浅谈海堤软土地基处理

郑国尉 王 伟 孙富行

浅谈海堤软土地基处理

郑国尉 王 伟 孙富行

天津沿海滩涂多为软土地基，其天然承载力低，土体压缩性大，在其上部修建堤防等建筑物，最终沉降量较大，易发生不均匀沉降，对建筑物造成破坏，需对地基进行加固处理。结合天津市滨海新区集疏港段海堤改线工程实例，介绍天津海堤软土地基常用处理方法。

海堤 软土地基 不均匀沉降 CFG桩

1 工程概况

天津市滨海新区集疏港段海堤改线工程位于渤海之滨，永定新河河口右岸，中央大道东侧至海滨高速东侧，改线后新建海堤防潮标准为200年一遇潮位与100年一遇风浪组合。改线海堤长1 756 m，堤身结构型式为 “三面光＋防浪墙”和 “混凝土挡墙与土石结构结合”两种型式，堤顶 （防浪墙顶）设计高程为7.50 m，堤顶路面高程6.70 m，堤高5.20～6.70 m。

2 工程地质条件及基础不均匀沉降

2.1 工程地质条件

工程区勘探深度范围内，主要为第四系全新统陆相沉积物和海相沉积物，其中第Ⅰ陆相层（Q43al）主要为淤泥质黏土；第Ⅰ海相层 （Q42m）主要为粉质黏土、淤泥质粉质黏土及黏质粉土。第Ⅱ陆相层 （Q41al）为粉质黏土及黏质粉土。第Ⅲ陆相层 （Q3eal）为砂质粉土及粉砂。该区地层结构多呈层状发育，局部呈透镜体状分布。

本次改线海堤大部分座落于沿海滩涂之上，其基础为软基，其承载力为50～75 kPa，而设计荷载为81～123 kPa，天然承载力满足不了工程要求，需对基础采取工程措施加以处理。

2.2 基础不均匀沉降

建筑物的重力施加到土基上会使其产生沉降，地基沉降量决定于地层所受的外力大小和土层的可压缩性。地基土质的不均匀性，建筑物施加在地层中的力的不均匀分布，都会使地基产生不均匀沉降。

根据地层地质条件，本工程选取了典型堤段，对不同断面地基最大沉降量和典型断面上不同点位的铅垂线上的地基沉降量进行了计算。计算各断面最大沉降量在30～53 cm之间，典型断面各时点沉降量见表1。

表1 海堤典型断面地基沉降量计算表 m

计算结果表明，该堤段地基沉降量较大，且沿堤轴线方向地基沉降存在明显的不均匀性。从表1计算结果可知，横断面各点沉降分布不均，堤顶可达到53 cm，建基面基底边缘为14 cm；填筑施工完成1年后，除第三层外，第一、二层基础土体均已完成沉降，第三层完成最终沉降量的22%。因此，需对软土地基进行处理，提高承载力，减少不均匀沉降对堤身结构的影响。

3 海堤基础处理

在天津沿海软土地基中，常用的地基处理方法有浅层换基法、自然挤淤法、桩基础处理法、塑料排水插板法和土工织物铺垫法等。

根据本工程特点，主要采用浅层换基与土工织物铺垫结合法、桩基复合地基法和塑料排水插板结合土工织物铺垫法3种地基处理方法。

3.1 浅层换基与土工织物铺垫结合法

对于浅层软基处理的主要方法是浅层换基与土工织物铺垫结合，即将基底以下持力层中的软弱土层全部或部分挖除，然后回填砂、砾石、素土、灰土等强度较高的土，并内夹土工织物，做成基底垫层。其主要作用是：提高持力层的承载能力、减小地基沉降量、加速地基的排水固结、防止地基土的冻胀性、改善地基土的抗液化能力。该方法投资较省、施工难度低、速度快，使用广泛。天津沿海工程浅层换基通常做法为：基底换填山皮土、上铺石屑或细碎石找平过渡层，内夹土工格栅。

本工程拆船厂和临时堆砂场段地基软土层浅薄，故该段海堤基础采用浅层换基与土工织物铺垫结合法，具体措施为：基础开挖后换填120 cm厚山皮土，其上铺筑40 cm厚细石，山皮土层底部及中间各铺设1层土工格栅。

3.2 桩基础处理法

本工程部分堤段采用陡墙式断面形式，为重力式挡土墙，最大墙高超过5.0 m，墙底地基最大应力达到164.7 kPa，天然地基承载力不足，不均匀沉降将会造成墙体倾斜或倒塌，破坏堤身，因此，对需要严格控制不均匀沉降的水工建筑物，采用桩基础处理法。

软基中常用的桩基础处理法有高喷桩、挤密碎石桩和CFG桩等，其各自特点如下。

3.2.1 高喷桩

高喷桩是土和水泥的混合固结体，利用钻机造孔，然后把带有喷头的射浆管下至土层的预定位置以高压力把浆液、水和气从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，土粒从土体上剥落下来后，一部分细小土粒随着浆液冒出地面，其余部分与灌入的浆液混合掺搅，在土体上形成凝结体的防渗加固工艺。其基本原理是利用射流作用切割掺搅以改变原地层，同时灌入水泥浆或混合浆形成凝结体，达到坚固地基和防渗的目的。适用范围较广，可用于砂类土、黏性土、黄土和淤泥地基。

3.2.2 挤密碎石桩

挤密碎石桩是在桩孔中填入碎石，并通过锤击或振动成桩，同时将周围土挤压密实，形成复合地基，可提高地基承载力、减小沉降，并可防止地基的振动液化。

挤密碎石桩适用于软土、人工填土和松散砂土的挤密加固地基。

3.2.3 CFG桩

CFG桩一般采用长螺旋钻机钻孔或沉管成孔，然后利用混凝土泵向孔内压送由水泥、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，边压注混凝土边提升钻具，直至达到预定的高程。CFG桩的桩体材料具有一定的胶结强度和较好的变形性能，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。CFG桩适用于多种土层，对于软弱地基强度的提高既有挤密作用，又有置换作用，同时CFG桩具有一定的渗透性 （其渗透系数一般为10-4～10-3cm/s）对桩周土体起到排水固结的作用。对于饱和软黏土强度的提高主要取决于桩的置换作用。

3.2.4 桩基础处理方案比选

设计中针对上述3种桩基础处理方案进行了投资比较，高喷桩投资最高，挤密碎石桩居中，CFG桩投资最省，且CFG桩较另外两种桩具有施工速度快、工期短、质量容易控制的特点，故将其作为桩基础处理方案的推荐方案。

对于 “三面光”梯形断面堤段，经过CFG（桩径50 cm，桩长16 m，间、排距1.5 m）处理后的前述各断面地基沉降值在19～22 cm之间，基本消除了不均匀沉降对工程的不利影响，同时承载力大幅提高，能够满足工程要求。

对于陡墙式堤段，挡墙下设CFG桩基础，地基换填两层碎石垫层，其中上层为细碎石，厚30 cm；下部碎石垫层厚80 cm。CFG桩径50 cm，桩长19 m，间、排距2.0 m。

3.3 塑料排水插板结合土工织物铺垫法

塑料排水插板法就是利用在软土地基中打设竖向的塑料排水板，缩短地基排水渗径，在上部预压荷载作用下，软土地基中的水由塑料排水板排到上部铺垫的砂垫层或水平塑料排水管中，由其他地方排出，加速软基固结，从而快速提高地基的承载能力。同时配以土工织物，利用土工织物的加筋作用，分散均布上部荷载，调整地基应力，对地基形成一定的侧限作用，形成复合地基，以提高地基承载力。对于含水率高且深厚的软土地基，塑料排水插板法造价低、土体固结效果好。

本工程河口滩地和疏港三线立交桥段为自然滩地，地基软土层较厚且含水率高，故该段海堤基础采用塑料排水插板结合土工织物铺垫法，具体措施为：基础换填50 cm粗砂后施打塑料排水板，其上交替铺设土工格栅和填筑山皮土，上部铺设一层40 cm厚细碎石垫层。山皮土总厚度150～200 cm，分2～3层铺设；土工格栅为两层，下层为双层土工格栅，上层为单层土工格栅。

4 结语

对于浅层软土地基，可采用换填强度较高的材料以提高地基承载力；对于单体水工建筑物，采用桩基础可较好地控制不均匀沉降；对于含水量较大、软土层较厚的地基，采用塑料排水插板法可加速地基土固结。

同时需要注意：本工程浅层地基多为淤泥质土或淤泥，地基加载后会产生不同程度的沉降，为了保障工程竣工验收堤顶高程不低于设计堤顶高程，施工过程中建筑物形体和高程应预留施工期地基沉降量。堤身刚性结构如灌砌石护坡、防浪墙及堤顶路面，宜在堤身填筑完成一段时间、沉降基本完成或明显减慢后施工，以避免不均匀沉降对其造成破坏。

[1]GB/T 51015—2014.海堤工程设计规范[S].

[2]曾瑜，霍军杰.海堤软土地基主要处理方法的技术经济分析[J].小水电，2010(6)：64-67.

[3]王焕更.浅谈团和围海堤工程地质条件及基础处理 [J].广西水利水电，2010(4)：67-68.

[4]江伟安.塑料排水板固结法在加固海堤基础工程中的应用 [J]. WaterResourcesDevelopment&Management，2011(3)：44-47.

郑国尉 男 工程师 天津市滨海新区塘沽农村水利技术推广中心 天津 300451

王 伟 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

孙富行 男 教授级高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

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