河道整治工程滑塌區(qū)軟土地基的勘察及處理

程華武

（福建省第四地質(zhì)大隊(duì)，福建 寧德 352100）

0 引言

軟土地基經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的水流浸泡而形成，一般分為有機(jī)質(zhì)土、粉質(zhì)砂土、泥炭黏土等不同土質(zhì)結(jié)構(gòu)，即透水性相對(duì)較差、壓縮性強(qiáng)、含水量大的軟塑至流塑形態(tài)間的飽和性黏土[1-3]。軟土成分中占比最多的應(yīng)該是淤泥土質(zhì)。福建省寧德市霞浦縣主城區(qū)大部分區(qū)域位于海積平原上[4]，城區(qū)上部主要地層為3~5m填土層和厚度約20~30m的淤泥層，因此，該地區(qū)大部分水利工程的建設(shè)都會(huì)涉及到軟土地基。由于軟土地基自身的不穩(wěn)定性特點(diǎn)，導(dǎo)致地基嚴(yán)重下沉或變形，甚至造成建筑物穩(wěn)定性變差，以及建筑體被撕裂，嚴(yán)重威脅到群眾的生命及財(cái)產(chǎn)安全[5]。因此，有關(guān)部門(mén)必須加強(qiáng)對(duì)施工場(chǎng)地的勘探，了解施工場(chǎng)地的地質(zhì)類(lèi)型，對(duì)不同的軟土地基采用科學(xué)合理的處理工藝。并在處理過(guò)程中及時(shí)有效地解決各種施工問(wèn)題，保障處理效果，以確保施工區(qū)地基的穩(wěn)定，進(jìn)而保證水利工程施工質(zhì)量和安全問(wèn)題。本文對(duì)已竣工驗(yàn)收的霞浦縣三河流域城區(qū)段綜合整治工程項(xiàng)目軟土地基的勘察及處理進(jìn)行探討。

1 項(xiàng)目施工背景

福建省寧德市霞浦縣三河河道源于七寶洋和馬洋山，由石壩溪和玉壇溪兩支流在城西周家亭交匯后，從城南繞野貓嶺東行入海，現(xiàn)狀流域面積55.3km2，河長(zhǎng)14.3km，河道比降13.5‰。霞浦縣三河流域城區(qū)段綜合整治工程主要針對(duì)三河河道的下游段開(kāi)展整治工作，整治范圍從三河公園至塔下水閘段，位于福建省寧德市霞浦縣三河下游。場(chǎng)地屬濱海相沉積平原地貌，地形平坦開(kāi)闊，溝渠水系豐富。根據(jù)勘察資料，該場(chǎng)地岸坡地層上部為厚度約2~3m的素填土層及0.5~1.5m的粉質(zhì)黏土層，其下為厚度約15~24.90m的淤泥層，下部為厚度約3.6~7.5m的含泥礫砂層（局部缺失）和花崗巖風(fēng)化層；河道地層上部為厚度約15~23.20m的淤泥層。

設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)勘察資料并從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)擬采用堆載預(yù)壓方式處理護(hù)岸防洪堤堤基淤泥，并以此為持力層，采用淺基礎(chǔ)。2017~2018年在護(hù)岸防洪堤施工過(guò)程中由于降雨、趕工期等綜合因素未等淤泥固結(jié)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，就進(jìn)行護(hù)岸防洪堤建設(shè)，導(dǎo)致局部地段護(hù)岸工程在施工過(guò)程中產(chǎn)生滑塌。

軟土地基具有流變性、觸變性、抗剪強(qiáng)度低、透水性低、壓縮性高和均勻性不足等特點(diǎn)。根據(jù)軟土地基淤泥的特性及現(xiàn)場(chǎng)滑塌區(qū)的現(xiàn)狀特征判斷滑塌原因：?jiǎn)芜吺芎蓪?dǎo)致淤泥層深部圓弧滑動(dòng)。根據(jù)工程需要，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了施工階段補(bǔ)充勘察。

2 水利工程軟土地基勘察

在水利工程建設(shè)過(guò)程中，不同的施工階段實(shí)施的現(xiàn)場(chǎng)研究?jī)?nèi)容和重點(diǎn)等均存在一定差異。首先，要收集、整理、分類(lèi)和總結(jié)水利工程相關(guān)地區(qū)和工程前期的地質(zhì)資料；其次，結(jié)合具體水利工程建設(shè)內(nèi)容，詳細(xì)制定勘探任務(wù)，確定具體勘探點(diǎn)；最后，通過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查試驗(yàn)，對(duì)不同試驗(yàn)獲得的相關(guān)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，明確施工區(qū)軟土地基的具體物理力學(xué)參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程環(huán)境和試驗(yàn)條件進(jìn)行分析總結(jié)。

霞浦縣三河流域城區(qū)段綜合整治工程施工補(bǔ)勘主要為滑塌區(qū)地質(zhì)的補(bǔ)充勘察，勘察主要任務(wù)為查明滑塌區(qū)滑動(dòng)面和軟弱土淤泥的主要特性。鉆孔位置圍繞滑塌區(qū)布置，勘探線沿滑動(dòng)方向布置，在滑體上部、中部布置鉆孔，在滑體中部、下部布置十字板剪切孔。鉆孔的目的主要為取樣，通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)查明滑塌區(qū)淤泥的特性和滑動(dòng)面位置；十字板剪切孔試驗(yàn)的目的是為了解滑塌后淤泥的特性及滑動(dòng)面位置。鉆孔及十字板剪切孔位置均由現(xiàn)場(chǎng)指定，施工完畢后再進(jìn)行點(diǎn)位復(fù)測(cè)。

該項(xiàng)目勘察采用鉆探和原位十字板剪切試驗(yàn)為主，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)等綜合手段進(jìn)行。十字板剪切試驗(yàn)采用靜力觸探-電測(cè)十字板試驗(yàn)兩用儀為貫入設(shè)備，數(shù)據(jù)采集采用JC-X2型靜力觸探測(cè)量?jī)x，試驗(yàn)方法采用《十字板剪切試驗(yàn)規(guī)程》（YSJ220-90）及《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)（2009年版）中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。淤泥試樣采用敞口式薄壁取土器配合鉆機(jī)以靜壓法采取，土試樣質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)。室內(nèi)土工試驗(yàn)對(duì)取得的淤泥樣進(jìn)行常規(guī)物理性質(zhì)、液塑性、直剪試驗(yàn)，并進(jìn)行固結(jié)快剪、固結(jié)慢剪及固結(jié)系數(shù)等特殊試驗(yàn)項(xiàng)目，以了解淤泥層物理及力學(xué)等參數(shù)，為設(shè)計(jì)提供相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)成果分析可知，滑塌區(qū)淤泥層抗剪強(qiáng)度極低，壓縮性高，承載力低，相比堆載預(yù)壓處理前未有明顯的改善。淤泥部分力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 淤泥層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)滑塌段十字板試驗(yàn)成果，該區(qū)域淤泥層靈敏度為3.1~9.9，中~極靈敏性。經(jīng)JZK8十字板剪切試驗(yàn)，滑動(dòng)面位于JZK8孔孔深9m處淤泥Cu值出現(xiàn)異常。圖1為JZK8十字板剪切試驗(yàn)成果圖。

圖1 JZK8十字板剪切試驗(yàn)成果圖

根據(jù)勘察成果可知，場(chǎng)地內(nèi)淤泥呈流塑狀，屬高壓縮性土，工程性能極差，需對(duì)淤泥層進(jìn)行處理或者采用樁基以花崗巖風(fēng)化層為持力層。由于護(hù)岸防護(hù)堤所需承載力較低，使用樁基成本高，且后期樁基位置護(hù)岸沉降將與周?chē)馏w沉降差異較大，故優(yōu)先考慮采用軟土地基處理措施。

3 水利工程軟土地基主要處理技術(shù)

3.1 排水固結(jié)法

針對(duì)軟土地基天然含水量高的問(wèn)題，排水固結(jié)法是一種常用的方法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和水利工程的基本情況，施工人員應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，以確保軟土地基能盡可能多地排水，從而提高整個(gè)軟土層的承載力，確保工程的穩(wěn)定和安全。一般來(lái)說(shuō)，排水分為表層和深層。軟土地基處理常與預(yù)壓、排水帶等技術(shù)相結(jié)合，以充分發(fā)揮排水技術(shù)的使用價(jià)值。與地面排水相比，從實(shí)際施工的角度來(lái)看，施工人員在軟土地基上鋪設(shè)砂石可以有效降低地基含水量。在實(shí)踐過(guò)程中，只要水工配合使用壓力排水和砂墊層，就能達(dá)到最佳的排水效果，盡可能多地排水，促進(jìn)軟土層固結(jié)沉降，有效地提高地基的穩(wěn)定性，促進(jìn)后期水利工程軟土地基處理技術(shù)的發(fā)展。其中，深層排水主要是結(jié)合排水帶、排水井等創(chuàng)造排水路徑，并結(jié)合堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓等措施，優(yōu)化軟土地基的工程效果。目前，該措施在寧德市霞浦縣河道整治、護(hù)岸和防洪堤防建設(shè)過(guò)程中廣泛應(yīng)用于軟土處理。要嚴(yán)格測(cè)量軟土地基的真實(shí)厚度和含水量，按照相應(yīng)的水利和市政建設(shè)要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，熟練運(yùn)用相應(yīng)的施工技術(shù)，提高軟土地基的處理水平。該技術(shù)在滑塌區(qū)早期的處理效果不理想，繼續(xù)堆放可能會(huì)加劇滑塊的滑動(dòng)，因此該措施不適用于滑塌區(qū)。

3.2 換填土技術(shù)

地基處理是水利工程建設(shè)中最常見(jiàn)的施工過(guò)程。最重要的施工原則是施工人員用良好的土壤替換原有的軟土層，以優(yōu)化原有軟土地基的基本性能，最大限度地發(fā)揮地基處理效果，有效預(yù)防和控制軟土路基問(wèn)題。在填筑施工過(guò)程中，施工單位需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的填料，以免影響換填土技術(shù)的最終施工效果。在填筑作業(yè)過(guò)程中，整個(gè)施工過(guò)程需要按照從中間到兩側(cè)的填筑方法進(jìn)行，并嚴(yán)格控制每層的厚度。該技術(shù)主要在軟土層厚度較小的情況下進(jìn)行，不適合塌陷區(qū)的軟土處理工程。

3.3 水泥攪拌樁法

深層攪拌樁機(jī)能將土壤和水泥充分混合，最終形成承載力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的水泥土樁。該水泥攪拌樁技術(shù)通常用于黃土、淤泥質(zhì)土、素填土等地基結(jié)構(gòu)中。對(duì)于堅(jiān)硬或酸性土層的地面，在使用過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，以此保證足夠的適用性。如果軟基中的含水量超過(guò)70%，則不能使用此方法。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，必須注意：

（1）樁基定位時(shí)，應(yīng)確保鉆桿、鉆頭和樁位的中心點(diǎn)保持在同一條垂線上。

（2）施工中選用的水泥漿不得呈塊狀；在預(yù)混合沉降過(guò)程中，鉆桿不能偏移；如果鉆桿深度達(dá)到1.5 m，則需要適當(dāng)加快開(kāi)挖深度。

（3）樁位重新攪拌后，必須提升鉆頭進(jìn)行清理。清潔后，應(yīng)將鉆頭移至下一個(gè)樁位。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于寧德市霞浦縣水利工程建設(shè)中。根據(jù)初步調(diào)查數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)污泥有機(jī)質(zhì)含量約為5.6%。根據(jù)本次勘察巖土試驗(yàn)結(jié)果，塌陷區(qū)淤泥平均含水量為57.9%，平均塑性指數(shù)為21.2，適合水泥攪拌樁法。

3.4 松木樁施工

松木樁為復(fù)合地基一種，利用人工或機(jī)械在淤泥層打入松木，與淤泥層共同承擔(dān)上部荷載，以達(dá)到提高承載力、降低沉降的目的。松木樁處理軟基不受雨天的影響，進(jìn)度快，工作量小，適宜搶工期。由此可見(jiàn)，打松木樁是處理軟基的主要手段。一般軟土厚度<5m時(shí)宜用松木樁處理，樁長(zhǎng)不可超過(guò)4m，以便于打樁。在實(shí)際工程中普遍存在軟弱地基，遇到一些層數(shù)較低、荷載較輕的建筑物地基或局部暗池時(shí)，多采用松木樁處理地基。

該技術(shù)廣泛用于早期霞浦縣水利工程水閘建設(shè)處理軟淤泥。例如霞浦利埕水閘、海頭水閘均采用松木樁。由于該滑塌區(qū)滑動(dòng)面深度達(dá)9m，松木樁處理深度不夠，不適宜采用。

3.5 粉噴樁施工

在軟土地基處理中，粉噴機(jī)加固技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)難些。

（1）確定鉆孔進(jìn)入軟土層的深度，找到最合適的擋灰面，滿足軟土地基處理的實(shí)際需要，同時(shí)確保粉噴樁的長(zhǎng)度和高度達(dá)到理想狀態(tài)，必須防止過(guò)度噴粉影響整個(gè)施工效果。因此，在實(shí)際加工過(guò)程中，工人必須保持認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臓顟B(tài)，并定期檢查粉末噴涂機(jī)械設(shè)備。施工現(xiàn)場(chǎng)布置前，應(yīng)提前做好施工材料、機(jī)械設(shè)備等一系列相關(guān)準(zhǔn)備工作。

（2）確定鉆機(jī)的模式和位置，調(diào)整機(jī)械設(shè)備，并將鉆機(jī)轉(zhuǎn)移到軟土中，然后才能與粉末噴涂協(xié)調(diào)。在粉末噴涂過(guò)程中，使用鉆機(jī)進(jìn)行混合。二次攪拌后，需要將鉆桿從孔中取出。在實(shí)際施工中，還需要準(zhǔn)確測(cè)量鉆桿長(zhǎng)度，準(zhǔn)確判斷鉆孔深度，以確保粉噴樁的長(zhǎng)度。工作人員應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定具體參數(shù)，準(zhǔn)確記錄施工過(guò)程中的噴粉量、壓力值和提升速度，并確定噴粉量和停粉高程，以確保軟土地基處理的實(shí)際效果，盡量減少施工誤差對(duì)軟土地基處理效果的影響，確保后續(xù)施工的順利實(shí)施。該方法可用于處理塌陷區(qū)的軟土。

3.6 軟土地基處理技術(shù)簡(jiǎn)評(píng)

綜合以上軟土地基處理技術(shù)，對(duì)比水泥攪拌樁與粉噴樁，水泥攪拌樁具有更強(qiáng)的抗剪特性，更適合滑塌區(qū)淤泥的處理，故勘察建議采用水泥攪拌樁處理滑塌區(qū)淤泥。建議在滑塌處防洪堤堤基處和防洪堤前均布設(shè)水泥攪拌樁進(jìn)行加固處理，水泥攪拌樁樁長(zhǎng)應(yīng)超過(guò)滑動(dòng)面以下不小于1/4樁長(zhǎng)深度以滿足抗滑需要。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)采用了水泥攪拌樁處理方式，項(xiàng)目后期施工順利，有效處理了滑塌區(qū)軟土、完成了護(hù)岸防洪堤施工建設(shè)。該段工程于2019年年初完工，運(yùn)行至今良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于軟土地基具有滲透性差、含水量高的特點(diǎn)，如果在施工中不采取有效的處理措施，將影響后續(xù)工程施工的整體質(zhì)量，甚至威脅到水利建筑的正常運(yùn)行。目前，軟土地基處理方法較多，在選擇施工工藝時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮多種因素，全面了解各種處理技術(shù)的適用條件和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以確保軟土地基處理的實(shí)際效果和工程建設(shè)的有序發(fā)展。本文結(jié)合實(shí)際水利工程項(xiàng)目河道整治施工時(shí)發(fā)生的軟土滑塌事件，詳細(xì)地分析了補(bǔ)勘、處理技術(shù)和應(yīng)用措施，對(duì)類(lèi)似水利工程軟土地基的處理有一定的參考價(jià)值。