占鑫杰，張 娟，黎 昱，楊守華，陳 浩

（1.南京水利科學(xué)研究院巖土工程研究所，江蘇 南京 210029；2.水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點試驗室，江蘇 南京 210029；3.江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇 揚州 225009；4.江蘇省工程勘察研究院有限責(zé)任公司，江蘇 揚州 225002；5.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098）

淮河入海水道與蘇北灌溉總渠平行，緊靠其北側(cè)，西起洪澤湖二河閘，沿蘇北灌溉總渠北側(cè)向東，經(jīng)淮安、阜寧，至濱海的扁擔(dān)港入黃海，全長163.5 km。入海水道一期工程設(shè)計行洪流量2 270 m3/s，與入江水道、灌溉總渠和分淮入沂等工程配合，使洪澤湖達到100年一遇洪水的防洪標(biāo)準［1-6］。入海水道一期工程在河道工程設(shè)計上，采用了與蘇北灌溉總渠呈“兩河三堤”布局，利用入海水道開挖南北兩泓，保證了沿線洪水、污水、澇水各行其道；工程水土保持與主體工程同步實施，大大改善了蘇北地區(qū)的水利生態(tài)條件。入海水道二期工程通過全線擴挖深槽、擴建二河、淮安、濱海、?？诘葮屑~建筑物，改建淮阜控制工程，改建、擴建穿堤建筑物等，加高加固南北堤防等工程（圖1），使洪澤湖防洪標(biāo)準達到300年一遇，有效降低100年一遇洪澤湖洪水位。該工程的實施可加大淮河下游泄洪能力、提高洪澤湖及其下游防洪保護區(qū)的防洪標(biāo)準。

圖1 淮河入海水道二期工程總體布置

一期工程資料表明，入海水道阜寧段K85.5-90.5范圍內(nèi)，地基為深厚的淤泥質(zhì)軟土，地基強度低，壓縮性高，工程設(shè)計人員形象地稱之為“軟豆腐”。本文針對深淤段南堤地基的工程特點，對控制堤防穩(wěn)定和變形的關(guān)鍵土層，采用以勘察和原位測試為主，結(jié)合取土室內(nèi)試驗，獲取深淤段地基的工程特性數(shù)據(jù)。原位測試重點開展十字板試驗和雙橋靜力觸探試驗，現(xiàn)場取土采用敞口活塞薄壁取土器以取得低擾動的土樣，室內(nèi)試驗重點開展基本物理特性、固結(jié)滲透和強度試驗等。

1 試驗方案

根據(jù)淮河入海水道一期工程阜寧軟土段的試驗資料［3-6］，在南堤深淤段布置了3個試驗斷面，分別為樁號K87+250、K87+450、K87+650。為更好與一期資料進行對比，現(xiàn)場通過一期工程設(shè)計圖紙索引以及固定建筑物（阜寧腰閘）的樁號等信息，采用GPS放樣等方法確定了K87+250、K87+450、K87+650（一期樁號）3個斷面的位置。

本次試驗現(xiàn)場取土及原位測試的平面圖如圖2所示，其中取土孔為A1～A6，共6個；十字板孔為V1～V6，共9個；靜力觸探試驗孔為J1～J6，共12個。K87+250斷面試驗孔位布置剖面圖如圖2所示，K87+450斷面、K87+650斷面孔位布置與K87+250斷面基本一致?？紤]到堤身下方和堤身坡腳外側(cè)地基的性質(zhì)有一定差異，因此在每個斷面南堤堤頂和堤身坡腳外側(cè)的平臺位置處各布置1個試驗孔（見圖3試驗位置）。

雙橋靜力觸探試驗主要用于測試不同深度地基的錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力，進而確定地基的分層，試驗方法依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）［7］進行。原位十字板試驗主要用于測試不同深度地基的十字板強度，并與一期已有資料進行對比，試驗方法依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）進行［7］。鉆孔取土數(shù)量和分布以保證室內(nèi)試驗需要作為控制原則，并兼顧各土層的分布。取土樣采用敞口活塞薄壁取土器，以減少對試樣的擾動［7］。在南堤K87+250、K87+450、K87+650斷面開展鉆孔取土試驗，每個斷面布置2個試驗位置（圖2、圖3），1個位于南堤堤頂，1個位于堤身坡腳外側(cè)。結(jié)合一期試驗資料，取土試樣以3-1層和3-1’層為主，輔以少量的A層和1-2層；沿著深度方向，A層1個試樣，1-2層1個試樣，3-1層6個試樣，3-1’層4個試樣。室內(nèi)試驗主要用于測試不同分層地基的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，室內(nèi)試驗方法依據(jù)土工試驗方法標(biāo)準（GB/T 50023—2019）［8］。

圖2 淮河入海水道南堤原位測試及取土孔布置

圖3 入海水道堤防典型剖面及現(xiàn)場試驗位置（單位:m）

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 深淤段地基分層

根據(jù)現(xiàn)場鉆孔取土描述以及典型的靜力觸探試驗結(jié)果，結(jié)合一期工程試驗資料，得到南堤堤頂位置的地層剖面如圖4所示［9-11］。

從圖4中可知：（1）深度0～9.2 m為堤身填土，灰黃色，局部含有植物根莖和碎磚塊，可塑到硬塑狀態(tài)；（2）深度9.2～11.3 m為灰黃色粉質(zhì)黏土夾粉土層（A層），局部薄層；（3）深度11.3～12.9 m為棕黃色黏土（1-2層），軟塑-可塑狀態(tài)；（4）深度12.9～28.8 m是灰色淤泥質(zhì)黏土（3-1層），局部夾少量的粉土薄層；（5）深度28.8 m以下為灰褐色粉質(zhì)黏土（3-1’層），局部夾粉土層和碎貝殼，軟塑狀。

圖4 南堤堤頂?shù)貙悠拭妫▎挝?m）

2.2 深淤地基的物理力學(xué)特性

3-1層（淤泥質(zhì)黏土）的物理特性試驗開展了36組，3-1’層（淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土）的物理特性試驗開展了24組。經(jīng)過統(tǒng)計分析，得到南堤位置深淤地基的物理力學(xué)特性指標(biāo)，如表1所示。

從表1中可知，3-1層淤泥質(zhì)黏土的含水率較高，為54.7%，為高液限黏土（CH）；3-1’層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的含水率為35.9%，為低液限黏土（CL）。3-1層淤泥質(zhì)黏土的黏粒含量（<0.005 mm）為38.6%；3-1’層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的黏粒含量（<0.005 mm）為22.2%。高黏粒含量是制定3-1層淤泥質(zhì)黏土地基處理方案的重要考量因素。

表1 南堤位置深淤地基的物理力學(xué)指標(biāo)

2.3 深淤地基的固結(jié)滲透特性

深淤地基土層的固結(jié)滲透試驗結(jié)果如表2所示。

從表2可知，3-1層和3-1’層淤泥質(zhì)黏土地基的垂直滲透系數(shù)分別為0.59×10-6cm/s、11.2×10-6cm/s，雖然淤泥質(zhì)黏土地基的黏粒含量很高，但現(xiàn)場勘察過程中發(fā)現(xiàn)淤泥質(zhì)黏土試樣的豎向?qū)永碇衅毡榇嬖诜弁廖⒈樱@使得本工程中淤泥質(zhì)黏土試樣的滲透系數(shù)高于一般軟土地基。同時3-1層和3-1’層地基的水平滲透系數(shù)顯著大于其垂直滲透系數(shù)，約為100倍以上，這也與地基中的粉土（砂土）微薄層結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

表2 深淤地基的固結(jié)滲透特性參數(shù)統(tǒng)計

以上測試結(jié)果基本反映了地基的排水固結(jié)特性。地基不做處理時，固結(jié)排水以豎向為主，進行固結(jié)計算時，可采用室內(nèi)試驗結(jié)果的cv值。地基進行豎向排水體處理時，固結(jié)排水以水平向為主，可考慮粉土（砂土）微薄層對固結(jié)排水的促進作用。

2.4 深淤地基筑堤過程中的強度變化

圖5～7分別為南堤87+250斷面、87+450斷面、87+650斷面堤身下方地基的十字板強測試結(jié)果，其中6#～11#試驗孔為一期工程（2001年）南堤建設(shè)前地基的十字板強度。從圖中可知，由于堤防堆載的附加應(yīng)力作用（單向固結(jié)時間約為20 a），地基不同深度的十字板強度大幅提高。

圖5 K87+250斷面堤頂位置十字板剪切強度試驗結(jié)果

圖6 K87+450斷面堤頂位置十字板剪切強度試驗結(jié)果

圖7 K87+650斷面堤頂位置十字板剪切強度試驗結(jié)果

3 結(jié)論

為深入研究入海水道深淤段軟土地基的工程特性，在南堤軟土段布置3個典型斷面，對控制堤防穩(wěn)定和變形的關(guān)鍵土層，綜合采用鉆孔取土、原位測試和室內(nèi)試驗等手段獲取軟土地基的工程特性數(shù)據(jù)。原位測試重點開展十字板和雙橋靜力觸探試驗，現(xiàn)場取土采用敞口活塞薄壁取土器以取得低擾動試樣，室內(nèi)試驗重點開展基本物理特性、固結(jié)滲透和強度試驗等。綜合本文研究工作，得到如下結(jié)論：

（1）深淤段地基是一種典型的河湖相淤泥質(zhì)軟土，其厚度大，壓縮性高，含水率和黏粒含量高，淤泥地基沿深度方向普遍含有砂土和粉土夾層。

（2）深淤段淤泥質(zhì)軟土的靈敏度為3左右。由于取土，制樣等環(huán)節(jié)會對淤泥質(zhì)土產(chǎn)生不同程度的擾動，建議綜合采用原位試驗和低擾動的取土試樣成果確定地基強度。

（3）一期工程堤防堆載后，南堤堤身下方淤泥地基強度提升明顯，這對二期堤防擴建工程灌溉總渠側(cè)的穩(wěn)定是一個有利因素。

（4）針對深淤段淤泥地基的工程特性，二期工程深淤段堤防擴建工程應(yīng)重點關(guān)注堤防、穿堤建筑物的工后變形和差異沉降等。