淺談海堤軟土地基處理

鄭國尉 王 偉 孫富行

淺談海堤軟土地基處理

鄭國尉 王 偉 孫富行

天津沿海灘涂多為軟土地基，其天然承載力低，土體壓縮性大，在其上部修建堤防等建筑物，最終沉降量較大，易發(fā)生不均勻沉降，對建筑物造成破壞，需對地基進行加固處理。結合天津市濱海新區(qū)集疏港段海堤改線工程實例，介紹天津海堤軟土地基常用處理方法。

海堤 軟土地基 不均勻沉降 CFG樁

1 工程概況

天津市濱海新區(qū)集疏港段海堤改線工程位于渤海之濱，永定新河河口右岸，中央大道東側至海濱高速東側，改線后新建海堤防潮標準為200年一遇潮位與100年一遇風浪組合。改線海堤長1 756 m，堤身結構型式為 “三面光＋防浪墻”和 “混凝土擋墻與土石結構結合”兩種型式，堤頂 （防浪墻頂）設計高程為7.50 m，堤頂路面高程6.70 m，堤高5.20～6.70 m。

2 工程地質(zhì)條件及基礎不均勻沉降

2.1 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)勘探深度范圍內(nèi)，主要為第四系全新統(tǒng)陸相沉積物和海相沉積物，其中第Ⅰ陸相層（Q43al）主要為淤泥質(zhì)黏土；第Ⅰ海相層 （Q42m）主要為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及黏質(zhì)粉土。第Ⅱ陸相層 （Q41al）為粉質(zhì)黏土及黏質(zhì)粉土。第Ⅲ陸相層 （Q3eal）為砂質(zhì)粉土及粉砂。該區(qū)地層結構多呈層狀發(fā)育，局部呈透鏡體狀分布。

本次改線海堤大部分座落于沿海灘涂之上，其基礎為軟基，其承載力為50～75 kPa，而設計荷載為81～123 kPa，天然承載力滿足不了工程要求，需對基礎采取工程措施加以處理。

2.2 基礎不均勻沉降

建筑物的重力施加到土基上會使其產(chǎn)生沉降，地基沉降量決定于地層所受的外力大小和土層的可壓縮性。地基土質(zhì)的不均勻性，建筑物施加在地層中的力的不均勻分布，都會使地基產(chǎn)生不均勻沉降。

根據(jù)地層地質(zhì)條件，本工程選取了典型堤段，對不同斷面地基最大沉降量和典型斷面上不同點位的鉛垂線上的地基沉降量進行了計算。計算各斷面最大沉降量在30～53 cm之間，典型斷面各時點沉降量見表1。

表1 海堤典型斷面地基沉降量計算表 m

計算結果表明，該堤段地基沉降量較大，且沿堤軸線方向地基沉降存在明顯的不均勻性。從表1計算結果可知，橫斷面各點沉降分布不均，堤頂可達到53 cm，建基面基底邊緣為14 cm；填筑施工完成1年后，除第三層外，第一、二層基礎土體均已完成沉降，第三層完成最終沉降量的22%。因此，需對軟土地基進行處理，提高承載力，減少不均勻沉降對堤身結構的影響。

3 海堤基礎處理

在天津沿海軟土地基中，常用的地基處理方法有淺層換基法、自然擠淤法、樁基礎處理法、塑料排水插板法和土工織物鋪墊法等。

根據(jù)本工程特點，主要采用淺層換基與土工織物鋪墊結合法、樁基復合地基法和塑料排水插板結合土工織物鋪墊法3種地基處理方法。

3.1 淺層換基與土工織物鋪墊結合法

對于淺層軟基處理的主要方法是淺層換基與土工織物鋪墊結合，即將基底以下持力層中的軟弱土層全部或部分挖除，然后回填砂、礫石、素土、灰土等強度較高的土，并內(nèi)夾土工織物，做成基底墊層。其主要作用是：提高持力層的承載能力、減小地基沉降量、加速地基的排水固結、防止地基土的凍脹性、改善地基土的抗液化能力。該方法投資較省、施工難度低、速度快，使用廣泛。天津沿海工程淺層換基通常做法為：基底換填山皮土、上鋪石屑或細碎石找平過渡層，內(nèi)夾土工格柵。

本工程拆船廠和臨時堆砂場段地基軟土層淺薄，故該段海堤基礎采用淺層換基與土工織物鋪墊結合法，具體措施為：基礎開挖后換填120 cm厚山皮土，其上鋪筑40 cm厚細石，山皮土層底部及中間各鋪設1層土工格柵。

3.2 樁基礎處理法

本工程部分堤段采用陡墻式斷面形式，為重力式擋土墻，最大墻高超過5.0 m，墻底地基最大應力達到164.7 kPa，天然地基承載力不足，不均勻沉降將會造成墻體傾斜或倒塌，破壞堤身，因此，對需要嚴格控制不均勻沉降的水工建筑物，采用樁基礎處理法。

軟基中常用的樁基礎處理法有高噴樁、擠密碎石樁和CFG樁等，其各自特點如下。

3.2.1 高噴樁

高噴樁是土和水泥的混合固結體，利用鉆機造孔，然后把帶有噴頭的射漿管下至土層的預定位置以高壓力把漿液、水和氣從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層，土粒從土體上剝落下來后，一部分細小土粒隨著漿液冒出地面，其余部分與灌入的漿液混合摻攪，在土體上形成凝結體的防滲加固工藝。其基本原理是利用射流作用切割摻攪以改變原地層，同時灌入水泥漿或混合漿形成凝結體，達到堅固地基和防滲的目的。適用范圍較廣，可用于砂類土、黏性土、黃土和淤泥地基。

3.2.2 擠密碎石樁

擠密碎石樁是在樁孔中填入碎石，并通過錘擊或振動成樁，同時將周圍土擠壓密實，形成復合地基，可提高地基承載力、減小沉降，并可防止地基的振動液化。

擠密碎石樁適用于軟土、人工填土和松散砂土的擠密加固地基。

3.2.3 CFG樁

CFG樁一般采用長螺旋鉆機鉆孔或沉管成孔，然后利用混凝土泵向孔內(nèi)壓送由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌制而成的特殊混凝土，邊壓注混凝土邊提升鉆具，直至達到預定的高程。CFG樁的樁體材料具有一定的膠結強度和較好的變形性能，和樁間土、褥墊層一起形成復合地基。CFG樁復合地基通過褥墊層與基礎連接，無論樁端落在一般土層還是堅硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。由于樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應力比樁間士表面應力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應減少了樁間土承擔的荷載。CFG樁適用于多種土層，對于軟弱地基強度的提高既有擠密作用，又有置換作用，同時CFG樁具有一定的滲透性 （其滲透系數(shù)一般為10-4～10-3cm/s）對樁周土體起到排水固結的作用。對于飽和軟黏土強度的提高主要取決于樁的置換作用。

3.2.4 樁基礎處理方案比選

設計中針對上述3種樁基礎處理方案進行了投資比較，高噴樁投資最高，擠密碎石樁居中，CFG樁投資最省，且CFG樁較另外兩種樁具有施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制的特點，故將其作為樁基礎處理方案的推薦方案。

對于 “三面光”梯形斷面堤段，經(jīng)過CFG（樁徑50 cm，樁長16 m，間、排距1.5 m）處理后的前述各斷面地基沉降值在19～22 cm之間，基本消除了不均勻沉降對工程的不利影響，同時承載力大幅提高，能夠滿足工程要求。

對于陡墻式堤段，擋墻下設CFG樁基礎，地基換填兩層碎石墊層，其中上層為細碎石，厚30 cm；下部碎石墊層厚80 cm。CFG樁徑50 cm，樁長19 m，間、排距2.0 m。

3.3 塑料排水插板結合土工織物鋪墊法

塑料排水插板法就是利用在軟土地基中打設豎向的塑料排水板，縮短地基排水滲徑，在上部預壓荷載作用下，軟土地基中的水由塑料排水板排到上部鋪墊的砂墊層或水平塑料排水管中，由其他地方排出，加速軟基固結，從而快速提高地基的承載能力。同時配以土工織物，利用土工織物的加筋作用，分散均布上部荷載，調(diào)整地基應力，對地基形成一定的側限作用，形成復合地基，以提高地基承載力。對于含水率高且深厚的軟土地基，塑料排水插板法造價低、土體固結效果好。

本工程河口灘地和疏港三線立交橋段為自然灘地，地基軟土層較厚且含水率高，故該段海堤基礎采用塑料排水插板結合土工織物鋪墊法，具體措施為：基礎換填50 cm粗砂后施打塑料排水板，其上交替鋪設土工格柵和填筑山皮土，上部鋪設一層40 cm厚細碎石墊層。山皮土總厚度150～200 cm，分2～3層鋪設；土工格柵為兩層，下層為雙層土工格柵，上層為單層土工格柵。

4 結語

對于淺層軟土地基，可采用換填強度較高的材料以提高地基承載力；對于單體水工建筑物，采用樁基礎可較好地控制不均勻沉降；對于含水量較大、軟土層較厚的地基，采用塑料排水插板法可加速地基土固結。

同時需要注意：本工程淺層地基多為淤泥質(zhì)土或淤泥，地基加載后會產(chǎn)生不同程度的沉降，為了保障工程竣工驗收堤頂高程不低于設計堤頂高程，施工過程中建筑物形體和高程應預留施工期地基沉降量。堤身剛性結構如灌砌石護坡、防浪墻及堤頂路面，宜在堤身填筑完成一段時間、沉降基本完成或明顯減慢后施工，以避免不均勻沉降對其造成破壞。

[1]GB/T 51015—2014.海堤工程設計規(guī)范[S].

[2]曾瑜，霍軍杰.海堤軟土地基主要處理方法的技術經(jīng)濟分析[J].小水電，2010(6)：64-67.

[3]王煥更.淺談團和圍海堤工程地質(zhì)條件及基礎處理 [J].廣西水利水電，2010(4)：67-68.

[4]江偉安.塑料排水板固結法在加固海堤基礎工程中的應用 [J]. WaterResourcesDevelopment&Management，2011(3)：44-47.

鄭國尉 男 工程師 天津市濱海新區(qū)塘沽農(nóng)村水利技術推廣中心 天津 300451

王 偉 男 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

孫富行 男 教授級高級工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

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