曹應(yīng)華

（安徽省皖河長(zhǎng)江河道管理局，安徽安慶 246009）

1 基本情況

同馬大堤巨網(wǎng)段（樁號(hào)138+250～144+900），全長(zhǎng)6.65 km，位于皖河與長(zhǎng)江匯流處的大圩拐沿皖河至皖河閘，為2級(jí)堤防，于1957—1958年穿湖而筑，堤基系河湖沉積、沖擊而成。地形由南向北傾斜，地勢(shì)較為平坦，地面高程8.60～9.60 m。堤基土層主要為交錯(cuò)的河漫灘沉積，由于河流多次變遷改道，時(shí)沖時(shí)淤，形成變化復(fù)雜的地質(zhì)層次，地面以下有約14.00 m厚的軟弱土層。1983年，同馬大堤列入國家基建項(xiàng)目以后，逐年進(jìn)行加固，至2002年達(dá)到防御長(zhǎng)江1954年型洪水標(biāo)準(zhǔn)。目前，該段堤防現(xiàn)狀為堤頂寬8.00 m、高程22.00 m，堤防內(nèi)、外坡在高程15.50 m處設(shè)20.00～30.00 m平臺(tái)，平臺(tái)以上坡比1∶3，平臺(tái)以下坡比1∶5。

堤防形成后于1959，1960，1968，1973，1983，1996，2010，2011，2015，2016，2019年發(fā)生滑坡、沉陷及開裂等重大險(xiǎn)情，分別于1964，1968，1995—1996，2001，2011，2015，2016，2020年進(jìn)行了多次不同部位的應(yīng)急除險(xiǎn)加固。

2 工程地質(zhì)

該段堤防位于皖河與長(zhǎng)江交匯區(qū)，土層主要為交錯(cuò)的河漫灘沉積，可劃分為4層。

①層（Q4al）：粉質(zhì)粘土層，灰黃、黃色，軟塑～可塑，含水率高，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，接觸部位含有大量的腐殖質(zhì)。具有中高壓縮性，分布普遍，層厚1.40～5.10 m，層底高程6.73～3.80 m。

①-1層（Q4al）：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色，軟塑狀態(tài)為主，局部可塑狀態(tài)，含螺殼，有光澤。局部夾薄層砂，層厚1.00～2.45 m，層底高程3.59～4.53 m。

②層（Q4al）：粉細(xì)砂，局部夾薄層狀粉質(zhì)粘土，灰色；飽和，松散～稍密，有搖震折水反應(yīng)。層厚2.30～3.55 m，層底高程0.19～2.23 m。

③層（Q4al）：粉質(zhì)粘土與粉細(xì)砂互層，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，呈軟塑狀態(tài)；土層分布不均，較為復(fù)雜，層厚10.00～16.30 m，層底高程-14.07～-8.87 m。其中，粉質(zhì)粘土呈軟塑～軟可塑狀態(tài)，粉細(xì)砂分布不均，多為夾層，局部含均質(zhì)薄砂層，且呈稍密狀態(tài)。

④層（Q4al）：砂礫石，灰黃色，中密，飽和，礫石含量35%左右，成份圓礫為主，分布不均，稍有膠結(jié)，稍密～密實(shí)狀態(tài)，層厚14.40 m，層底高程-26.70 m。層下臥砂卵石，灰黃色，中密，飽和，礫石含量50%左右，成份卵石為主，分布不均，密實(shí)狀態(tài)。

3 堤基不均勻沉降問題分析

根據(jù)鉆孔揭露的地層分布情況，可知堤基在高程-6.80～8.20 m范圍內(nèi)存在較厚的軟弱土層，土層抗剪強(qiáng)度低、含水率大、壓縮性高、層厚不均。在大堤修建過程中并未對(duì)堤基軟弱土層進(jìn)行處理，且受堤防填土過程、水位變化、排水條件的影響，軟土地基產(chǎn)生不均勻沉降，造成堤坡出現(xiàn)塌陷、裂縫、下挫等險(xiǎn)情。通過對(duì)堤基軟土層的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析得出：堤身的下臥粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的含水率、孔隙比及壓縮系數(shù)從堤頂部位到迎水側(cè)坡腳再到灘地部位依次增大，干密度則依次減小。其原因是堤頂部位上覆荷載較大，經(jīng)過多年的固結(jié)，該部位下臥粘土層的孔隙比、含水率、壓縮性均有所降低，強(qiáng)度和變形特性有了一定的提高；迎水側(cè)坡腳及灘地部位由于上覆荷載較小，孔隙比、含水率和壓縮性變化不大，性質(zhì)仍較為軟弱，當(dāng)受到水位變化、降雨和土體浸水軟化作用等擾動(dòng)時(shí)，由于堤頂下臥粘土層壓縮性低且受到的擾動(dòng)較小，而迎水側(cè)堤腳處下臥粘土層性質(zhì)軟弱且受到的擾動(dòng)較為劇烈，必然引起地基產(chǎn)生不均勻沉降；此外，相比較于堤身，迎水側(cè)反壓平臺(tái)的填筑時(shí)間較晚，排水條件較差，下臥粘土層在各部位并非同步產(chǎn)生固結(jié)沉降，也會(huì)造成地基的不均勻沉降[1]。

4 地基處理措施比選

目前，軟基處理較為成熟的有復(fù)合地基法、排水固結(jié)法、強(qiáng)夯法、拋石擠淤法、換填等方法。根據(jù)該段堤防實(shí)際，選定直排式真空聯(lián)合堆載預(yù)壓排水固結(jié)法、水泥攪拌樁復(fù)合地基法進(jìn)行比選。

4.1 直排式真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法

4.1.1加固機(jī)理

直排式真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法[2]是通過抽真空與堆載土體，將土體中孔隙中的部分水、氣排出，使土體產(chǎn)生固結(jié)而加固。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是按照一定間距打設(shè)塑料排水板，在排水板上覆蓋不透氣的密封膜，通過射流泵將膜下土體中的空氣和水抽出，形成真空度，使密封膜內(nèi)外形成一個(gè)壓差。壓差通過塑料排水板漸漸向下延伸，并向四周的土體擴(kuò)展，使土體中的空氣和水在真空的作用下發(fā)生由土體向排水板的滲流，并匯至地表的濾管中排出，從而使土體發(fā)生固結(jié)沉降。該方法可以使軟基的沉降量提前發(fā)生，減少施工后沉降和不均勻沉降，達(dá)到消除險(xiǎn)情的目的，見圖1。

圖1 直排式真空聯(lián)合堆載預(yù)壓示意圖

4.1.2處理方法

針對(duì)巨網(wǎng)軟基段迎水面堤坡沉陷、下挫范圍較廣的情況，采用直排式真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理迎水面堤腳及部分平臺(tái)下的軟土層，軟土層分淺層地基處理區(qū)和深層地基處理區(qū)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，地基處理區(qū)越靠近堤身，堤坡安全穩(wěn)定性越高，堤身（基）最大水平位移值越小。經(jīng)邊坡穩(wěn)定性、施工難易性及經(jīng)濟(jì)性綜合比較，地基處理寬度取20.00 m，堤身側(cè)處理邊界距迎水面坡肩16.50 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)平臺(tái)雜填土層厚度及樹根埋設(shè)深度，平臺(tái)開挖厚度取1.50 m，開挖后地基處理頂面高程為12.11 m，地基處理堤身側(cè)邊界按照75°開挖至坡面，開挖高度為2.25 m。開挖時(shí)，應(yīng)清除坡面和平臺(tái)面的腐殖質(zhì)土、樹根、石塊等。

地基處理區(qū)插板按照正方形布置，間距1.00 m，淺層處理深度6.00～9.00 m，深層處理深度17.00～20.00 m，經(jīng)固結(jié)度計(jì)算，淺層預(yù)壓2個(gè)月、深層預(yù)壓3個(gè)月即可滿足要求。在打設(shè)塑料排水板過程中遇到埋置較深的樹根或石塊時(shí)，可根據(jù)情況調(diào)整排水板的位置和長(zhǎng)度。

4.1.3優(yōu)缺點(diǎn)

從施工角度來看，真空預(yù)壓地基處理方案施工簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量相對(duì)好控制，但真空聯(lián)合堆載預(yù)壓需將土體孔隙中的部分水、氣抽出，使土體產(chǎn)生固結(jié)而加固，因而占用工期較長(zhǎng)。從工程投資方面來看，此處理方案造價(jià)比格柵狀水泥攪拌樁復(fù)合地基處理方案低。

4.2 水泥攪拌樁

4.2.1加固機(jī)理

水泥攪拌樁法[3]是通過深層攪拌機(jī)，沿深度方向?qū)④浲僚c固化劑就地進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，使土體與固化劑發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成具有一定整體性和強(qiáng)度的水泥土加固體，沿深度方向形成的該加固體稱為水泥攪拌樁。水泥攪拌樁復(fù)合地基是將水泥攪拌樁布置成格柵狀，使格柵墻和墻間土體形成一個(gè)整體，該方法可以提高地基承載力，減小軟基沉降變形，對(duì)堤坡側(cè)向變形也有約束作用，因而可減小該部位地基的沉降變形，進(jìn)而消除堤坡由地基不均勻沉降而引起的沉陷、下挫險(xiǎn)情，見圖2。

圖2 水泥攪拌樁示意圖

4.2.2處理方法

采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理仍分為淺層地基處理區(qū)和深層地基處理區(qū)，迎水面堤坡開挖面為坡肩向內(nèi)縮0.50 m，沿坡比1∶2.25開挖至高程12.61 m處，并在高程12.61 m處開挖12.70 m寬的平臺(tái)進(jìn)行格柵狀水泥攪拌樁復(fù)合地基處理。開挖時(shí)，應(yīng)清除坡面和平臺(tái)面的腐殖質(zhì)土、樹根、石塊等。地基處理完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行堤身和平臺(tái)回填。

淺層處理區(qū)攪拌樁樁長(zhǎng)9.50～12.50 m，樁底面穿過砂層頂面距離不小于1.00 m；深層處理區(qū)攪拌樁樁長(zhǎng)15.00 m。水泥攪拌樁復(fù)合地基沿堤身樁墻間距5.40 m，垂直堤身處理寬度為11.40 m，分為2跨，水泥攪拌樁置換率為23%。水泥攪拌樁采用粉體噴射攪拌樁，樁徑600 mm，樁與樁的搭接長(zhǎng)度為150 mm，摻灰量不少于18%。

水泥攪拌樁施工順序：先施工遠(yuǎn)堤身的格柵單元，后施工近堤身的格柵單元；先施工垂直堤身的格柵水泥樁墻，后施工平行堤身的格柵水泥樁墻，采用不間斷打樁方式。地基處理完成后，將0.10 m樁頭敲掉，整平后鋪設(shè)兩層雙向土工格柵。

地基處理完成后28 d，可進(jìn)行堤身、原平臺(tái)及新增戧臺(tái)填筑。原平臺(tái)填筑至平臺(tái)中心高程13.61 m，平臺(tái)頂面坡比1∶100；堤身采用人工壓實(shí)填筑至原坡面，坡比1∶3，壓實(shí)系數(shù)不小于0.93；新增戧臺(tái)的平臺(tái)頂寬3.00 m、中心高程15.60 m、平臺(tái)頂面坡比1∶100，邊坡坡比1∶4，壓實(shí)系數(shù)不小于0.93。堤身回填時(shí)，應(yīng)在1∶2.25坡面上開挖臺(tái)階，臺(tái)階高度、寬度均不小于0.80 m，在開挖面上鋪設(shè)防滲土工膜，土工膜鋪設(shè)至設(shè)計(jì)水位線以上0.50 m，同時(shí)堤身、平臺(tái)填土應(yīng)滿足堤基滲流穩(wěn)定的要求。

4.2.3優(yōu)缺點(diǎn)

從工程適用性來看，水泥攪拌樁適用工程范圍廣，復(fù)合地基結(jié)合外坡面換土增加了堤基、堤身的抗?jié)B性，改善了原狀堤坡土層的弱膨脹性對(duì)邊坡開裂、下挫的不利影響。從施工角度來看，水泥土攪拌樁施工機(jī)械化程度高，所需工期較短，處理范圍較小，不需要大范圍開挖、回填，但該方法施工質(zhì)量控制要求高，造價(jià)較為昂貴。

5 結(jié)語

兩種地基處理措施方案在技術(shù)上均是可行的，施工簡(jiǎn)單，滿足工期要求，均適用于巨網(wǎng)軟基段地基處理。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓地基處理方案造價(jià)較低，但需將土體孔隙中的水、氣抽出產(chǎn)生固結(jié)，需長(zhǎng)期排水，后期維護(hù)成本高，并對(duì)周圍環(huán)境造成不利影響；水泥攪拌樁方案施工機(jī)械化程度高，工藝成熟，雖然造價(jià)較高、施工質(zhì)量控制要求高，但后期維護(hù)成本低，對(duì)周圍環(huán)境無影響。從已有的成熟技術(shù)、工藝的可靠度、后期管理及環(huán)境等方面考慮，建議采用水泥攪拌樁方案的地基處理措施。