軟土地基處理技術在河道堤防中的應用

顧寅東

(湖南建工集團有限公司，湖南 長沙 410004)

0 引言

軟土地基是指由強度低、壓縮性高及其他不良性質的軟弱土組成的地基，包括淤泥、淤泥質土和部分充填土，其工程特性表現為含水量較高[1]，孔隙比大；壓縮性高、抗剪強度低；滲透性差，屬于高靈敏土。這些工程特性會影響堤防堤基的排水性和結構穩定性，使工程建筑沉降時間延長，施工質量難以保障[2]。河道堤防對軟土地基的處理方法至關重要，如何在構筑物應力結構、應力方向具有明顯差異性的條件下，完善軟土地基強度和穩定性，值得深入研究。

1 工程概況

龍海市城區防洪及污水截流綜合改造工程擬通過對城區駁岸改造加固提升，消除現狀駁岸的安全隱患，提高防洪標準，避免城市內澇。同時完成污水截流管工程建設，實現舊城區污水收集全覆蓋。現有堤岸防洪標準不足10 a一遇，擬改造堤岸線總長1785.59 m，工程等別為Ⅱ等，防洪標準采用50 a一遇洪水設計，堤防工程的級別為2級。地質勘察表明該段堤岸地基主要為淤泥，下臥淤泥混砂，二者均為軟弱土層，泥和淤泥混砂總厚度13.1 m～15.2 m，不宜直接作為堤岸地基，需經處理。

2 處理技術

2.1 軟土地基處理

一般淤泥和淤泥混砂地基可以采用換填法、預壓排水法、復合地基等方法進行處理。鑒于本工程軟土地基深厚、沉降要求高，堤岸基礎擬采用樁基，可用的樁型有灌注樁、鋼管樁、預應力砼管樁等。

2.1.1 灌注樁

灌注樁系指在工程現場通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘在地基土中形成樁孔，并在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。根據工程特點，灌注樁施工必須構造施工平臺。

工程可采用筑島、架構式鋼平臺。筑島方案先采用方駁設置拋石護腳后從現有堤岸進占筑島，施工較為簡單，但造價高、涉及土石方量大。筑島平臺根據施工期水位要求，平臺頂高程定為4.5 m。基本與現有駁岸高程相當，平臺外側坡坡比1∶2，采用砂土進占填筑。結合永久工程設計，在坡腳設置拋石護腳，底部換填1.48 m海砂，見圖1。

圖1 筑島施工平臺

架構式鋼平臺采用鋼管樁立柱和現有護岸進行支撐，上部采用貝雷橋及鋪槽鋼面層。立柱采用兩排Φ600鋼管樁，縱向間距15 m。鋼管樁施工采用液壓打樁錘配合100 t吊車在現有護岸施工，可先打第一排樁后搭設內側半部施工平臺后再施打外側排樁。鋼平臺斷面見圖2。

2.1.2 鋼管樁

土質很厚(深達50 m～60 m)的軟土層，當上部結構荷載較大而低壓縮性持力層又很深，常采用鋼管樁。其由鋼管、 企口榫槽、企口榫銷構成， 鋼管直徑的左端管壁上豎向連接企口槽，企口槽的橫斷面為一邊開口的方框形，在企口槽的側面設有加強筋，鋼管直徑的右端管壁上且偏半徑位置豎向連接有企口銷，企口銷的槽斷面為工字形。樁下端為開口，隨著樁打入，泥土擠入樁管內與實樁相比擠土量大為減少，對周圍地基的擾動也較小，可避免土體隆起；對先打樁的垂直變位、樁頂水平變位，也可大大減少。

圖2 架構式鋼平臺斷面圖

2.1.3 預應力管樁

預應力管樁屬于擠土樁，樁間要求較高，因此不宜采用較大直徑的管樁，否則承臺尺寸需要加大，縱向間距也要加大。同時，預應力管樁主要用于承受豎向荷載，承受水平力能力較其他樁型較差。本工程護岸需要承受較大的水平推力，且為永久荷載控制，因此，樁基方案選擇不考慮預應力管樁。

2.2 堤防斷面擬定

根據上述軟土地基處理分析，針對本工程實際情況，對該堤段擬定以下幾種斷面進行比較。

1)A方案：灌注樁+重力式擋墻+筑島

本方案堤岸采用兩排D1000灌注樁基礎，縱向間距3 m，灌注樁樁底進入卵石層不小于1.0 m，樁頂標高0.1 m，承臺頂標高1.5 m。上部采用C20埋石砼重力式擋墻，面層設置50 cm厚漿砌條石，條石面層既可以起到裝飾作用也可以用作擋墻外側模板及發揮擋潮作用。擋墻頂部采用鋼筋砼平臺向臨水側懸挑2 m并設置防浪板和欄桿。D800污水管采用一排D600灌注樁基礎。

考慮堤岸防沖及整體穩定要求，需要在臨水側設置拋石護腳，并對地基土進行部分換填。由于筑島放坡要求，A方案拋石護腳至承臺邊緣約9 m，拋石護腳頂高程0.00 m，寬3.0 m，外坡1∶2，內坡1∶1.5。護腳至承臺之間頂面采用干砌塊石護砌，厚0.6 m。斷面圖見圖3。

圖3 灌注樁+重力式擋墻+筑島

2)B方案：重力式擋墻+灌注樁+鋼平臺

本方案采用先架設鋼平臺進行灌注樁施工，堤岸斷面布置與方案A基本相同，僅拋石護腳的位置相對方案A較近，距承臺邊緣5.7 m，可以減小換填海砂及拋石護腳的工程量。斷面圖見圖4。

3)C方案：重力式擋墻+鋼管樁

本方案堤岸采用兩排D800鋼管樁基礎，縱向間距3 m，灌注樁樁底進入卵石層不小于1.0 m，樁頂標高0.1 m，承臺頂標高1.5 m。上部采用C20埋石砼重力式擋墻，面層設置50 cm厚漿砌條石，條石面層既可以起到裝飾作用也可以用作擋墻外側模板及發揮擋潮作用。擋墻頂部采用鋼筋砼平臺向臨水側懸挑2 m并設置防浪板和欄桿。D800污水管采用一排D600灌注樁基礎。

考慮堤岸防沖及整體穩定要求，需要在臨水側設置拋石護腳，并對地基土進行部分換填。由于筑島放坡要求，本方案拋石護腳至承臺邊緣約4.7 m，拋石護腳頂高程0.00 m，寬3.0 m，外坡1∶2，內坡1∶1.5。護腳至承臺之間頂面采用干砌塊石護砌，厚0.6 m。斷面見圖5。

圖5 重力式擋墻+鋼管樁

4)D方案：預應力管樁復合地基+空箱式擋墻

采用D300預應力管樁方案進行地基處理，管樁單樁長15 m，正方形布置，間距1.0 m，管樁共布置11排，處理后地基承載力可達140 kPa。處理后復合地基標高0.00 m。堤岸上部結構采用C30預制鋼筋砼空箱式擋墻，可利用200 t浮吊進行吊裝。預制空箱式擋墻2.5 m一節，底板厚0.6 m，趾板長0.7 m、踵板長1.5 m，墻高4.5 m，墻厚0.4 m，箱內采用亂塊石進行回填。上部設置鋼筋砼平臺懸挑2 m。為減小墻前后水位差，擋墻墻背回填以中粗砂為主，路基回填采用砂碎石。

考慮堤岸防沖、整體穩定及地基承載力要求，需要在臨水側設置拋石護腳，并對地基土進行部分換填，換填中粗砂采用45 kW振沖器進行密實。由于筑島放坡要求，本方案拋石護腳至承臺邊緣約9 m，拋石護腳頂高程0.00 m，寬3.0 m，外坡1∶2，內坡1∶1.5。護腳至承臺之間頂面采用固濱石籠護砌，厚1.0 m。斷面見圖6。

圖6 預應力管樁復合地基+空箱式擋墻

2.3 各方案比選分析

現就堤防各處理方案予以比選分析，見表1。

表1 城區防洪及污水截流綜合改造工程堤防方案比較表

由表1可知，方案A采用筑島方案，涉及大量土石方，造價也是最高、工期最長；方案C采用鋼管樁，造價較高；方案D主要采用預制構件，施工速度較快，但預制樁可能出現無法打入的問題，同時施工期環境影響大，運行時風險最大。方案B采用鋼平臺施工灌注樁，造價適中，結構可靠，地基適應能力也較強。因此本階段推薦采用方案B，即重力式擋墻+灌注樁+鋼平臺。

3 結語

綜上所述，地基處理對河道堤防的安全性具有重要影響，本項目中基于軟土地基處理方案，就堤防設計斷面最終確定為重力式擋墻+灌注樁+鋼平臺，該方案在滿足地基力學性能的前提下較好地平衡了投資、工期及施工難易度，取得了良好處理效果。