防工程為例，通過(guò)分析可知，砂礫石與土料的混合料在山丘地區(qū)堤防工程建設(shè)當(dāng)中所產(chǎn)生的作用不容忽視，不僅減少了施工單位在購(gòu)買(mǎi)與運(yùn)輸土料方面投入的成本，使得土料緊缺問(wèn)題得到有效解決； 也避免了工程施工對(duì)周?chē)氐钠茐呐c負(fù)面影響。目前，沙土混合料已經(jīng)逐漸成為山丘地區(qū)常用的筑堤材料之一。