廖柳霞 陳麗麗 潘雪倩

（四川江源工程咨詢有限公司）

0 引言

岷江航電龍溪口樞紐工程位于四川岷江干流下游河段，是岷江下游河段（樂山－宜賓）航運和水電規(guī)劃的第四個梯級。龍溪口庫區(qū)總共有10個防護區(qū)，防護區(qū)堤防工程級別均為4級，屬于非主體工程，防護堤長達40多公里，其高度一般不超過10m。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，初步認為機場壩、康家壩、孝姑鎮(zhèn)和五一壩4個防護區(qū)有條件修建膠凝砂礫石壩，以上4個防護區(qū)，粉土層厚度約為0～8m，在分析了粉土地基的承載力、變形、振動液化等特性后，針對防護區(qū)不同厚度的粉土地基提出了不同的處理措施，使地基條件滿足膠凝砂礫石的筑壩要求。

1 地基處理方式研究

1.1 全部深度挖除換填

針對粉土層地基的處理可采用多種方式，由于砂卵石基礎上修建膠凝砂礫石堤已有充足的理論及實驗成果[1]支撐，并在犍為防護區(qū)開始施工應用，故可考慮粉土層全部深度挖除并換填砂卵石。但是，根據(jù)報告[2]及現(xiàn)場勘察，粉土層含水率22%，空隙比為0.84，比重為2.68，飽和度高達70%，對于深厚粉土層地段（最深超過8m），易出現(xiàn)護壁不穩(wěn)定、開挖范圍增大、粉土出現(xiàn)流動等問題。

1.2 部分深度挖除換填

將基礎以下一定深度范圍的粉土挖除，以砂卵石分層充填并達到要求的密實度。龍溪口庫區(qū)防護堤有22.9km 段有條件修建膠凝砂礫石堤，其中粉土厚度在4m 以內(nèi)的有15.6km，占68%，因此初步擬定挖除深度為4m。此方法相對簡單經(jīng)濟、質(zhì)量可控，但換填砂卵石層之下還存在部分粉土下臥層，需計算換填深度和下臥層承載力。

1.3 強夯

強夯處理地基是利用夯錘自由下落產(chǎn)生的沖擊波使地基密實。報告[2]提出采用強夯對粉土層進行處理，但粉土層含水率大、飽和度高，強夯易形成“彈簧土”，達不到加固地基的作用。

1.4 強夯置換

強夯置換是通過夯擊和填料形成置換體，使置換體和原地基土構(gòu)成復合地基來共同承受荷載。強夯置換的加固原理是：強夯（加密）+碎石樁+特大直徑排水井。對于飽和粉土，強夯置換是一種有效的處理方法。

1.5 剛性樁基

包括水泥土攪拌樁、旋噴樁、CFG 樁等，樁基與土體形成復合地基，可提高地基承載力、減少地基沉降、消除液化等。

1.6 膠凝土

在粉土中摻和膠結(jié)材料，形成膠凝土以提高地基性能。但此方法暫無相關(guān)經(jīng)驗和參數(shù)（水泥含量、含水率等），在此暫不考慮此種方法。

2 方案選擇

在上述方法中初步擬定三個方案。由于現(xiàn)階段在砂卵石地基上修筑壩高14m 內(nèi)的膠凝砂礫石堤已有科研論證成果[1]和實際建設經(jīng)驗，因此方案1 為全部深度粉土層挖除換填。方案2 為4m 深度粉土層挖除換填，剩余粉土采用強夯置換處理。方案3 為4m 深度粉土層挖除換填，剩余粉土采用高壓旋噴樁處理，高壓旋噴樁深入砂卵石層1m。

2.1 地基承載力復核

2.1.1 方案1

粉土層較薄時，直接挖除全部粉土層，用砂卵石層作為持力層。砂卵石層地基承載力為400kPa，滿足承載力要求。

粉土層較厚時，挖除全部粉土層，并回填砂卵石至建基面高程。換填砂卵石的壓實系數(shù)在94%～97%時，承載力可達到200～300kPa，可滿足地基承載力要求。

2.1.2 方案2 與方案3

以換填為基礎，輔以強夯置換或高壓旋噴樁，通過計算確定換填深度、強夯置換參數(shù)和高壓旋噴樁參數(shù)，防護區(qū)的土層物理力學參數(shù)地質(zhì)建議值見表3-1，計算成果見表3-2。

表3-1 防護區(qū)土層物理力學參數(shù)地質(zhì)建議值

表3-2 不同壩高下的換填深度

當筑壩高度在8m 及8m 以內(nèi)時，基底最大壓力小于墊層底地基土承載力特征值，地基承載力滿足筑壩要求。

當筑壩高度在10m 時，基底最大壓力為175kPa，大于粉土層承載力。經(jīng)驗算，采用砂卵石換填2m 粉土層，地基承載力可滿足筑壩要求。

當筑壩高度達到12m 時，若僅采用換填法處理地基，換填深度需達到5m，加上基礎埋深1m，總挖除深度達到6m，與最大粉土層厚度相當。由此，建議此處先挖除3m 厚粉土，并進一步處理剩余粉土層地基，使粉土開挖面的地基承載力超過231kpa，然后在處理后的粉土層上換填2m 厚砂卵石。

（1）下部強夯置換

根據(jù)文獻[3]，強夯置換復合地基承載力可按下式估算：

式中：fspk為復合地基承載力特征值（kPa）；fsk為處理后樁間土承載力特征值（kPa）；m為面積置換率；n 為復合地基樁土應力比；Ap為樁的截面積（m2）。

代入計算可得強夯置換率為：m=0.282。

為提高地基承載力，初步選擇表3-3 中的參數(shù)作為強夯置換試驗參數(shù)：

表3-3 強夯置換試驗參數(shù)

夯點按等邊三角形布置，墩的直徑取1.7m，夯點間距取3m，置換率可達0.291，滿足上述計算要求。

圖3 強夯置換示意圖

夯點每邊超出基礎處理深度的1/2～2/3，且不應小于5m。置換填料可采用級配良好的塊石、碎石等堅硬粗顆粒材料，粒徑大于300mm 的顆粒含量不宜超過30%。墩頂鋪設一層厚度500mm 的壓實墊層，墊層材料宜與墩題材料相同，粒徑不宜大于100mm。每個擊點夯擊12～18 次，最后兩擊平均沉降量不宜大于50mm，夯坑周圍不發(fā)生過大隆起。點夯6～8 遍，最后以低能滿夯2 遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。當處理后形成2m以上厚度的硬層時，其承載力可通過現(xiàn)場單墩復核地基靜載荷試驗確定。

（2）下部高壓旋噴樁

根據(jù)文獻[3]，高壓旋噴樁復合地基承載力可按下式估算：

式中：fspk為復合地基承載力特征值（kPa）；fsk為處理后樁間土承載力特征值（kPa）；λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)；m 為面積置換率；為單樁豎向承載力特征值（kN）；為樁的截面積（m2）；β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)。

為提高地基承載力，初步選擇表3-4 中的參數(shù)作為高壓旋噴樁試驗參數(shù)：

表3-4 高壓旋噴樁試驗參數(shù)

夯點按等邊三角形布置，置換率可達0.463，滿足上述計算要求。

圖4 高壓旋噴樁示意圖

2.2 沉降變形復核

文獻[4]中對沉降量的規(guī)定：“竣工后的壩頂沉降量不宜大于壩高的1%”。對于堤防工程，文獻[5]中只提出“竣工后堤基和堤身的總沉降量和不均勻沉降量不應影響堤防安全和運用”。與砂卵石層相比，粉土壓縮變形量較大，通過計算分析，給出了換填后不同壩高下的壩體沉降變形值，如表3-5 所示，括號中數(shù)值代表粉土層的變形值。

表3-5 不同壩高下的沉降變形

結(jié)果表明：壩高在12m 之內(nèi)時，砂卵層地基的變形約3-4cm，與報告[1]中有限單元法計算成果一致。雖然采用換填2m 能減少部分沉降量，但對于深厚粉土層，粉土層的變形達到總變形量的35%-74%，是地基沉降的主要因素。因此，提前消除粉土層沉降，對控制壩體的沉降變形有重要意義。

三個方案提出的地基處理措施，不僅可以提高地基承載力，也能提前固結(jié)土層、消除部分基礎沉降。由此，推薦采用上述措施提前處理壩體沉降變形，處理效果需通過現(xiàn)場試驗進一步確認。

2.3 粉土液化程度復核

防護工程區(qū)地處Ⅶ度地震區(qū)，報告[2]中認為：砂卵礫石層為非液化土層，粉土屬可液化土。根據(jù)文獻[6]，地基液化等級可采用液化指數(shù)IlE來判別。根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)場標貫試驗，成果見表3-6，防護區(qū)場地液化等級為中等，需采取一定的基礎處理措施。三個方案提出的地基處理方式，不僅能提高承載力、減少變形，也能提高地基抗液化能力。在此，對三個地基處理方案的抗液化效果進行分析評價。

表3-6 現(xiàn)場標貫成果及液化指數(shù)

2.3.1 方案1

粉土全部挖除或換填為砂卵石后，地基全部為砂卵石層，不存在液化問題。

2.3.2 方案2

（1）粉土厚度小于4m

對于厚度在4m 內(nèi)的粉土層，采取全部挖除的方法，使壩基置于砂卵石層上，不存在液化的問題。

（2）粉土厚度大于4m

按照3.1.2 中建議的強夯置換參數(shù)，置換樁樁徑1.7m，樁距3m，置換率為0.282。根據(jù)文獻[6]，擠土樁打樁后樁間土的標貫擊數(shù)可由下式確定：

式中：N1為打樁后的標準貫入錘擊數(shù)；ρ為打入式樁的面積置換率；Np為打樁前的標準貫入錘擊數(shù)。

強夯置換處理前后的標貫擊數(shù)（以3#孔為例）見表3-7：

表3-7 強夯置換前后標貫擊數(shù)對比表

經(jīng)強夯置換處理后，各個深度的標貫擊數(shù)N1均大于液化判別標貫擊數(shù)臨界值Ncr，可認為處理后的地基基本不再發(fā)生液化。

2.3.3 方案3

（1）粉土厚度小于4m

對于厚度在4m 內(nèi)的粉土層，采取全部挖除的方法，使壩基置于砂卵石層上，不存在液化的問題。

（2）粉土厚度大于4m

根據(jù)文獻[6]，樁基是全部消除地基液化的措施之一，樁端深入液化深度以下砂卵石層的長度不應小于0.8m。方案3 高壓旋噴樁深入砂卵石層1m，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

根據(jù)以上計算分析及現(xiàn)場試驗成果，綜合考慮地基承載力、變形和粉土液化等因素，對粉土層地基的處理提出以下三種方案：

方案1：全部挖除換填

（1）粉土層較薄時，直接挖除全部粉土層，用砂卵石層作為持力層；

（2）粉土層較厚時，挖除全部粉土層，并回填砂卵石至建基面高程。

方案2：部分挖除換填+強夯置換

（1）粉土厚度不大于4m 時，采用全部挖除的方法處理；

（2）粉土厚度大于4m 時，挖除表面3m 厚粉土，用強夯置換處理剩余粉土層，墩頂鋪設一層厚度500mm 的壓實墊層，最后鋪設1.5m 厚砂卵石層。

方案3：部分挖除換填+高壓旋噴樁

（1）粉土厚度不大于4m 時，采用全部挖除的方法處理；

（2）粉土厚度大于4m 時，挖除表面3m 厚粉土，用高壓旋噴樁處理剩余粉土層，樁端深入砂卵石層1m，樁頂鋪設一層厚度300mm 的褥墊層，最后鋪設1.7m 厚砂卵石層。