广州市某河涌整治工程地质问题分析及软基处理对策

陈 利, 王志宏

(黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 450003)

广州市某河涌整治工程地质问题分析及软基处理对策

陈 利, 王志宏

(黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 450003)

广州市某河涌整治工程主要包括堤防重建和水闸改建,地处软土区,工程地质条件复杂。通过勘探、原位试验、室内实验等地质勘察方法,针对地基渗透稳定、地震液化、边坡稳定性、沉降变形及抗滑稳定性等工程地质问题进行分析评价,并依据软土工程特性及建筑工程特征分别采用换土垫层法、塑料插板排水固结法、深层搅拌桩和桩基础等地基处理方法,效果较好。

河涌整治;工程地质问题;渗透稳定;地震液化;软基处理

广州市某河涌,地处珠江水系下游出海口,区内河网密布,地势低平,河涌淤积堵塞情况较为严重,导致河涌排涝过流能力降低,原有的防洪排涝设施已不能适应,需对该河涌进行整治。整治工程主要包括堤防重建和水闸改建,地处软土区,工程地质条件复杂,本文针对广州市番禺区某河涌整治工程可能出现的工程地质问题进行分析评价,并采用了各种有效软基处理方法,为其他河涌整治工程提供经验和参考。

1 工程地质条件

1.1 地质构造及地震

番禺区位于西北江三角洲次稳定区,粤中坳褶断束的南部。区内第四系地层广泛分布,未发现明显断裂构造迹象,周边的断裂构造以弱活动断裂为主,主要有沙湾断裂、新会断裂和黄阁—化龙断裂。其中沙湾断裂从工程区的南约4 km附近穿过,全长近百千米,自全新世以来无明显断裂活动;新会断裂从工程区的西北处通过,主要为隐伏断裂;黄阁—化龙断裂位于工程区以东约15 km,是狮子洋—伶仃洋断裂的西支,该断裂最新一次强烈活动在中更新世晚期以前,晚更新世早中期以来活动明显减弱。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015),该工程区的地震动峰值加速度为0.10g(相应的地震基本烈度为Ⅶ度),动反应谱特征周期为0.35 s[1]。

1.2 地层岩性特征

该区地处珠江三角洲冲积平原,地势低平,地层结构较简单。根据地层岩性及其工程地质特征,地层结构划分及其特性如下:

第⑤层(K)为白垩系沉积岩,岩性为泥岩、泥质粉砂岩,未揭穿。

1.3 水文地质条件

工程区内地下水主要为松散覆盖层孔隙水和基岩裂隙水两种类型。其中松散覆盖层孔隙水一般为潜水,上部的细粒土层为弱透水层,下部的粗粒土层多属中等—强透水层,水力坡度小,倾向河涌。基岩裂隙水主要为白垩系沉积岩层状裂隙水,多赋存于浅部砂岩风化带中,基岩裂隙发育差,富水程度弱,地下水较贫乏。地表水总硬度为88.9～123.7 mg/L,属软水,pH值为6.52～7.36,属中性水—弱碱性水。根据环境水对混凝土的腐蚀性判别结果,表明地表水对混凝土为无腐蚀性[2]。

2 软土工程地质问题

2.1 渗透稳定性

注射室巡回护士发生针刺伤的几率较其他护士明显更高。注射室收治患者数量多且病情复杂,病种较多,加上缺乏相关专业知识,很容易对一些护理操作产生误解,如环境、滴速、药效、按压针口等,需要注射室护士耐心进行解释。由于注射室患者数量较多,护士难以在短时间内给予患者满意的回答,此种情况下极易引发医疗纠纷及投诉,对医院整体医疗服务质量造成不良影响[3]。

土体在渗流作用下,当渗透比降超过土的抗渗比降时,土体结构及组成会发生明显变化或破坏,即渗透破坏。为避免堤防工程出现渗透破坏现象,根据规范和经验,对工程区土体的渗透变形进行判别(表1):基础土层第①层、第②-1层、第②-3层、第③-1层、第③-2层均为细粒土,其渗透破坏类型均为流土型,允许水力坡降0.30～0.40;第②-2中粉细砂、第③-3层的中细砂层经判定为管涌型,允许水力坡降0.10～0.20。

表1 工程区土的允许水力坡降计算表Table 1 Calculation of permissible hydraulic gradient in engineering soil

注:d5为小于该粒径的含量占总土重5%的颗粒粒径;d20为小于该粒径的含量占总土重20%的颗粒粒径。

表2 工程区土的地震液化判别表Table 2 Seismic liquefaction table in engineering soil

2.2 地震液化

地基15 m深度范围内存在着②-2淤泥质粉细砂,为饱和砂性土,存在液化可能,经过详判,结果表明(表2),地表以下15 m深度范围内②-2淤泥质粉细砂Ⅶ度地震时易发生液化;计算每个钻孔的液化指数为2.31～22.25,液化等级为轻微—严重。

2.3 沉降变形与抗滑稳定性

区内堤(闸)基普遍分布第②-1、②-3层淤泥、淤泥质粘土等软土,其厚度一般为3.2～23.5 m,厚度大且分布不均,软土天然含水率41.3%～100%,孔隙比1.312～2.765,渗透系数3.48×10-7～8.04×10-6cm/s,压缩系数1.01～4.38 MPa-1,呈流塑—软塑状态,具有高含水量、大孔隙比、高压缩性、承载力低等特点[3-5]。在上部荷载的作用下,容易引起堤(闸)基软土的沉降变形问题。

第②-1、②-3层淤泥、淤泥质粘土室内试验天然快剪凝聚力范围为0.8～10.1 kPa,内摩擦角范围为1.1°～11.3°,现场十字板剪切试验不排水抗剪强度范围为5.9～14.4 kPa,灵敏度范围为3.20～6.01,灵敏度高,抗剪强度低,该处软土具有明显的触变性,一旦受到外界扰动,土体强度将显著降低。该工程中堤基大面积分布着这种低强度软土,且大部分堤段堤外水下地形较陡或者堤外无滩,在一定外部条件下地基会产生抗滑稳定问题。当堤顶通行有载重车辆或者有大面积堆载时,荷载增长速度过快,水流冲刷岸坡,再加上浪蚀作用,岸坡基础产生临空面,这种抗滑稳定问题会更加严重。围堰等临时构筑物及涵闸均具有壅水与挡水功能,在水压力及自重作用下,这些建筑物或将地基软土层侧向挤出,或沿软土地基某一界面产生滑移破坏,从而导致上部建筑物滑移失稳。

2.4 边坡稳定性

闸基开挖边坡由填筑土、灰黑色淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土组成,由于闸址区地层中存在软土层,基础开挖产生软土边坡。区内软土层抗剪强度低,具有触变性、流变性等特性,由其构成的边坡稳定性差。因此,这时边坡稳定问题较为突出,软土边坡开挖应进行有效的支护,保证工程边坡稳定。

3 软基处理对策

工程区内普遍存在的淤泥质、淤泥软土,具有大孔隙比、高含水量、抗剪强度低、压缩性高、高灵敏度以及渗透系数小的特点,导致软土地基上建筑物沉降量大、沉降差过大、沉降稳定时间长,造成建筑物开裂破坏,产生地基局部或整体的滑移破坏,因此,依据“经济实惠、技术可行”的原则,对此河涌软土地基采用以下地基处理措施:

(1) 对荷重较轻的建筑物,可充分利用上部有强度的硬壳层(非软土层),当基础沉降计算结果满足要求时,优先考虑采用天然地基的可能性。部分河涌重建段两岸堤防均为历年加高培厚土而成,而且经过多年运行,堤基软土已受到了一定程度的排水固结,强度亦在逐渐增高,堤防基本上处于稳定状态,因此,采用了天然地基。

(2) 针对部分较薄、埋藏较浅的软土地基采用换土垫层法处理,将软弱的地基土部分或者全部挖去,分层回填压缩性较低且强度较高的灰土、沙石、三合土等,并进行夯实以减少基础的沉降量,提高地基的总体强度。但是实践中挖出流塑软土很困难,并且进行有效的边坡支护也很困难,因此,这种方法仅仅适用于软土厚度小、分布面积不大且平均荷载相对较小的软土地基。

(3) 对于大面积深厚软土地基,采用塑料插板排水固结法。在深厚软土层中插入塑料排水板可以改善地基原有的排水条件,缩短排水通道及排水时间,增强排水固结效果,提高地基土的强度,从而极大地提高了施工效率和工期,加固地基效果比较好。该方法主要施工步骤为先铺砂垫层,再插塑料排水板,然后堆载预压。塑料插板排水固结法重点避免出现沿堤大面积超重荷载,加荷速度不能过快,并且施工前应该做好堤外坡的防护,及时采用外侧挡墙或抛石护脚等抗冲加固处理措施。

(4) 小型涵闸地基处理采用深层搅拌法,利用水泥能充分吸收周围软土中水分的粉体喷射搅拌法施工,加固后地基强度提高,也可以用作支护和隔水处理措施。该法施工已有成熟的经验,且简单快捷,在该地区广泛采用[6]。

(5) 对于大中型涵闸及重要建筑物,常采用预制桩基础,施工时常用静压法施工。在基岩埋深较浅处,常采用钻孔灌注桩嵌岩桩基础。虽然采用桩基础成本相当高,但它的优点为强度高,沉降快,施工方法成熟简单。

4 结语

(1) 工程区断裂活动微弱,地形平坦、开阔,场地土类型为软弱场地土,类别为II-III类场地,作为堤防工程和水闸地基是基本稳定、适宜的。

(2) 地表15 m深度范围内的砂壤土和砂层存在轻微—中等地震液化问题,表层软土层存在沉降变形、抗滑稳定问题,需采取工程处理措施。

(3) 依据软土工程特性及建筑工程特征,对堤防和闸基分别采用塑料插板排水固结法、换土垫层、深层搅拌法、预制桩基础桩等地基处理方法,加固后效果较好。

[1] 中华人民共和国质量监督检验检疫总局.中国地震动参数区划图:GB 18306—2015[S].北京:中国标准出版社,2015.

[2] 黄河勘测规划设计有限公司.广州市番禺区河涌整治工程地质勘察报告[R].郑州:黄河勘测规划设计有限公司,2010.

[3] 陈晓平,黄国怡,梁志松.珠江三角洲软土特性研究[J].岩土力学与工程学报,2013,22(1):137-141.

[4] 梁令枝,童华炜.广州软土工程特性对比研究[J].山西建筑,2007,33(35):101-102.

[5] 黄绍铭,高大钊.软土地基与地下工程[M].第二版.北京:中国建筑工业出版社，2005.

[6] 周龙翔,童华炜.广州软土的工程特性及其地基处理方法的对比研究[J].北京交通大学学报,2006,30 (1):17-20.

(责任编辑：费雯丽)

Analysis of Geological Problem and Countermeasures of SoftFoundation Treatment of a River Regulation Project in Guangzhou

CHEN Li, WANG Zhihong

(YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450003)

The rebuilding dike and sluice reconstruction are included in river regulation project in Guangzhou,the engineering geological condition is complex and belongs to soft soil. In the paper,through geological prospecting methods,such as exploration,in-situ test and laboratory experiment,the engineering geological problems are analyzed and evaluated,for instance,foundation,the liquefaction of the earthquake,the liquefaction,slope stability,settlement deformation and anti-sliding stability. At the same time,according to the properties of soft soil engineering and the characteristics of construction engineering,the soil cushion method,the plastic plate drainage consolidation method,the deep mixing pile and pile foundation and other foundation treatment methods are adopted to deal with the problem respectively,and better results have been achieved.

river regulation; engineering geological problems; osmotic stability; seismic liquefaction; soft foundation treatment

2017-06-20;改回日期:2017-07-11

陈利(1985-),男,工程师,硕士,地质工程专业,从事大型工程地质及水文地质勘察、大型桥梁安全监测等工作。E-mail:287924514@qq.com

TV85

A

1671-1211(2017)04-0463-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.023

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170622.1655.008.html 数字出版日期:2017-06-22 16:55