城市河道工程地基基础设计探讨

徐泽友 曹昭辉

(南京南大岩土工程技术有限公司，江苏 南京 210000)

1 概述

城市的地貌结构因人类追求经济发展造成变化或破坏，必须遵循城市建设与生态环境相协调的可持续发展理论，建设美好宜居的美丽山水城市，以取得良好的经济效益和社会效益。

南京国家级森林公园老山南部分布数千米自然水系，中部零散分布千余亩湿地公园，是优良的天然绿色生态景区，拟通过开挖河道、河道护岸和建设溢流坝，将沿线湖塘自然相连，形成雨季时泄洪排水、平时宜居的自然生态游览区。本文对拟建河道地基基础设计进行探讨，对河道、挡墙、溢流坝不同地质条件的地基基础提出可供参考的设计方案，确保河道建成后运行安全。

2 场地工程地质条件

2.1 工程概况

拟建河道项目位于南京市浦口区海峡两岸科工园内，总体自西北～东南阶梯状走向，西北起于沿山大道，向南穿越宁合高速后继续向南至海桥路，折向东止于绿水湾路(建设中)，汇入绿水河。北段、中段支流分别规划淮月湖景区、晶溪湖景区，河道全长约4 300 m。

河道两侧护坡设计坡率1∶2～1∶4，拟采用绿滨垫生态格网护坡支护形式，河底为自然河底。拟建溢流坝坝高约2.5 m，拟采用C30钢筋混凝土重力式挡墙，坝底单位面积荷载标准值约100 kN/m2。

2.2 勘探要求

在拟建河道左线、右线交替布孔，勘探点间距不大于100.0 m；针对拟建溢流坝位置，每道溢流坝横向布置2个～4个勘察孔，间距不大于20.0 m。

勘探点深度根据场地地质条件，应满足河道开挖和坝堤地基基础设计深度要求，具体为：

控制性勘探点按进入河底或坝底开挖标高下中风化岩6 m控制，一般性勘探点按进入河底或坝底开挖标高下中风化岩4 m控制；对于强风化岩深度较大的地段，勘探点深度按进入河底或坝底开挖标高下强风化岩不小于10 m控制。

2.3 工程地质条件

建设场地地貌单元为阶地，发育有坳沟亚地貌。

各岩土层物理指标和力学指标如表1所示。

表1 岩土层物理指标和力学指标

2.4 水文地质条件

2.4.1场地地表水

拟建河道沿线及周边附近有6处沟塘分布，水深0.5 m～2.0 m,淤泥厚度0.5 m～0.9 m。

2.4.2场地地下水

根据勘探揭示的地层结构，场地地下水主要为潜水、承压水和基岩裂隙水。

3 地基基础方案评价

拟建河道和挡墙基底岩土层为①层素填土，②-1,②-2层粉质粘土，④层粉质粘土混卵砾石、⑤-1层强风化泥质粉砂岩。各土层平面分布、厚度、强度和压缩性差异大。

拟建溢流坝基底岩土层为②-1,②-2层粉质粘土，③层粉质粘土，④层粉质粘土混卵砾石,⑤-1层强风化泥质粉砂岩，局部为⑤-2层中风化泥质粉砂岩。部分地段跨越了不同的地貌单元，基底岩土层工程性质差异大。

3.1 河道地基基础方案

拟建河道荷载较小，除部分地段基底土层为强度低、压缩性高的①层填土需要挖除换填处理外，其余岩土层均可作为河底护底持力层采用。

3.2 挡墙地基基础方案

拟建挡墙基底岩土层工程性质差异大，本工程对挡墙地基基础设计的建议如下：

1)挡墙基底为人工填土层时，建议进行挖除换填处理，当换填有难度时可考虑采用水泥土搅拌桩的地基处理方案；

2)挡墙基底有②-2层软塑粉质粘土分布时，建议采用水泥土搅拌桩加固的地基处理方案；

3)挡墙基底为除②-2层软塑粉质粘土外的自然沉积土层与基岩分布的不均匀土岩地基时，考虑到岩层与土层压缩性差异巨大，为控制差异沉降，建议设置沉降缝调节地基不均匀沉降。

3.3 溢流坝地基基础方案

拟建河道沿线分布有24座溢流坝，根据溢流坝所在位置、底板设计标高、挡墙型式、基底荷载等特征，对溢流坝地基基础设计的建议如下：

1)溢流坝基底若为人工填土，建议进行挖除换填，当换填有难度时可考虑采用水泥土搅拌桩的地基处理方案；

2)若溢流坝基底有②-2层软塑粉质粘土，考虑到②-2层粉质粘土强度低、压缩性高，工程性质差，承载力和抗变形能力均不能满足天然地基基础设计的要求；同时，②-2层软塑粉质粘土与其余岩土层工程性质差异较大，采用天然地基方案易引起挡墙的不均匀沉降，建议对②-2层软塑粉质粘土采用水泥土搅拌桩的地基处理方案；

3)若溢流坝基底为除②-2层软塑粉质粘土外的自然沉积土层与基岩分布的不均匀土岩地基时，建议通过设置沉降缝调节地基不均匀沉降。

4 地基处理方案评价

挡墙或溢流坝基底水泥土搅拌桩设计方案如下。

4.1 地基处理设计计算参数

1)复合地基承载力特征估算。

地基处理深度应满足强度及变形验算要求。水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基静载试验确定。初步设计时可按照JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范公式7.1.5-2估算，估算公式为：

式中：fspk——复合地基承载力特征值，kPa；

λ——单桩承载力发挥系数，取1.0；

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m——面积置换率；

Ra——单桩竖向承载力特征值，kN；

Ap——桩的截面面积，m2；

β——桩间土承载力发挥系数，建议取0.2；

fsk——处理后桩间土承载力特征值,kPa，可取天然地基承载力特征值，按表1取用。

2)单桩竖向承载力特征值Ra建议采用单桩载荷试验确定，取单桩竖向极限承载力的1/2初步估算时，可按下式估算：

式中：Ra——单桩竖向承载力特征值，kN；

lpi——桩长范围内第i层土的厚度，m；

up——桩的周长，m；

n——桩长范围内所划分的土层数；

αp——桩端端阻力发挥系数，水泥土搅拌桩地基处理建议取0.5；

qp——桩端端阻力特征值，kPa，水泥土搅拌桩地基处理可取未经修正的桩端地基土承载力特征值，可按表1取用；

qsi——桩周第i层土的侧阻力，按表2取值。

表2 桩周土的侧阻力特征值取值

4.2 地基处理设计与施工的建议

1)采用地基处理设计方案时，处理深度应满足构筑物对地基强度及变形的要求。

2)水泥土搅拌桩设计前，应进行处理地基土的室内配比试验。地基处理的效果和质量应按相关规范要求进行检测。施工中应严格监理，控制施工质量。

3)上表提供的水泥土搅拌桩参数仅供设计估算单桩承载力时使用。水泥土搅拌桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。

4)地基处理施工前，应探明场内及周围附近的地下管线分布情况，采用妥善的迁移和保护措施。