防洪堤軟弱地基處理技術研究

劉 森，何明磊，擁忠朗杰

(1.林芝市水利局,西藏 林芝 860000；2.廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院有限責任公司，廣州 510290；3.察隅縣水利局,西藏 林芝 860600)

1 概述

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設進程也不斷加快，臨河城市得到了較好的開發(fā)，使得防洪堤建設變得更加頻繁。在防洪堤建設施工過程中，因為建筑垃圾堆積、河灘采砂嚴重等多種因素的影響，很容易誘發(fā)軟弱地基問題。在這種情況下，工程團隊就必須要針對軟弱地基問題進行專項處理，并通過各類可行的方式強化地基，避免對防洪堤工程帶來不必要的負面影響。但針對于軟弱地基的處理技術是比較復雜的，需要工程團隊結合實際情況進行合理設計。這里也結合我國防洪堤建設施工的實際情況展開分析，探索軟弱地基的有效處理技術。

2 防洪堤軟弱地基的危害

防洪堤軟弱地基會帶來較多的危害，導致防洪堤無法發(fā)揮應用的作用，甚至帶來嚴重的安全事故。綜合來看，防洪堤軟弱地基的尾號主要分為建筑沉降、建筑開裂與傾斜、降低堤壩強度等。下面從這3個方面入手，綜合闡述防洪提軟弱地基的具體危害。

2.1 容易發(fā)生堤壩沉降

在防洪堤設計施工過程中，軟弱地基非常容易引發(fā)建筑沉降問題。這主要是因為軟弱地基的承載能力比較弱，在這類地基上建立防洪堤的時候，后續(xù)就會因為地基承載力不足而引發(fā)防洪堤建筑的整體沉降，無法達到預期的防洪效果。甚至部分防洪堤工程因為軟弱地基的影響導致堤壩直接沉降到跟周圍土地相近的高度上，失去了防洪堤的本身作用。這也使得防洪堤工程形同于無，浪費了大量的工程資源。

2.2 引發(fā)堤壩開裂與傾斜

軟弱地基還會引發(fā)防洪堤建筑開裂與傾斜等問題。這是因為軟弱地基各個區(qū)域的情況有所差異，承載能力也有所不同。在發(fā)生沉降的時候，很容易出現(xiàn)不均勻沉降問題。即某些區(qū)域的沉降更加顯著，某些區(qū)域的沉降不是很明顯。這也導致防洪堤建筑各區(qū)域的沉降程度不同，引發(fā)了建筑的傾斜。當沉降不均勻情況非常嚴重的時候，會導致防洪堤建筑的受力比較集中，直接引發(fā)建筑開裂等事故，帶來難以挽回的損失。

2.3 降低堤壩強度

軟弱地基還會直接降低防洪堤的堤壩強度，影響了防洪堤工程的整體質(zhì)量。防洪堤的技術標準是非常嚴格的，需要工程具有較強的強度、耐腐蝕性、耐沖擊性等多種性能，才能夠發(fā)揮預期的效果。而軟弱地基會降低防洪堤的穩(wěn)固性，導致防洪堤在面臨洪水沖刷的時候很容易出現(xiàn)碎裂、傾倒等問題。這無疑會導致防洪堤的強度不足，很難繼續(xù)承擔防洪功能，應該在后續(xù)時間里引起充分重視。

3 防洪堤軟弱地基處理技術分析

防洪堤軟弱地基處理是比較專業(yè)的，同時內(nèi)在元素也比較復雜。在這種情況下，就應該結合防洪堤實踐項目進行分析，立足于項目實際情況探索防洪堤軟弱地基的有效處理方式。下面結合實例展開多方論證，探索適合于該項目的防洪堤軟弱地基處理技術。

3.1 工程概況

某防洪堤位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，長度為4 218 m，防洪標準為100年一遇，河堤高度設計為13 m，堤坡為1：1.50，堤基寬度為45 m。工程于2018年開工，并要求工程團隊在1個枯水期施工完畢。在工程施工過程中，發(fā)現(xiàn)一段約長為480 m的地段因為采砂回填大量廢棄建筑垃圾，出現(xiàn)了顯著的軟弱地基問題。經(jīng)過初步測量與分析以后，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的軟弱地基中軟土厚度為3.8 m～14.5 m，承載力特征值為80 kPa，壓縮模量為5 MPa，不滿足本次防洪堤工程項目要求，如果強行施工會導致工程沉降變形量顯著超過標準限值。在這種情況下，就必須要進行軟弱地基的專項處理，提高地基的承載力，保證防洪堤工程可以取得預期效果。

3.2 水文地質(zhì)條件分析

在處理防洪堤軟弱地基的時候，應該先進行水文地質(zhì)的勘察與分析，可以給后續(xù)軟弱地基處理提供必要的數(shù)據(jù)支撐。在本次防洪堤工程中，上方土層為素填土，多呈現(xiàn)為灰黑色，主要有采砂以后回填的卵石、粉土等物質(zhì)組成，同時土層表現(xiàn)得比較濕潤與松散，厚度為3.8～14.5 m。經(jīng)過現(xiàn)場測試以后發(fā)現(xiàn)土層承載力變化幅度較大，具有顯著的不均勻性。下方土層則為侏羅系上統(tǒng)七曲寺組中的砂巖與泥巖，多呈現(xiàn)為淺灰色和紫紅色，整體承載力比較強，跟上方素填土土層形成了鮮明的對比。在地下水勘察中，由于勘察時期為枯水期，地下水深埋為2.25～3.17 m，在豐水期地下水深埋水平可能會出現(xiàn)一定上升。通過水文地質(zhì)勘察工作可以發(fā)現(xiàn)，本工程的軟弱地基分布相對來說比較廣泛，同時受到地下水的影響比較顯著。

3.3 多方案設計分析

在進行防洪堤軟弱地基處理的時候，應該結合實際情況設計多套方案，并對這些方案進行全面的對比分析，最終篩選出最合適的技術處理方案，保證防洪堤工程可以取得預期的效果。

3.3.1軟弱地基開挖換填方案

通過地質(zhì)勘察結果可以知道，防洪堤工程施工區(qū)域之所以遭遇軟弱地基，主要是因為采砂回填的物質(zhì)過于繁雜，整體承載能力不足，回填土下方的土層在承載能力方面比較優(yōu)秀。因此本次工程項目可以考慮將軟弱地基中的回填土全部挖出來，再置換成為承載能力較高的土層。在技術設計方面，可以維持原本的提防高度與外形，然后兩側按照堤坡1：1.50進行開挖施工，將所有之前的回填土全部挖出。在此之后，則結合防洪堤施工相關技術標準，換填具有相應性能標準的填筑料，然后再進行回填土操作，最終將地基維持到原本的土地高程。結合工程實際情況進行計算，得知一共需要開挖27 759 m3，回填階段需要填筑料24 854 m3，同時還需要額外征地9.12 hm2。通過地下水勘察，得知工程區(qū)域的地下水水位較高，施工時需做好地下水排水工作。將各個工程量進行整理并計算成本費用后，最終所需投入資金為1 945.3萬元(見表1所示)。

表1 軟弱地基開挖換填方案成本費用

3.3.2振沖碎石樁+CHG樁復合地基方案

在處理軟弱地基的時候，也可以使用振沖碎石樁+CHG樁復合地基方案。這套施工方案的現(xiàn)代化水平較高，同時也具有較多有點。在具體使用這套技術方案的時候，主要通過碎石樁強化排水，接著使用CHG樁顯著提高區(qū)域地基的承載能力。結合本次防洪堤工程軟弱地基的實際情況來看，碎石樁樁身直徑設計為0.8 m，而CHG樁樁身直徑設計為0.4 m。在工程分布方面，樁距設計為2 m，并且呈現(xiàn)為等邊三角形布局模式。在使用的時候，需要樁尖進入到侏羅系上統(tǒng)七曲寺組的土層中。而結合之前地質(zhì)勘察情況來看，素填土土層厚度為3.8～14.5 m。因此，本次CHG樁樁尖最深區(qū)域需要超過14.5 m。在布設振沖碎石樁的時候，主要設計在軟弱土層基礎范圍邊緣區(qū)域，跟CHG樁處于間隔布置狀態(tài)。碎石樁的材料主要使用了碎石、卵石等性能比較穩(wěn)定的硬質(zhì)材料，粒徑應該保持在40～150 mm。CHG樁則為C20強度等級的水泥粉煤灰混凝土，坍落度為3～5 cm。在樁頂和基礎之間還要鋪設一層厚度為30 cm的碎石墊層。結合工程實際情況進行計算，一共需開挖23 547 m3，碎石填筑17 457 m3，碎石墊層7 145 m3，直徑800 mm的振沖碎石樁總長為24 789 m，直徑400 mm的CHG樁總長為39 547 m。將各個工程量進行整理并計算成本費用以后，最終所需要投入資金1 124.4萬元(見表2所示)。

表2 振沖碎石樁+CHG樁復合地基方案成本費用

3.3.3放緩堤坡+土工合成材料方案

在本次防洪堤工程的軟弱地基處理中，也可以使用放緩堤坡+土工合成材料的施工技術方案。這套技術方案主要使用了土工格柵對軟弱地基進行加固，同時將原本1：1.50的迎水側邊坡堤坡調(diào)整為1：2.50，而將背水側邊坡則從原來的1：1.50調(diào)整為1：20。在此基礎上，還要將迎水邊坡從以前的鋼筋混凝土結構調(diào)整為為復合土工膜+混凝土預制塊柔性護面結構。這種結構相較于前者來說，可以更好適應軟弱地基帶來的沉降與變形影響。在具體設計施工的時候，在提防基礎區(qū)域布設至少3層土工格柵。在迎水面先鋪設厚度為20 cm的砂礫石墊層，接著在鋪設400 g/m2的復合土工膜，最后鋪設厚度為15 cm的六邊形混凝土預制塊。在防沖墻基底區(qū)域中，還要填充一些大卵石，并且使用相應設備進行擠壓，一直到無法擠壓為止。結合工程實際情況計算，一共需土工格柵125 697 m，填充砂礫石75 412 m3，額外征地4.57 hm2。將各個工程量進行整理并計算成本費用以后，最終所需要投入資金687.4萬元(見表3所示)。

表3 放緩堤坡+土工合成材料方案成本費用

3.4 軟弱地基處理方案的選擇

綜合上述3套方案進行分析(見表4所示)，可見第1套方案處理軟弱地基以后，地基的整體強度較高，同時在施工過程中可以使用各類設備，整體施工難度中等，但施工工期較長，1個枯水期可能無法完成工程施工；此外，本方案的工程投入資金較高，達1 945.3萬元。第2套方案處理軟弱地基以后，地基的整體強度較高，但整體施工過程需要使用多種機械設備，施工難度較高，且多環(huán)節(jié)交叉施工，導致施工周期較長，1個枯水期很難完成工程施工；但相比第1套方案，此方案工程投入資金有所降低，為1 124.4萬元。第3套方案處理軟弱地基以后，地基的整體強度一般，前期沉降量比較少，隨著使用時間的增長可能會產(chǎn)生較大的沉降；但是本套方案引入了土工格柵結構，可以較好緩解沉降情況，剛剛投入使用時，可能會出現(xiàn)一定的沉降，但后續(xù)如果土工格柵結構不被破壞，沉降情況將不會加重，能夠較好地滿足本次工程項目對于地基強度的需求；不僅如此，基于放緩堤坡+土工合成材料的施工方案，整個施工過程比較簡單，施工工期也比較短，在1個枯水期中可以按時完成，較好契合了本次工程項目工期時間較短的特點；此外，本方案所需要的成本投入也比較少，僅為687.4萬元，明顯低于第1套方案和第2套方案。綜合3套方案進行分析以后，最終選擇使用第3套方案進行軟弱地基處理。

表4 3套方案綜合對比

3.5 軟弱地基處理方案的具體實施

在選中第3套施工方案以后，該防洪堤工程開始投入施工，技術準備工作如下：第一，在選定軟弱地基處理技術方案的時候，工程團隊應該進行技術工藝的深入分析，并形成技術圖紙、工藝流程等多種技術資料，針對這些技術要素的合理性與科學性進行綜合探究，保證軟弱地基處理技術方案的各項細節(jié)內(nèi)容都不存在疏漏，可以在工程實踐中得到較好的推行。第二，工程技術人員還要做好技術交底工作，保證每一個施工人員都可以清晰掌握施工環(huán)節(jié)與細節(jié)內(nèi)容。在技術交底活動中，技術人員應該跟施工人員進行密切溝通與交流，并耐心解釋施工人員存在的疑惑與問題，提高后續(xù)工程施工的順暢性。

具體開展施工方案時，先將表層土清理完畢，進行砂礫層鋪設，完成找平工作。找平工作完成后，進行土工格柵和砂卵石層的鋪設工作，接著繼續(xù)鋪設土工格柵。在工程實踐過程中，為進一步避免沉降的影響，對于堤壩高度進行了適當?shù)奶嵘?，從之前設計的13 m提升到了15 m。為了保證防洪堤的連續(xù)性，在軟弱基礎和正?；A的交界處，使用了漸變設計，使得防洪堤工程變得更加和諧。在施工完工后，還對防洪堤各階段的施工效果進行了檢驗，對比了設計方案中的工程量與實際工程量，保證施工方案的各個細節(jié)內(nèi)容可以得到全面的貫徹，取得預期的施工效果。

3.6 軟弱地基處理方案的實施效果

工程施工完成后，使用放緩堤坡+土工合成材料方案不僅節(jié)約了工期(在1個枯水期內(nèi)即可完工)，也降低了工程投資(相較于其他施工方案節(jié)省數(shù)百萬元)。最終建成的防洪堤項目也能夠正常運作，具有較強的經(jīng)濟性。在工程完工投入使用后，發(fā)現(xiàn)防洪堤沉降量滿足相應標準，并沒有出現(xiàn)明顯的沉降與開裂等問題。在長期的使用過程中，沉降量并沒有出現(xiàn)顯著提升，表現(xiàn)出了較強的穩(wěn)定性。這也說明本次防洪堤工程中所選用的軟弱地基處理技術方案是非常合理的，可為同類工程提供一定的參考與借鑒。

4 結語

綜合來看，軟弱地基會給防洪堤工程帶來非常顯著的負面影響，必須在工程設計施工的時候引起充分重視，并進行專項設計，提高軟弱地基的穩(wěn)固性。本文通過研究防洪堤軟弱地基案例，提出了基于放緩堤坡+土工合成材料的施工技術方案。這套施工技術方案具有較強的經(jīng)濟優(yōu)勢，同時施工時間也比較短，施工過程非常簡單，在長期使用中表現(xiàn)出了較強的穩(wěn)定性，可以進行全面推廣。對于其他工程來說，在處理防洪堤軟弱地基的時候，應該針對防洪堤工程項目展開深入全面的分析，在收集充分資料的基礎上設計軟弱地基的處理技術方案。在確定技術方案以后，工程團隊還要做好技術交底工作，并制定全過程動態(tài)技術管理制度體系，保證預先設計好的軟弱地基技術方案可以得到完善全面的實施。除此之外，工程團隊還要做好現(xiàn)場管理與監(jiān)督，避免出現(xiàn)不必要的質(zhì)量問題與安全隱患，防洪堤軟弱地基處理技術就可以發(fā)揮較好效果，充分保證工程施工質(zhì)量。