地基處理方法在河道工程中的應用與研究

楊蔚為

（上海市水利工程設計研究院有限公司，上海市200056）

1 概 述

上海某河道工程內容包括實地開挖圍場河一條、聯系河一條、調蓄湖一個。圍場河南北走向，兩端與現狀河道相連，總長度約13.68 km，河道寬度為18～45 m，北窄南寬，河底高程為-1.00～0.50 m。聯系河東西走向，連接圍場河和現狀河道，總長度498.39 m，寬45 m，河底高程為0.00 m。調蓄湖位于南側，總面積1.5 km2，湖底高程為0.00 m。河道工程總體布置如圖1 所示。

圖1 河道工程總體布置圖

工程場址2011 年實施圈圍工程，根據2013 年完成的詳勘報告，該地區地層主要分成四大層區：

（1）地表層區。主要由吹填、堆填、促淤形成，土質不均、土性較差。

（2）淺部層區。土性變化較大，包括黏質粉土夾淤泥質粉質黏土、淤泥質粉質黏土以及砂質粉土。

（3）中部層區。以飽和軟黏性土為主，包括淤泥質黏土、黏土、粉質黏土。

（4）深部層區。包括黏質粉土和粉砂。

各層土的物理力學主要參數見表1。

表1 土層物理力學參數

根據勘察報告并結合現場施工情況，該工程地質條件主要呈現以下兩大特征：

（1）土體含水率高，淤泥和淤泥質土較厚。從鉆孔資料來看，淺層主要為淤泥及淤泥質土，部分鉆孔深度達到20 m 時依然存在④層淤泥質粉質黏土。

（2）地質條件復雜多變，局部土層分布不均勻。從現場情況來看，總體上大致呈現河道東岸地質條件略優于西岸，河道南北兩端地質條件略優于河道中段的特點。

該工程典型地質剖面圖如圖2 所示。

圖2 工程地質剖面圖

2 地基處理方法的應用與研究

2.1 換填法

換填法即將基礎底面以下淺層一定范圍內的軟弱土層挖去，然后以質地堅硬、強度較高、性能穩定、具有抗侵蝕性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、粉煤灰、礦渣等材料以及土工合成材料分層充填，同時以人工或機械方法分層壓、夯、振動，使之達到要求的密實度，成為良好的人工地基[1]。

該工程施工過程中，河道局部岸段坡面塌陷無法成型。以位于河道最南側（ZX0+000.00～ZX0+908.81）的A 型護岸為例，該護岸為斜坡式護岸，斜坡坡比為1∶3（見圖3）。在坡面開挖后出現滑坡，生態砌塊擋墻后方充泥管袋施工便道隨之下沉，進而河底隆起。針對上述問題，對斜坡段下方地基進行碎石間隔土換填，換填厚度為0.5 m。此外為了進一步保證坡面穩定性，在坡腳導梁下方進行拋石擠淤，拋石厚1.5 m，采用倒梯形布置。經過上述碎石間隔土換填和拋石擠淤處理后，坡面逐漸趨于穩定并順利開挖成型。

換填法屬于地基的淺層處理方法，與深層處理方法相比，一般使用的工藝技術和施工設備比較簡便，耗費材料較少，工程投資相對比較經濟，適用于上部荷載較小、深度較淺的淤泥、淤泥質土以及暗浜、暗溝等的處理。

圖3 A 型護岸地基處理斷面圖

2.2 真空預壓法

真空預壓法的基本原理是在需要加固的軟黏土地基內設置砂井或者塑料排水帶，然后在地面鋪設砂墊層、上覆不透氣的密封膜與大氣隔絕。通過埋設于砂墊層中帶有濾水孔的分布管道，用真空裝置進行抽氣，在膜內外形成壓力差，使土體中孔隙水壓力降低，有效應力提高，加速土體固結[1]。

該工程調蓄湖（ZX0+908.81～ZX2+528.29）東岸以及河道中段（ZX5+976.30～ZX7+969.20）東岸是整個河道工程地質條件最差的岸段，設計采用了真空預壓法進行地基處理。以調蓄湖（ZX0+908.81～ZX2+528.29）東岸的B 型護岸為例，將處理范圍劃分為四個區域分別進行真空預壓，單個區域的處理面積一般為2 萬～4 萬m2。施工時首先采用回填砂平整場地并打設塑料排水板，常用正方形布置或者等邊三角形布置。塑料排水板間距一般為0.7～1.5 m[2]，該工程取0.7 m，長度采用9 m 和11 m兩種。之后布設濾管使之與塑料排水板相連接并形成排水體系。上述工作完成后從下而上依次鋪設三維土工排水網一層、300 g/m2無紡布一層以及密封膜兩層。抽真空設備均勻布置在真空預壓區四周，每臺機器控制面積在900～1100 m2。加壓時需保證設備連續工作，逐級加壓。膜內真空度一般最低要求為80 kPa[3]，也有相關規范要求86.7 kPa[4]或者96 kPa[5]以上。B 型護岸真空預壓處理斷面如圖4 所示。

圖4 B 型護岸地基處理斷面圖

在加壓過程中對土體沉降進行觀測（見圖5）。沉降監測從3 月30 日開始，數據截止日期是5 月21 日，共計52 d（后續加載持續至90 d）。從圖中可以看出土體累計沉降量隨著時間增加逐漸增大，最大沉降量達到了近90 cm。前期加壓時，沉降速率隨時間增加而增加，在5 月1 日之后沉降速率逐漸變小，至5 月9 日以后沉降逐漸趨于穩定，表明預壓區土體固結基本完成。

圖5 B 型護岸真空預壓1# 區土體沉降觀測圖

圖6 河底隆起導致格埂損壞

圖7 F 形護岸地基處理斷面圖（單位：mm）

真空預壓是一種深層的地基處理方式。處理范圍大、效果好，適用于對含水率高的淤泥及上部荷載較大的地基進行深層處理，但是該處理方式施工復雜且費用高，且需要至少90 d 的預壓時間。該方法目前在水利工程中運用較少，更多運用在機場跑道、鐵路、碼頭堆場等堆載要求較高的領域。

2.3 鋼筋混凝土格埂對撐

該工程河道最北段（ZX10+932.88～ZX13+682.56）河口較窄，設計河口寬度15～18.5m，設計河底寬度3.5 m。該岸段河底原設計采用灌砌塊石護砌，素混凝土格埂分倉。在河道施工過程中局部岸段出現坡面塌陷、河道隆起等問題，河底隆起引起新建的素混凝土格埂開裂錯斷（見圖6）。考慮到該岸段河道較窄，設計將原有的素混凝土格埂變更為鋼筋混凝土格埂，并在下部換填0.5 m 厚碎石間隔土。F 形護岸地基處理斷面如圖7 所示。

在現場施工過程中，鋼筋混凝土格埂澆筑完成后，搶時間完成灌砌塊石施工，之后施工方利用先前錯斷廢棄的素混凝土格埂反壓在護底上部，進一步阻止河底淤泥隆起。待兩側護坡及擋墻施工完成后逐步卸載上部荷載。鋼筋混凝土格埂面層抗拉鋼筋保證了河底淤泥隆起不至于引起格埂開裂，縱橫向格埂對撐鎮住坡腳，防止滑坡。待兩側擋墻和護坡完成后，整個河道斷面形成整體，穩定性進一步增強。這種方法適用于底寬較小的河道，具有相對經濟、方便的特點。

2.4 方樁密打

受場地條件限制，該工程重型機械無法入場，傳統的鋼筋混凝土板樁無法使用。此外，受投資限制，也無法大規模使用鋼板樁。因此該工程在聯系河（ZX10+932.88）南側局部地層下方具有一定持力層的岸段實踐性地采用方樁聯排密打處理方式。方樁密排布置，兩根250 mm×250 mm×10000 mm@1000 mm 方樁之間打設5 根200 mm×200 mm×6000 mm 方樁，在土層中形成類似板樁效果的連續墻阻斷淤泥，如圖8、圖9 所示。由于擠土效應存在，該方法采用的樁型不宜過大。根據現場施工經驗來看，方樁宜間隔打設，打設至設計樁頂高程時預留一定距離，以便在相鄰方樁打設時兩樁同時向下入土達到設計高程。該方法適用于淤泥層厚度相對較淺、地基下方具有一定持力層，且由于客觀條件限制不宜使用傳統混凝土板樁的情況。

圖8 方樁密打地基處理斷面圖（單位：mm）

圖9 方樁密打現場照片

3 結 語

（1）針對河道工程中坡面塌陷無法成型、河底淤泥隆起等軟土地基問題，工程綜合采用換填法、真空預壓法、鋼筋混凝土格埂對撐、方樁密打等方法，保證了工程順利實施。

（2）不同地基處理方法之間受工程投資、處理范圍和軟土地基條件等因素限制，宜根據現場情況合理選用不同方法。換填法用于淺層淤泥處理，真空預壓法適用于深層淤泥處理，鋼筋混凝土對撐適用于淺層淤泥窄河道，方樁密打適用于淺層淤泥且大型設備進出困難的情況。

（3）對于圈圍造地形成的區域，河道工程中要特別重視地基處理，對于控制工程投資、保證施工進度具有非常重要的作用。