堤防工程地基處理的探討

何維兵 蒲少瓊

（1.鳳翔縣馮家山灌區灌溉管理處 陜西 鳳翔 721400；2.鳳翔縣東風水庫灌溉管理處 陜西 鳳翔 721400）

堤防地基處理是堤防工程建設中一個重要組成部分，基礎的穩定與否直接影響堤防工程安全和防洪保安作用的正常發揮。鳳翔縣韋水河重點段防洪工程在工程建設中就遇到淤泥或淤泥質土和地下水位偏高的地質問題，給施工帶來了不便和困難，下面結合筆者參與的工程實際做法對此類地基處理進行了探討。

1 工程概況

風翔縣韋水河重點段防洪工程治理范圍為城關鎮、姚家溝鎮和橫水鎮等3個集鎮段，工程全長8.310km，城關鎮七里河段新修堤防2.749km，新修護岸2.284km；橫水鎮修建護岸2.575km；姚家溝鎮新修護岸0.702km。其中，城關鎮七里河段堤防工程全長5.033km，起止樁號分別為R0+000～R2+672和 L0+000～L2+361。

該工程新建堤（護）岸高度一般為4.0m左右，堤頂寬度為4.0m，迎水側坡比1:2。砌體均采用M7.5漿砌石襯砌，襯砌厚度30cm，下設10cm厚砂礫石墊層。護坡每隔10m設一道沉降縫，縫寬2cm，縫內塞填瀝青砂板條。防汛道路寬3m，單側栽植旱柳。

2 工程地質

本區位于鄂爾多斯臺拗南緣，屬祁呂賀山字型構造前弧東翼與秦嶺緯向構造體系、隴西旋卷構造體系的復合部位，幾個構造體系相互影響和改造，基底構造十分復雜。對工程區穩定有影響的全新活動斷裂有：寶雞—咸陽活動斷裂、隴縣—千陽—虢鎮活動斷裂、隴縣—岐山—埡柏活動斷裂、五曲灣—興平活動斷裂。根據《中國地震動參數區劃圖（2001）》以及2008年國家地震局汶川地震烈度分布圖分析，工程區地震動峰值加速度α=0.15g，相應的地震基本烈度Ⅶ度。

七里河堤防工程段位于七里河漫灘之上，該段河谷蜿蜒下行，蛇曲發育，河床寬8m～50m，旱季流量小，洪水季節流量較大。兩岸發育漫灘，灘面較為平坦，高程約750m～806m，寬度約20m～150m，略向河流及下游傾斜。

依據野外露頭觀察、鉆探、坑探揭示，七里河工程區勘探深度內底層巖性由新至老為：①人工填土（Q4S）、②-1砂礫石（Q43al）、②-2砂卵石（Q43al）、③-1壤土（Q42al+Pl）、③-2砂礫石（Q42al+Pl）、③-3砂卵石（Q42al+Pl）、④-1壤土（Q41al+Pl）、④-2砂礫石（Q41al+Pl）、⑤砂壤土（Q3eol+Pl）、⑥壤土（Q2eol+Pl）。

工程地質勘察報告地質分段評價結果為：七里河L0+150～L0+300區段堤基③-1層壤土壓縮系數平均值0.30MPa-1，壓縮模量平均值5.85MPa；⑤層砂壤土壓縮系數平均值0.2MPa-1，壓縮模量平均值8.4MPa，均屬中壓縮性土，沉降變形量較大。同時，由于③-1層土厚度變化大，亦具有不均勻沉降變形，在土體近飽和時，沉降變形的速度快，不滿足堤防對地基變形要求，存在壓縮變形問題。沿岸③-1層壤土地下水位以上具非自重Ⅰ級濕陷性，不宜直接作為堤基吃力層，需進行工程處理。防洪堤堤基宜選擇在河漫灘下部的③-2層砂礫石和③-3層砂卵石上，局部壤土層較厚處應進行工程處理。

七里河 L1+410～L2+498、R2+163～R2+672區段為河漫灘，上部地層為Q42al+Pl壤土，厚度約2m～7m，Es=5.85MPa，抗剪強度φ=15.2°，c=22.9，允許不沖流速v=0.45m/s，fk=110kPa，抗剪強度低，變形量大，承載力低，抗沖性較差，厚度不均，分布穩定，具非自重Ⅰ級濕陷性，不宜直接作為堤基持力層，需進行工程處理。中部為Q42al+Pl砂礫石層，厚度約5m～10m，Dr=0.43，中密，抗剪強度φ=34°，變形模量Eo=20MPa， 滲 透 系 數 K=6×10-2cm/s；fk=210kPa，J允許=0.15，抗剪強度大，變形小，承載力高，不存在滲透破壞問題，但抗沖性較差，當防洪墻基礎設計于河流最大沖刷深度以下時，可滿足堤防地基的要求。底部為Q2eol+P1壤土層，分布穩定，壓縮模量Es=9.8MPa，fk=180kPa，中低壓縮性，承載力滿足要求。地下水位埋深約2m～7m。

3 施工中發現的問題

在工程施工過程中，發現七里河L0+150～L0+300區段出現大面積流塑態的淤泥或淤泥質土地基，深度達3.5m左右；七里河 L1+410～L2+498、R2+163～R2+672區段位于的鳳翔縣笙簫園滾水壩下游，受其影響地下水水位較高，基槽開挖完后充滿水，施工非常困難。

4 問題的分析和解決

4.1 河床地基的特性

河道的河床主要由淤泥、淤泥質土和砂、礫、卵、漂石組成。在河床的外緣最常見的是淤泥或淤泥質土和細砂層。它的特點是天然含水量大、壓縮性高、透水性弱、抗剪強度低，承載能力差。淤泥和淤泥質土的工程特性表現為三高兩低：①高含水量：w=40%～90%，有時w>100%；②高壓縮性：a>0.5 MPa-1～3.0MPa-1；③高流變性或蠕變：次固結隨時間增加；④低強度：不排水強度Cu=10 kPa ～20kPa<30 kPa，N<5，fa<100kPa；⑤低滲透性：滲透系數為10-5～10-8cm/s，固結過程很慢。

4.2 常用堤防地基處理方法

4.2.1 地基處理的目的

軟土地基處理的目的，通過采取工程措施來改良地基土的工程特性，主要包括：①提高地基的抗剪切強度；②降低地基的壓縮性；③改善地基的透水特性。一種是增加地基土的透水性加快固結，另一種是降低透水性或減少其水壓力（基槽抗滲透）。

4.2.2 堤防地基處理方法分類及應用范圍

軟土地基處理的基本方法主要有置換、夯實、擠密、排水、膠結、加筋和熱學等方法。常用堤防地基處理方法的原理、作用及適用范圍如下：

（1）擠淤法。采用邊填塊石、邊擠淤的方法，在地基中形成塊石墩體。可提高地基承載力和減小變形。適用于厚度較小的淤泥和淤泥質土地基，應通過現場試驗確定其適應性。

（2）墊層法。其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實土，按回填的材料可分為中粗砂墊和砂礫石等，回填后予以壓實。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量，常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。該法常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層(淤泥質土、松散素填土、雜填土以及已完成自重固結的沖填土等)與低洼區域的填筑。一般處理深度為2m～3m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。

5 解決方法

5.1 淤泥或淤泥質土地基處理

在七里河L0+150～L0+300區段經過現場試驗，最后決定采用擠淤法處理。先按照圖紙進行拋投塊石的施工放樣，即先按拋投塊石設計標高計算出需拋投塊石堤段工程基礎寬度。用自卸汽車將石料運至拋投現場基槽邊緣，先用挖掘機進行分選拋投，即由挖掘機將大于50cm的大粒徑塊石均勻分層拋投，擠淤從基槽中心呈等腰梯形向前和兩側拋填至基礎寬度，使泥沼及淤泥向兩側擠出，直至塊石露出淤泥面，然后由推土機將小粒徑的塊石推平嵌縫。為了增加擠淤效果，拋石采用推土機和挖掘機配合進行，方法為進占法。拋投至淤泥面以上20cm～30cm后即由挖掘機來回走動進行碾壓，使塊石沉入基本穩定。但由于該段堤防基礎窄、河床淤泥深等因素制約，碾壓設備無法進入作業，最后采用挖掘機挖斗拋投塊石并擠壓，擠壓塊石到河漫灘下部的③-2層砂礫石和③-3層砂卵石持力層上，直至無下沉現象。在作業面擠壓過程中，用人工將片石空隙以小石或石屑填滿鋪平，直至拋石層頂面平整，無明顯孔隙。

5.2 地下高水位地基處理

七 里 河 L1+410～L2+498、R2+163～R2+672區段堤防處理時，采用了墊層法。具體是按照施工圖紙放線開挖基槽河到下部的③-2層砂礫石和③-3層砂卵石頂部，同時在基槽上部壤土層最低處開挖一條排水溝準備排水，排水溝底高程與河道地下水位齊平。接下來對地下水位以下基槽進行散拋石，隨著拋石體積的增大，從排水溝排除部分河水。拋石時，挖掘機將大粒徑的塊石均勻分層拋投，直至塊石露出水面，然后由推土機將小粒徑的塊石推平嵌縫并碾壓。基槽拋石完成后，再在基礎外增加1m×1m鉛絲籠石一排，沿該段布置護腳。

6 結論

2011年汛期，鳳翔縣出現了“7·28”強降雨、“8·15”短時大風暴雨和“9.·16～9·19”強降雨災害天氣。由于前期降雨使土壤水嚴重飽和，從8月中旬的降雨開始，七里河發生多次較大洪水。鳳翔縣韋水河重點段防洪工程經歷住了2011年多次洪水的考驗，工程總體運行正常，進行過地基處理的城關鎮七里河L0+150～L0+300和L1+410～L2+498、R2+163～R2+672區段未出現因地基沉降而產生裂縫或損壞現象。2012年堤防汛前監測數據顯示，該區段堤防工程地基處理采用以上處理辦法是可行的，是值得類似工程借鑒和采用的。陜西水利