軟土地基處理技術(shù)在河道堤防中的應(yīng)用

顧寅東

(湖南建工集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410004)

0 引言

軟土地基是指由強(qiáng)度低、壓縮性高及其他不良性質(zhì)的軟弱土組成的地基，包括淤泥、淤泥質(zhì)土和部分充填土，其工程特性表現(xiàn)為含水量較高[1]，孔隙比大；壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低；滲透性差，屬于高靈敏土。這些工程特性會(huì)影響堤防堤基的排水性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使工程建筑沉降時(shí)間延長，施工質(zhì)量難以保障[2]。河道堤防對(duì)軟土地基的處理方法至關(guān)重要，如何在構(gòu)筑物應(yīng)力結(jié)構(gòu)、應(yīng)力方向具有明顯差異性的條件下，完善軟土地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性，值得深入研究。

1 工程概況

龍海市城區(qū)防洪及污水截流綜合改造工程擬通過對(duì)城區(qū)駁岸改造加固提升，消除現(xiàn)狀駁岸的安全隱患，提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，避免城市內(nèi)澇。同時(shí)完成污水截流管工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)舊城區(qū)污水收集全覆蓋?，F(xiàn)有堤岸防洪標(biāo)準(zhǔn)不足10 a一遇，擬改造堤岸線總長1785.59 m，工程等別為Ⅱ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，堤防工程的級(jí)別為2級(jí)。地質(zhì)勘察表明該段堤岸地基主要為淤泥，下臥淤泥混砂，二者均為軟弱土層，泥和淤泥混砂總厚度13.1 m～15.2 m，不宜直接作為堤岸地基，需經(jīng)處理。

2 處理技術(shù)

2.1 軟土地基處理

一般淤泥和淤泥混砂地基可以采用換填法、預(yù)壓排水法、復(fù)合地基等方法進(jìn)行處理。鑒于本工程軟土地基深厚、沉降要求高，堤岸基礎(chǔ)擬采用樁基，可用的樁型有灌注樁、鋼管樁、預(yù)應(yīng)力砼管樁等。

2.1.1 灌注樁

灌注樁系指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。根據(jù)工程特點(diǎn)，灌注樁施工必須構(gòu)造施工平臺(tái)。

工程可采用筑島、架構(gòu)式鋼平臺(tái)。筑島方案先采用方駁設(shè)置拋石護(hù)腳后從現(xiàn)有堤岸進(jìn)占筑島，施工較為簡(jiǎn)單，但造價(jià)高、涉及土石方量大。筑島平臺(tái)根據(jù)施工期水位要求，平臺(tái)頂高程定為4.5 m?；九c現(xiàn)有駁岸高程相當(dāng)，平臺(tái)外側(cè)坡坡比1∶2，采用砂土進(jìn)占填筑。結(jié)合永久工程設(shè)計(jì)，在坡腳設(shè)置拋石護(hù)腳，底部換填1.48 m海砂，見圖1。

圖1 筑島施工平臺(tái)

架構(gòu)式鋼平臺(tái)采用鋼管樁立柱和現(xiàn)有護(hù)岸進(jìn)行支撐，上部采用貝雷橋及鋪槽鋼面層。立柱采用兩排Φ600鋼管樁，縱向間距15 m。鋼管樁施工采用液壓打樁錘配合100 t吊車在現(xiàn)有護(hù)岸施工，可先打第一排樁后搭設(shè)內(nèi)側(cè)半部施工平臺(tái)后再施打外側(cè)排樁。鋼平臺(tái)斷面見圖2。

2.1.2 鋼管樁

土質(zhì)很厚(深達(dá)50 m～60 m)的軟土層，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載較大而低壓縮性持力層又很深，常采用鋼管樁。其由鋼管、 企口榫槽、企口榫銷構(gòu)成， 鋼管直徑的左端管壁上豎向連接企口槽，企口槽的橫斷面為一邊開口的方框形，在企口槽的側(cè)面設(shè)有加強(qiáng)筋，鋼管直徑的右端管壁上且偏半徑位置豎向連接有企口銷，企口銷的槽斷面為工字形。樁下端為開口，隨著樁打入，泥土擠入樁管內(nèi)與實(shí)樁相比擠土量大為減少，對(duì)周圍地基的擾動(dòng)也較小，可避免土體隆起；對(duì)先打樁的垂直變位、樁頂水平變位，也可大大減少。

圖2 架構(gòu)式鋼平臺(tái)斷面圖

2.1.3 預(yù)應(yīng)力管樁

預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土樁，樁間要求較高，因此不宜采用較大直徑的管樁，否則承臺(tái)尺寸需要加大，縱向間距也要加大。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力管樁主要用于承受豎向荷載，承受水平力能力較其他樁型較差。本工程護(hù)岸需要承受較大的水平推力，且為永久荷載控制，因此，樁基方案選擇不考慮預(yù)應(yīng)力管樁。

2.2 堤防斷面擬定

根據(jù)上述軟土地基處理分析，針對(duì)本工程實(shí)際情況，對(duì)該堤段擬定以下幾種斷面進(jìn)行比較。

1)A方案：灌注樁+重力式擋墻+筑島

本方案堤岸采用兩排D1000灌注樁基礎(chǔ)，縱向間距3 m，灌注樁樁底進(jìn)入卵石層不小于1.0 m，樁頂標(biāo)高0.1 m，承臺(tái)頂標(biāo)高1.5 m。上部采用C20埋石砼重力式擋墻，面層設(shè)置50 cm厚漿砌條石，條石面層既可以起到裝飾作用也可以用作擋墻外側(cè)模板及發(fā)揮擋潮作用。擋墻頂部采用鋼筋砼平臺(tái)向臨水側(cè)懸挑2 m并設(shè)置防浪板和欄桿。D800污水管采用一排D600灌注樁基礎(chǔ)。

考慮堤岸防沖及整體穩(wěn)定要求，需要在臨水側(cè)設(shè)置拋石護(hù)腳，并對(duì)地基土進(jìn)行部分換填。由于筑島放坡要求，A方案拋石護(hù)腳至承臺(tái)邊緣約9 m，拋石護(hù)腳頂高程0.00 m，寬3.0 m，外坡1∶2，內(nèi)坡1∶1.5。護(hù)腳至承臺(tái)之間頂面采用干砌塊石護(hù)砌，厚0.6 m。斷面圖見圖3。

圖3 灌注樁+重力式擋墻+筑島

2)B方案：重力式擋墻+灌注樁+鋼平臺(tái)

本方案采用先架設(shè)鋼平臺(tái)進(jìn)行灌注樁施工，堤岸斷面布置與方案A基本相同，僅拋石護(hù)腳的位置相對(duì)方案A較近，距承臺(tái)邊緣5.7 m，可以減小換填海砂及拋石護(hù)腳的工程量。斷面圖見圖4。

3)C方案：重力式擋墻+鋼管樁

本方案堤岸采用兩排D800鋼管樁基礎(chǔ)，縱向間距3 m，灌注樁樁底進(jìn)入卵石層不小于1.0 m，樁頂標(biāo)高0.1 m，承臺(tái)頂標(biāo)高1.5 m。上部采用C20埋石砼重力式擋墻，面層設(shè)置50 cm厚漿砌條石，條石面層既可以起到裝飾作用也可以用作擋墻外側(cè)模板及發(fā)揮擋潮作用。擋墻頂部采用鋼筋砼平臺(tái)向臨水側(cè)懸挑2 m并設(shè)置防浪板和欄桿。D800污水管采用一排D600灌注樁基礎(chǔ)。

考慮堤岸防沖及整體穩(wěn)定要求，需要在臨水側(cè)設(shè)置拋石護(hù)腳，并對(duì)地基土進(jìn)行部分換填。由于筑島放坡要求，本方案拋石護(hù)腳至承臺(tái)邊緣約4.7 m，拋石護(hù)腳頂高程0.00 m，寬3.0 m，外坡1∶2，內(nèi)坡1∶1.5。護(hù)腳至承臺(tái)之間頂面采用干砌塊石護(hù)砌，厚0.6 m。斷面見圖5。

圖5 重力式擋墻+鋼管樁

4)D方案：預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基+空箱式擋墻

采用D300預(yù)應(yīng)力管樁方案進(jìn)行地基處理，管樁單樁長15 m，正方形布置，間距1.0 m，管樁共布置11排，處理后地基承載力可達(dá)140 kPa。處理后復(fù)合地基標(biāo)高0.00 m。堤岸上部結(jié)構(gòu)采用C30預(yù)制鋼筋砼空箱式擋墻，可利用200 t浮吊進(jìn)行吊裝。預(yù)制空箱式擋墻2.5 m一節(jié)，底板厚0.6 m，趾板長0.7 m、踵板長1.5 m，墻高4.5 m，墻厚0.4 m，箱內(nèi)采用亂塊石進(jìn)行回填。上部設(shè)置鋼筋砼平臺(tái)懸挑2 m。為減小墻前后水位差，擋墻墻背回填以中粗砂為主，路基回填采用砂碎石。

考慮堤岸防沖、整體穩(wěn)定及地基承載力要求，需要在臨水側(cè)設(shè)置拋石護(hù)腳，并對(duì)地基土進(jìn)行部分換填，換填中粗砂采用45 kW振沖器進(jìn)行密實(shí)。由于筑島放坡要求，本方案拋石護(hù)腳至承臺(tái)邊緣約9 m，拋石護(hù)腳頂高程0.00 m，寬3.0 m，外坡1∶2，內(nèi)坡1∶1.5。護(hù)腳至承臺(tái)之間頂面采用固濱石籠護(hù)砌，厚1.0 m。斷面見圖6。

圖6 預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基+空箱式擋墻

2.3 各方案比選分析

現(xiàn)就堤防各處理方案予以比選分析，見表1。

表1 城區(qū)防洪及污水截流綜合改造工程堤防方案比較表

由表1可知，方案A采用筑島方案，涉及大量土石方，造價(jià)也是最高、工期最長；方案C采用鋼管樁，造價(jià)較高；方案D主要采用預(yù)制構(gòu)件，施工速度較快，但預(yù)制樁可能出現(xiàn)無法打入的問題，同時(shí)施工期環(huán)境影響大，運(yùn)行時(shí)風(fēng)險(xiǎn)最大。方案B采用鋼平臺(tái)施工灌注樁，造價(jià)適中，結(jié)構(gòu)可靠，地基適應(yīng)能力也較強(qiáng)。因此本階段推薦采用方案B，即重力式擋墻+灌注樁+鋼平臺(tái)。

3 結(jié)語

綜上所述，地基處理對(duì)河道堤防的安全性具有重要影響，本項(xiàng)目中基于軟土地基處理方案，就堤防設(shè)計(jì)斷面最終確定為重力式擋墻+灌注樁+鋼平臺(tái)，該方案在滿足地基力學(xué)性能的前提下較好地平衡了投資、工期及施工難易度，取得了良好處理效果。