定家湾堤防工程中的地基处理技术

　　摘要：针对当前海堤工程软土地基处理的问题，提供了一种技术上可行，经济合理的处理措施，同时配合土工合成物，较好的处理了软土地基的堤防问题，可供类似工程设计参考。
　　关键词：海堤；软土地基；土工格栅、土工布
　　1、 概述
　　近年来随着填海，围垦工程的兴起，涉及大量海堤建设。由于沿海地区地质多为软土、淤泥等地基，改类土强度低、压缩性高、渗透性小，强度低，因此影响堤坝稳定；压缩性高，变形大，所以常造成防浪墙达不到防洪标准，影响防浪墙的防洪效应的发挥；渗透性小，从而固结慢，工后沉降时间长，堤防安全不稳定因素加大。采用合理的地基处理措施来解决海堤中遇到的淤泥土、软土问题成为亟待解决的工程问题。
　　2、 工程概况
　　定家湾工业园区堤防工程位于珠海市金湾区三灶镇定家湾工业区内，地理位置为东经113°8′24″，北纬22°03′08″，与金湾区红旗镇红西七围隔河相望，两岸之间为大门口水道，工业园区堤防工程位于大门口水道的左岸上游段。
　　大门口水道主河道宽80～200m，河床平均底部高程约-2.10m（最低-8.81m，黄海高程，下同），左岸为沉积滩涂河岸，现状无达标堤防。只有自然形成的滩涂河岸以及养殖户填筑的不规则塘埂，由淤泥堆积而成，填筑质量差，线形弯曲，高程不一，杂草丛生，顶面标高介于：1.2～3.7m，顶宽约1.0m；另该部分塘埂未形成有效的封闭防洪（潮）体系，且塘埂基础未经处理，固结沉降缓慢。
　　因现状河道无序采砂、滥挖滥填等人为破坏，造成岸坡坍塌严重，且目前定家湾工
　　业区回填时淤泥受挤压移向河道的问题突出。
　　工程区域地貌类型总体属海陆交互相堆积地貌，基底为泥盆纪（D）变质砂岩，侵
　　入岩为燕山期花岗岩。根据《中国地震动参数区划图》（GB18036-2001），本区地震基本烈度为Ⅶ度，设计地震基本加速度值为0.10g，特征周期值为0.45s。属构造不稳定区。
　　堤基普遍分布厚层状的淤泥或淤泥质土，三灶地区处于地震烈度为7度区。堤基分布的厚层状淤泥及淤泥质土层，在震动作用下，软土易发生触变，原状土结构被破坏，土的强度降低，易产生侧向滑动、沉降。
　　堤基地质结构类型主要为海陆交互相沉积层，大部分堤段堤基上部为淤泥或淤泥质土等软土，软土具有含水量高，孔隙比大，高压缩性和强度低的特点，易引起堤基的沉降，在相同或不同地貌单元的堤基堤段，堤基不同部位的相同土层的性质与厚度存在差异，堤基可能出现不同程度的不均匀沉降，引起堤身裂缝，堤岸坍塌等现象。
　　3、 地基处理方法
　　3.1地基处理方法的选择
　　根据地形地质条件，施工条件以及工程投资,本工程选择两种方案进行比较，其中：
　　方案一：全断面基础挖深0.8m，换填粗砂，采用塑料排水板预压排水固结处理地基，排水板间距1.5m，平均长约12.0m，预压填土高程以2.8m控制。该方案需结合全线围堰施工，围堰型式根据当地工程经验，有两种围堰形式，一是土石混合料围堰，二是木桩谷围土围堰。顶高程2.30～2.65m，顶宽3.0～3.5m，围堰平均高2.5m，内外边坡1：1.5～2.0。
　　方案二：全断面采用爆填块石挤淤处理地基。该方案不需要围堰即可施工。
　　初选桩号K2+600断面进行投资比较。两种方案断面分别见图1、2，投资估算分别见表1、2。
　　图1塑料排水板预压排水固结处理地基方案断面图
　　
　　图2爆破挤淤处理地基方案断面图
　　表1方案一基础处理投资表
　　1 内容 单位 数量 综合单价(元/) 合计（元）
　　2 土方开挖 m3 80.41 19.49 1567.1909 
　　3 HDPE加筋格栅（TGDG50型） m2 25.81 15.64 403.6684 
　　4 中粗砂垫层 m3 39.64 65.94 2613.8616 
　　5 塑料排水板 m 288.13 3.68 1060.3184 
　　6 土工布 m2 14.03 7.26 101.8578 
　　7 围堰 m3 43 89 3827 
　　8 合计    9573.90.
　　表2方案二基础处理投资表
　　1 内容 单位 数量 综合单价(元/) 合计（元） 
　　2 爆破挤淤 m3 485.4 60.00 29124.00 
　　3 合计    29124.00
　　两种方案的比较见表3
　　表3基础处理方案比较表
　　方案 优点 缺点
　　方案一 1、投资小，每延米估算投资9573.90元；
　　2、施工时对周边影响小； 1、需预压，工期较长；
　　2、后期沉降稍大。
　　
　　方案二 1、不需围堰施工，工期短；
　　2、地基承载力高，后期沉降较小；
　　3、地基稳定优于方案一。 1、投资过大。每延米估算投资29124.00元；
　　2、施工时挤出来的淤泥易堵塞河道，对周边影响大；
　　从工程技术方面比较，两种方案均可行，但方案二优于方案一；从工程投资方案比较，方案一优于方案二，且方案二投资投资约为方案一的3倍，投资高。鉴于方案一技术上可行，且投资节省，因此选择基础处理方案一作为推荐方案，即采用塑料排水板预压排水固结处理地基。
　　3.2塑料排水板预压排水固结处理方法设计及计算
　　定家湾工业园区堤防工程区广泛的分布淤泥质土层（包括淤泥和淤泥质
　　土），厚度较大(最大处12m左右)，含水量大，天然空隙比大，饱和度高，呈软塑至流塑状，承载力极低，压缩性高，抗剪强度很低，极易产生堤基滑动破坏，而本工程大部分堤基位于淤泥或淤泥质土之上，堤基下面的软土尚未完成自重固结，在荷载作用下，不可避免发生缓慢而长期的沉降，最终沉降量也较大。因此采用排水固结的方法，使淤泥质土层尽早完成固结，加插塑料排水板，顺利排出水体，消散孔隙水压力。
　　在堤身填筑前铺设粗砂垫层，粗砂垫层厚0.80m；在堤身内外堤脚范围内
　　插塑料排水板，按梅花形布置，排距1.5m,间距为1.5m，塑料排水板采用宽100m，厚度4mm的标准型式，排水板平均插入深度约为12m。该方案考虑利用分级填筑的填料作为压载，在堤基中插打塑料排水板排出地基土体的孔隙水，以加速堤基土体固结，增加淤泥质软土地基的强度。
　　a) 极限填土高度计算
　　软土地基的极限承载力计算，采用Fellenius公式进行计算。计算得极限填土高度H1=2.882m，本阶段设计分二期加载,第一期加载高度2.8m,施工完成后经过180天加载间歇后开始第二期加载,第二期加载直接加到设计顶高程。
　　b) 地基平均固结度计算
　　地基排水板处理区域平均固结度计算，采用规范推荐的改进高木俊介法,计算成果如下：
　　表3堤基固结度计算结果
　　加载阶段 一期加载施工完成 一期加载间歇完成 二期加载施工完成
　　时间（天） 120 180 120
　　计算剖面(K2+600) 0.25 0.46 0.71
　　c) 地基抗剪强度增长计算
　　经计算，堤防堤基在堤身荷载和排水板的作用下，在第一期加载施工完成
　　后，填土高度2.8m，然后停止加载180天，在第二期加载前软土地基固结度可以达到46%，地基的抗剪强度相应增长，在第二期加载施工完成后，填土高度达到设计顶高程，加载施工完成后，软土地基固结度可以达到70%以上，地基的抗剪强度相应增长至KPa。对于粘性土，随着地基的抗剪强度增长，地基土的内摩擦角φ（3.9°）和粘聚力C（5.6KPa）也不断增长，算得地基土的内摩擦角φ增长至，粘聚力C增长至，本次设计最终取内摩擦角φ=3.9,粘聚力C=5.6KPa进行堤身稳定计算。
　　3.3土工格栅的应用
　　土工格栅在堤防中的作用一是改变堤防土体的应力分布，二是可以极大提高剪应力。土工格栅与土体一起承受外部和内部荷载，由于网格与土间的摩擦咬合作用，土中的垂直应力和水平应力沿土工格栅面层水平扩散，从而改善了由于填筑堤防压实度不均匀可能造成的软弱下卧层沉降不均匀而造成堤防开裂，提高了堤防的整体均匀性。铺设双层网体后，堤防由于抗剪强度不足而引起圆弧滑动系数有原来的1.05增加到1.2，可见土工格栅对抗剪应力的提高效果是比较显著的。
　　3.4土工布的应用
　　由于大门口河道经常处于海潮当中，潮水极易将砂粒料从堆石空隙中冲刷带走，因此在堆石平台与砂垫层间作土工布包裹，为土工布要能包裹住整个砂垫层，保护其不受水流作用，在转角部分要折回2米。事实证明，土工布对防止水流对砂垫层的冲刷起到了很好的作用。
　　4、 结论与展望
　　海堤的软基基础处理向来是海堤设计的难点和急需解决的问题，如果处理不合理，
　　极易引起滑移或是变形破坏，本工程采用预压方法及土工格栅处理的方法，在满足堤防设计要求的前提下，为业主节省了投资，取得了较好的社会影响，对海堤建设提供一种经济可行的方法，供类似的工程参考。但同时在设计方案过程中，也有一些能够深入探讨的问题：
　　1) 固结排水后软土强度的增长指标有待于进一步的研究：为保守起见，本次设计方案对强度指标的增长没有做细致的研究，具体的强度指标应根据处理后现场试验确定。
　　2) 土工格栅应当布置在最能发挥其抗剪强度的地方，具体施工过程中应当根据各桩号具体情况，通过计算确定。
　　参考文献：
　　1、《堤防工程地质勘察规程》SL/T188-96
　　2、《堤防工程设计规范》GB50286-98

《定家湾堤防工程中的地基处理技术》

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