堤防工程地基处理的探讨

何维兵 蒲少琼

（1.凤翔县冯家山灌区灌溉管理处 陕西 凤翔 721400；2.凤翔县东风水库灌溉管理处 陕西 凤翔 721400）

堤防地基处理是堤防工程建设中一个重要组成部分，基础的稳定与否直接影响堤防工程安全和防洪保安作用的正常发挥。凤翔县韦水河重点段防洪工程在工程建设中就遇到淤泥或淤泥质土和地下水位偏高的地质问题，给施工带来了不便和困难，下面结合笔者参与的工程实际做法对此类地基处理进行了探讨。

1 工程概况

风翔县韦水河重点段防洪工程治理范围为城关镇、姚家沟镇和横水镇等3个集镇段，工程全长8.310km，城关镇七里河段新修堤防2.749km，新修护岸2.284km；横水镇修建护岸2.575km；姚家沟镇新修护岸0.702km。其中，城关镇七里河段堤防工程全长5.033km，起止桩号分别为R0+000～R2+672和 L0+000～L2+361。

该工程新建堤（护）岸高度一般为4.0m左右，堤顶宽度为4.0m，迎水侧坡比1:2。砌体均采用M7.5浆砌石衬砌，衬砌厚度30cm，下设10cm厚砂砾石垫层。护坡每隔10m设一道沉降缝，缝宽2cm，缝内塞填沥青砂板条。防汛道路宽3m，单侧栽植旱柳。

2 工程地质

本区位于鄂尔多斯台拗南缘，属祁吕贺山字型构造前弧东翼与秦岭纬向构造体系、陇西旋卷构造体系的复合部位，几个构造体系相互影响和改造，基底构造十分复杂。对工程区稳定有影响的全新活动断裂有：宝鸡—咸阳活动断裂、陇县—千阳—虢镇活动断裂、陇县—岐山—垭柏活动断裂、五曲湾—兴平活动断裂。根据《中国地震动参数区划图（2001）》以及2008年国家地震局汶川地震烈度分布图分析，工程区地震动峰值加速度α=0.15g，相应的地震基本烈度Ⅶ度。

七里河堤防工程段位于七里河漫滩之上，该段河谷蜿蜒下行，蛇曲发育，河床宽8m～50m，旱季流量小，洪水季节流量较大。两岸发育漫滩，滩面较为平坦，高程约750m～806m，宽度约20m～150m，略向河流及下游倾斜。

依据野外露头观察、钻探、坑探揭示，七里河工程区勘探深度内底层岩性由新至老为：①人工填土（Q4S）、②-1砂砾石（Q43al）、②-2砂卵石（Q43al）、③-1壤土（Q42al+Pl）、③-2砂砾石（Q42al+Pl）、③-3砂卵石（Q42al+Pl）、④-1壤土（Q41al+Pl）、④-2砂砾石（Q41al+Pl）、⑤砂壤土（Q3eol+Pl）、⑥壤土（Q2eol+Pl）。

工程地质勘察报告地质分段评价结果为：七里河L0+150～L0+300区段堤基③-1层壤土压缩系数平均值0.30MPa-1，压缩模量平均值5.85MPa；⑤层砂壤土压缩系数平均值0.2MPa-1，压缩模量平均值8.4MPa，均属中压缩性土，沉降变形量较大。同时，由于③-1层土厚度变化大，亦具有不均匀沉降变形，在土体近饱和时，沉降变形的速度快，不满足堤防对地基变形要求，存在压缩变形问题。沿岸③-1层壤土地下水位以上具非自重Ⅰ级湿陷性，不宜直接作为堤基吃力层，需进行工程处理。防洪堤堤基宜选择在河漫滩下部的③-2层砂砾石和③-3层砂卵石上，局部壤土层较厚处应进行工程处理。

七里河 L1+410～L2+498、R2+163～R2+672区段为河漫滩，上部地层为Q42al+Pl壤土，厚度约2m～7m，Es=5.85MPa，抗剪强度φ=15.2°，c=22.9，允许不冲流速v=0.45m/s，fk=110kPa，抗剪强度低，变形量大，承载力低，抗冲性较差，厚度不均，分布稳定，具非自重Ⅰ级湿陷性，不宜直接作为堤基持力层，需进行工程处理。中部为Q42al+Pl砂砾石层，厚度约5m～10m，Dr=0.43，中密，抗剪强度φ=34°，变形模量Eo=20MPa， 渗 透 系 数 K=6×10-2cm/s；fk=210kPa，J允许=0.15，抗剪强度大，变形小，承载力高，不存在渗透破坏问题，但抗冲性较差，当防洪墙基础设计于河流最大冲刷深度以下时，可满足堤防地基的要求。底部为Q2eol+P1壤土层，分布稳定，压缩模量Es=9.8MPa，fk=180kPa，中低压缩性，承载力满足要求。地下水位埋深约2m～7m。

3 施工中发现的问题

在工程施工过程中，发现七里河L0+150～L0+300区段出现大面积流塑态的淤泥或淤泥质土地基，深度达3.5m左右；七里河 L1+410～L2+498、R2+163～R2+672区段位于的凤翔县笙箫园滚水坝下游，受其影响地下水水位较高，基槽开挖完后充满水，施工非常困难。

4 问题的分析和解决

4.1 河床地基的特性

河道的河床主要由淤泥、淤泥质土和砂、砾、卵、漂石组成。在河床的外缘最常见的是淤泥或淤泥质土和细砂层。它的特点是天然含水量大、压缩性高、透水性弱、抗剪强度低，承载能力差。淤泥和淤泥质土的工程特性表现为三高两低：①高含水量：w=40%～90%，有时w>100%；②高压缩性：a>0.5 MPa-1～3.0MPa-1；③高流变性或蠕变：次固结随时间增加；④低强度：不排水强度Cu=10 kPa ～20kPa<30 kPa，N<5，fa<100kPa；⑤低渗透性：渗透系数为10-5～10-8cm/s，固结过程很慢。

4.2 常用堤防地基处理方法

4.2.1 地基处理的目的

软土地基处理的目的，通过采取工程措施来改良地基土的工程特性，主要包括：①提高地基的抗剪切强度；②降低地基的压缩性；③改善地基的透水特性。一种是增加地基土的透水性加快固结，另一种是降低透水性或减少其水压力（基槽抗渗透）。

4.2.2 堤防地基处理方法分类及应用范围

软土地基处理的基本方法主要有置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法。常用堤防地基处理方法的原理、作用及适用范围如下：

（1）挤淤法。采用边填块石、边挤淤的方法，在地基中形成块石墩体。可提高地基承载力和减小变形。适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基，应通过现场试验确定其适应性。

（2）垫层法。其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为中粗砂垫和砂砾石等，回填后予以压实。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量，常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为2m～3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。

5 解决方法

5.1 淤泥或淤泥质土地基处理

在七里河L0+150～L0+300区段经过现场试验，最后决定采用挤淤法处理。先按照图纸进行抛投块石的施工放样，即先按抛投块石设计标高计算出需抛投块石堤段工程基础宽度。用自卸汽车将石料运至抛投现场基槽边缘，先用挖掘机进行分选抛投，即由挖掘机将大于50cm的大粒径块石均匀分层抛投，挤淤从基槽中心呈等腰梯形向前和两侧抛填至基础宽度，使泥沼及淤泥向两侧挤出，直至块石露出淤泥面，然后由推土机将小粒径的块石推平嵌缝。为了增加挤淤效果，抛石采用推土机和挖掘机配合进行，方法为进占法。抛投至淤泥面以上20cm～30cm后即由挖掘机来回走动进行碾压，使块石沉入基本稳定。但由于该段堤防基础窄、河床淤泥深等因素制约，碾压设备无法进入作业，最后采用挖掘机挖斗抛投块石并挤压，挤压块石到河漫滩下部的③-2层砂砾石和③-3层砂卵石持力层上，直至无下沉现象。在作业面挤压过程中，用人工将片石空隙以小石或石屑填满铺平，直至抛石层顶面平整，无明显孔隙。

5.2 地下高水位地基处理

七 里 河 L1+410～L2+498、R2+163～R2+672区段堤防处理时，采用了垫层法。具体是按照施工图纸放线开挖基槽河到下部的③-2层砂砾石和③-3层砂卵石顶部，同时在基槽上部壤土层最低处开挖一条排水沟准备排水，排水沟底高程与河道地下水位齐平。接下来对地下水位以下基槽进行散抛石，随着抛石体积的增大，从排水沟排除部分河水。抛石时，挖掘机将大粒径的块石均匀分层抛投，直至块石露出水面，然后由推土机将小粒径的块石推平嵌缝并碾压。基槽抛石完成后，再在基础外增加1m×1m铅丝笼石一排，沿该段布置护脚。

6 结论

2011年汛期，凤翔县出现了“7·28”强降雨、“8·15”短时大风暴雨和“9.·16～9·19”强降雨灾害天气。由于前期降雨使土壤水严重饱和，从8月中旬的降雨开始，七里河发生多次较大洪水。凤翔县韦水河重点段防洪工程经历住了2011年多次洪水的考验，工程总体运行正常，进行过地基处理的城关镇七里河L0+150～L0+300和L1+410～L2+498、R2+163～R2+672区段未出现因地基沉降而产生裂缝或损坏现象。2012年堤防汛前监测数据显示，该区段堤防工程地基处理采用以上处理办法是可行的，是值得类似工程借鉴和采用的。陕西水利