陳偉威

(東莞市橫崗水庫(kù)管理處，廣東 東莞 523000)

0 引言

海堤軟土地基的處理方法在施工中常見(jiàn)的有換土墊層法、拋石擠淤法、反壓法、打樁法、排水井法、水泥攪拌樁法[1-3]等，作用即為改善堤防及排澇閘址存在的軟土地基不良的地質(zhì)問(wèn)題。不管用什么方法，其處理的工藝都要因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)與水文條件等的影響，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工條件等多方面綜合比較后確定出最為合理的技術(shù)方案[4-5]。

1 工程概況

工程區(qū)內(nèi)地勢(shì)低平，水網(wǎng)縱橫，水塘、洼地密布。圍內(nèi)主要河涌有：東西向的一涌、二涌……二十涌及二十一內(nèi)涌，均貫通蕉門(mén)水道與洪奇瀝，另有若干條縱向河涌將一至十四涌串聯(lián)在一起，一至十八涌東西均有水閘控制，十九、二十和二十一涌目前只建有西閘，東閘已規(guī)劃或正在建設(shè)，縱向通外江的河涌也有水閘控制。

二十涌現(xiàn)狀河道平均寬約84m，西側(cè)涌口通過(guò)水閘連接洪奇瀝水道，東側(cè)涌口直接連通蕉門(mén)水道，為雙向流動(dòng)。目前河涌主要有排澇、引水等功能。兩岸已經(jīng)整治，現(xiàn)狀為干砌石擋墻，堤頂高程在3.7～4.2 m之間，南北兩岸均建有5.5 m 寬的碎石路，兩岸原有的藕塘農(nóng)田已建設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)化魚(yú)塘，通過(guò)魚(yú)塘附近的引水渠道與二十涌連通?，F(xiàn)狀二十涌東涌口無(wú)水閘，西側(cè)涌口原建有二十涌西閘，閘門(mén)3孔，總凈寬為15 m。由于該水閘使用年限長(zhǎng)，工程嚴(yán)重老化，不斷暴露出許多威脅工程安全和妨礙工程發(fā)揮效益的問(wèn)題，西閘現(xiàn)已完成重建設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)閘寬為24 m，閘底高程為-2.8 m。

工程防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，二十涌(內(nèi)河涌)排澇標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，24h暴雨1 d排干不成災(zāi)。外江堤防級(jí)別為2級(jí)，堤防穿堤建筑物(二十涌東水閘)工程等別為Ⅱ等。主要建筑物包括二十涌東水閘、左右岸連接堤、交通橋等級(jí)別為2級(jí)，內(nèi)涌堤防為4級(jí)建筑物，其余次要建筑物包括水閘護(hù)底護(hù)坡等為3級(jí)建筑物。

2 場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

工程區(qū)河網(wǎng)縱橫，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，地形開(kāi)闊平坦。萬(wàn)頃沙外形輪廓呈三角形，東、南、西三面環(huán)水，系人工圍墾河網(wǎng)平原，據(jù)了解已有數(shù)十年歷史，周邊少有農(nóng)作物，主要為魚(yú)塘，局部分布有漁民民房。

2.2 巖土特征

根據(jù)鉆孔揭露連接堤基主要巖土層為：②1-1淤泥、②-2泥質(zhì)粉細(xì)砂、③-1粉質(zhì)粘土、③-2泥質(zhì)中粗砂、④-1(全風(fēng)化)粉砂巖、④-2(強(qiáng)風(fēng)化)粉砂巖、④-3(弱風(fēng)化)粉砂巖，具體描述如下：

②1-1河床淤泥：灰色、灰黑色，飽和，呈流塑狀，無(wú)臭味，主要成分為粉粘粒，局部夾少量砂粒，底部夾較多貝殼，有粘性，切面較光滑。層厚約24～27 m，具弱透水性，分別連續(xù)且廣泛。

②-2泥質(zhì)粉細(xì)砂層：灰黃、灰白、灰色，飽和，稍密～中密狀，主要成分為粉細(xì)砂，次為粉粘粒，局部含少量礫石，局部相變?yōu)楹?泥質(zhì))中細(xì)(粗)砂。層厚約3.10～4.40 m，頂板高程-26.58～-25.68 m，屬中等透水性，分布廣且連續(xù)。

③-1粉質(zhì)粘土：深灰、灰白色，硬塑狀，主要成分為粉粘粒，土質(zhì)不均勻，不間斷夾薄砂層。層厚約13～15 m，頂板高程-36.88～-35.08 m，分布廣且連續(xù)。

③-2泥質(zhì)中粗砂：灰白色、淺灰色，飽水，中密～密實(shí)狀，主要成分為中粗砂，顆粒級(jí)配一般，局部夾少量卵礫石。所有鉆孔均有揭露，層厚約6.5～7.3 m，相應(yīng)頂板高程約-52.20～-50.08 m。

④上第三系中新統(tǒng)紫紅色粉砂巖，按風(fēng)化狀態(tài)分為全、強(qiáng)、弱風(fēng)化巖，工程地質(zhì)條件較好，埋深大于50 m。

堤防堤基土層主要為淤泥，承載力較低，壓縮性較高，厚度較大，存在軟土沉降及抗滑穩(wěn)定問(wèn)題。需進(jìn)行地基處理提高承載力后方可作為堤防的基礎(chǔ)持力層。地基處理方法可考慮水泥攪拌樁法。另外，為保證新、舊堤身連接較好，須將舊堤表層雜草、表層腐植土層清除干凈后進(jìn)行培厚加固施工。

2.3 水文地質(zhì)條件

工程區(qū)雨量充沛、河網(wǎng)密布，地表水和地下水資源豐富。地下水主要含水層為第四系覆蓋層的孔隙含水層和基巖中廣布的裂隙含水層?？紫逗畬又饕植加跊_積層的孔隙中，場(chǎng)區(qū)沖積層分布廣、厚度大，含水量豐富，地下水主要接受大氣降水的滲入補(bǔ)給或外圍含水層的側(cè)向補(bǔ)給。河水和地下水受潮流影響嚴(yán)重，尤其是后者直接影響著地下水補(bǔ)給、排泄。漲潮時(shí)河水位上漲，發(fā)生倒流，地下水位上升，退潮時(shí)河水位下落，地下水位亦下降。

①人工填土、②-2 泥質(zhì)砂層和③-2 泥質(zhì)中粗砂為工程區(qū)主要透水層，場(chǎng)地廣泛分布，且連續(xù)，厚度大，含水量較豐富，勘察期間鉆孔水位與河水位相近，說(shuō)明場(chǎng)地地下水與河水保持較好水系聯(lián)系。

地表水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼筋鋼筋具弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性；地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼筋具中等腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

3 堤基處理設(shè)計(jì)

工程基礎(chǔ)坐落在淤泥層中，故對(duì)堤身地基的穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核，以對(duì)復(fù)合地基處理進(jìn)行研判。

3.1 堤防穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)及《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL203-97)，由于該工程區(qū)域設(shè)計(jì)烈度為7度，閘室左、右連接段和外江堤防級(jí)別為2級(jí)，內(nèi)涌堤防為4級(jí)，無(wú)需進(jìn)行抗震計(jì)算。由于外江堤圍斷面取與整治后的斷面相同，內(nèi)涌堤防斷面與外江堤圍斷面類(lèi)似，但堤防高度較低，且安全系數(shù)要求較低，故外江堤防和內(nèi)涌堤防是安全的，僅需進(jìn)行閘室左、右連接段斷面的穩(wěn)定分析，計(jì)算工況見(jiàn)表1。

表1 穩(wěn)定計(jì)算設(shè)計(jì)水位組合表

采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院《巖土工程系列軟件》進(jìn)行分析。采用瑞典圓弧滑動(dòng)法的總應(yīng)力法計(jì)算公式進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析，穩(wěn)定滲流和驟降工況采用固結(jié)快剪指標(biāo)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 閘室左、右連接段抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算成果表

3.2 沉降計(jì)算

連接段要進(jìn)行沉降計(jì)算，應(yīng)包括堤頂中心線處堤身和堤基的最終沉降量，并對(duì)計(jì)算結(jié)果按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)加以修正。取用多年平均低潮位(-0.53 m)時(shí)的工況作為荷載計(jì)算條件。

按照《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的分層總和法采用地基各土層的e～p關(guān)系曲線計(jì)算最終沉降量；同時(shí)按照《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》(JTGTD31-02-2013 )計(jì)算不同時(shí)刻地基的沉降，即可計(jì)算得到各分級(jí)加荷下的沉降量與不同時(shí)刻的殘余沉降量。

連接段為新填筑堤防，選取最大堤高斷面進(jìn)行計(jì)算。

沉降計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院《巖土工程系列軟件》進(jìn)行分析。

計(jì)算得堤頂中心線處地基沉降量，計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 連接堤沉降計(jì)算成果表

施工中堤頂竣工驗(yàn)收高程應(yīng)按此基準(zhǔn)期最終沉降量扣除施工期沉降量后的預(yù)留超高考慮。

3.3 堤基處理

根據(jù)前述計(jì)算，連接堤的水位降落期和施工期的抗滑穩(wěn)定不能滿(mǎn)足要求，堤防沉降較大，需要對(duì)堤基進(jìn)行處理，以提高地基承載力。

采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理，樁徑選用 φ600 m，矩形布置，間距1.2 m×1.2 m。深層攪拌樁單根樁長(zhǎng)應(yīng)超過(guò)危險(xiǎn)滑弧以下2 m。樁間土層承載力取50 kPa，根據(jù)《地質(zhì)報(bào)告》中水泥土配合比設(shè)計(jì)成果樁身抗壓強(qiáng)度取2 000 kPa，面積置換率須達(dá)到28.27%，需要水泥攪拌樁 536根。

根據(jù)上述堤防邊坡穩(wěn)定性分析，攪拌樁長(zhǎng)取為18m。處理后強(qiáng)度指標(biāo)： 對(duì)于施工期：C=22 kPa；φ=14°，穩(wěn)定滲流和驟降工況：C=24 kPa；φ=18°。按照處理后強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc見(jiàn)堤防抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算成果表2，滿(mǎn)足規(guī)范要求；處理后沉降計(jì)算結(jié)果見(jiàn)連接堤沉降計(jì)算成果表3。

3.4 樁基設(shè)計(jì)計(jì)算

3.4.1 單樁豎向承載力特征值計(jì)算

由于閘址地基土層中有機(jī)質(zhì)含量較高，水泥攪拌樁單樁承載力取決于樁身抗壓能力，則單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下兩式計(jì)算，取小值：

Ra=ηfcuAp

(1)

(2)

式中：fcu為在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d齡期室內(nèi)加固土試塊(邊長(zhǎng)為70.7 mm的立方體)的抗壓強(qiáng)度平均值(kPa)；取 2 000 kPa；Ap為樁的截面積(m2)；η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.25；up為樁的周長(zhǎng)(m)；li為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度(m)；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值。可塑狀態(tài)的粘性土取值為12～18 kPa；軟塑狀態(tài)的粘性土取值為10～15 kPa；淤泥質(zhì)土取值為6～12 kPa；淤泥取值為4～7 kPa；a為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，取值為0.4～0.6，承載力越高取值越低。qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值(kPa)；

經(jīng)計(jì)算，單樁承載力Ra=141.37 kN，滿(mǎn)足地基承載力要求。

3.4.2 水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算

復(fù)合地基承載力按下式計(jì)算：

(3)

式中：Ra為單樁承載力(kPa)；m為攪拌樁的面積置換率(%)；fsk為樁間土體承載力標(biāo)準(zhǔn)值，處理后樁間土承載力特征值(kPa)；β為樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁周土的承載力特征值的平均值不小于樁端土未經(jīng)修正的承載力特征值時(shí)，取值范圍為0.5～0.9，差值越大時(shí)取值越高；反之取值范圍為0.1～0.4，差值越大時(shí)取值越低。fspk為復(fù)合地基承載力特征值(kPa)；

經(jīng)計(jì)算，復(fù)合地基承載力可達(dá)159.3 kPa，滿(mǎn)足地基承載力要求。

3.4.3 復(fù)合地基等效強(qiáng)度指標(biāo)

根據(jù)《導(dǎo)則》，水泥攪拌樁復(fù)合地基的等效強(qiáng)度指標(biāo)可按下式計(jì)算：

C=C1m+C2(1-m)

(4)

(5)

式中：m為攪拌樁的面積置換率；C1為攪拌樁樁身粘聚力，kPa；φ1為攪拌樁樁身內(nèi)摩擦角，取1=20°～24°；C2，φ2為軟土層粘聚力、內(nèi)摩擦角，根據(jù)地勘報(bào)告取②1-1淤泥層天然快剪指標(biāo)，C2=2 kPa，φ2=4.4°；k1為攪拌樁的剛度，kN/m；k2為樁周軟土部分的剛度，kN/m；β為樁的沉S1和樁周軟土部分沉降S2之比，對(duì)填土，一般S1

按照處理后強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表2，均滿(mǎn)足要求。

4 水泥攪拌樁施工工藝

4.1 工藝流程

深層攪拌樁的樁深強(qiáng)度很大程度上取決于攪拌噴漿的均勻程度，結(jié)合工程特點(diǎn)與類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn)，采用“六攪五噴”的施工工藝作基礎(chǔ)處理。其工藝如下：攪拌機(jī)攪拌下沉 → 攪拌機(jī)攪拌噴漿提升→攪拌機(jī)攪拌噴漿下沉 → 攪拌機(jī)攪拌噴漿提升 → 攪拌機(jī)攪拌噴漿下沉 → 攪拌機(jī)攪拌噴漿提升(設(shè)計(jì)樁頂以下10 m樁長(zhǎng)范圍內(nèi)噴漿)→形成固結(jié)樁體。

4.2 深層攪拌樁施工

該工藝優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備國(guó)產(chǎn)較普及，一般的施工單位都能勝任，且施工振動(dòng)小、無(wú)噪音和基本無(wú)污染；缺點(diǎn)主要是施工過(guò)程不易控制，施工質(zhì)量不易保證，對(duì)土質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量、含水量比較敏感，樁長(zhǎng)受到限制，一般不超過(guò)18 m[6-8]。施工步驟為：

(1)安裝成樁設(shè)備，要求平整穩(wěn)固，施工過(guò)程中避免晃動(dòng)，樁架上須安裝用于觀測(cè)斜度與深度的設(shè)備。

(2)根據(jù)試驗(yàn)得到的水泥漿液配合比，以及固化劑與外摻劑的使用情況，還有設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)通過(guò)公式計(jì)算得出所需噴漿量，制備水泥漿液。

(3)攪拌機(jī)預(yù)攪下沉：該步驟施工過(guò)程中不允許沖水下沉。攪拌機(jī)預(yù)攪下沉期間按照要求觀測(cè)加固區(qū)的沉降情況，做好加固區(qū)沉降變形情況的記錄[9-10]。

(4)噴漿成樁：打開(kāi)灰漿泵連續(xù)噴入水泥漿液。注漿泵的出口壓力取決于輸漿速度，需控制在0.4～0.6 Mpa之間，輸漿速度與攪拌提升速度相等。漿液與出漿口持平后，噴漿座底半分鐘。

(5)提升攪拌：樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高接近地面標(biāo)高時(shí)，要對(duì)樁頭的施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，攪拌機(jī)噴漿攪拌接近地面時(shí)，降低攪拌速度，噴漿口與地面接近持平時(shí)，提升停止并進(jìn)行攪拌，確保樁頭密實(shí)均勻。

(6)成樁完畢：下沉與提升達(dá)到“六攪五噴”標(biāo)準(zhǔn)后打開(kāi)灰漿泵將管路中殘存的水泥漿清理完畢。

(7)樁體保護(hù)與樁頂開(kāi)挖：施工完畢一個(gè)月后，人工開(kāi)挖樁頂以上的半米覆蓋層，嚴(yán)禁機(jī)械開(kāi)挖。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某海堤堤圍新建工程為例，針對(duì)堤基處淤泥及淤泥質(zhì)土層承載力較低的問(wèn)題，采取水泥攪拌樁地基基礎(chǔ)處理。結(jié)果顯示，采用樁徑φ600 m，矩形布置，間距1.2 m×1.2 m水泥攪拌樁“六攪五噴”處理后，單樁承載力Ra=141.37 kN，復(fù)合地基承載力特征值fspk=159.3 kPa，均滿(mǎn)足地基承載力要求，進(jìn)行水泥攪拌樁處理后地基承載力有顯著提升，可為質(zhì)量評(píng)定提供參考，也為類(lèi)似軟土地區(qū)地基土處理提供了科學(xué)參考。