砂土混合料在堤防建设中的应用

陈含琦

（浙江鼎邦建设有限公司，浙江 温州325400）

1 砂土混合料特点

作为筑堤材料，砂土混合料具有如下特点。

1.1 成本较低

采用砂土混合料作为筑堤材料，可就地取材，不需从远距离运土筑堤，减少了在运输以及购买土料方面投入的成本。该类筑堤材料适用于土料较为匮乏的地区。

1.2 自身优势

砂土混合料的优势在于抗渗透能力强，且沉降量较小，抗剪切破坏能力及抗液化能力强。相比均质土料而言，尽管砂土混合料渗透系数相对较低，但山丘区域的洪水产生与消退较为迅速，且历时相对较短，所以选择砂土混合料更为合适。

1.3 施工简单方便

砂土混合料无需机械设备进行拌和及筛分，处于含水量合适的状况下，相对密度便可符合有关规定要求。

1.4 环保性

该材料不会对堤背水坡面各类植物正常生长构成影响，如施工人员可利用混凝土板及浆砌石保护迎水坡面，从而确保坡面的稳定。不仅如此，以砂土混合料为主的堤防工程，土凝聚力相对较小，但抗剪能力较大。因此，施工单位选择砂石混合料作为筑堤材料，含砂砾石应小于40%。此外，利用砂石混合料，可避免均质土堤坝对附近耕地和植被的损害，具有一定生态保护意义，实现工程建设与环境保护的双赢。

2 工程地质情况与防洪工程现状

某河流位于浙江境内，为温州瓯江流域支流，流经某城镇并入流域。总流域面积达20971.6m2。该段流域范围层峦叠嶂，地面坡度陡峭，为山区地形。河流河谷底层是第四系全新统冲积层，顶部土层覆盖厚度0.4～1.0m，砂砾石层厚度15.0～20.0m。

为控制堤防洪水，该地区在东、西岸河流建设堤防工程。

2.1 东岸

东岸最早的堤防工程于1998年建设，之后在其基础之上加建，长度达11.6m，平均顶宽3.5m，平均高2.5m，现有堤防大坝2座。

堤防建设标准以满足50年一遇防洪的要求，则东岸迎水坡应用混凝土板加以保护，长2m，其他区域与背水坡均应用干砌石加以保护。

2.2 西岸

西岸堤防于2000年开始建设，长度5.1km，洪断面700～1400m。东岸堤防顶宽6m，堤防顶宽4m，堤坝高度平均4m。西岸迎水坡应用干砌石加以保护，长2m，其他区域与背水坡都应用自然草皮加以保护。

两岸筑堤材料均运用砂土混合料为主要建设材料。

3 砂土混合料试验

3.1 实验准备

对堤防工程砂土混合料，分别选用均质土料与砂土混合料，针对砂土混合料，需要在含砂量30%，40%，50%及60%情况下予以击实，并针对含砂量为50%与60%的砂土混合料进行细菌渗透试验。

3.2 实验控制标准

砂土混合料级配选用处于封干状态下土料与含砾量30%，40%，50%及60%掺配。土料同砂砾石掺配比值分别为3.63∶1，2.33∶1，1.56∶1，1.04∶1。并对干密度加以控制，混合料渗透实验干密度设定标准为击实实验中干密度最大值。

3.3 试验结果与分析

3.3.1 颗粒试验结果

实验显示，含砾量分别为30%，40%，50%，60%混合料。粒径不大于2mm颗粒含量比例为78%，69%，61%，52%，该结果说明混合料内颗粒多为细颗粒。

3.3.2 击实试验数据

结合击实试验，含砾量不断增加，干密度最大值也随之增加，最优含水量相应减少，含砾量增加10%，最大干密度的增加值在0.05～0.09g/cm，最佳含水量降低1.0%～1.6%。击实曲线同饱和曲线之间关系较为合理，可运用砂土混合料筑堤。

3.3.3 渗透实验结果

土料渗透系数6.23×10-8cm/s，含砾量达50%，60%混合料渗透系数为2.94×10-8，3.09×10-8cm/s。

综上分析，当砂土混合料含砾量高于40%时，其稳定性比较低。因此选择砂土混合料作为筑堤主要材料，含砾量控制在40%以下。

4 沙土混合料在堤防工程中的应用

本堤防工程分为西岸工程和东岸工程，两岸原防洪堤坝宽为3～3.5m，堤坝高度为2～3m。

东岸堤防顶宽6m，堤坝高度4m，东岸迎水坡应用混凝土板保护，长度2m；其他区域与背水坡都应用干砌石加以保护。

西岸堤防顶宽4m，堤坝高4m，迎水坡应用干砌石加以保护，长度2m，其他区域与背水坡都应用自然草皮加以保护。

本堤防工程主要建设材料都为砂土混合料。笔者通过渗透分析计算、 滑动破坏和液化破坏分析对砂土混合料在堤防工程中的应用进行探讨。

4.1 渗透分析与防治措施

本工程原防洪堤坝顶宽处于3～3.5m之内，边坡比值在1∶1～1∶1.5，堤段面相对单薄。东部堤坝背水坡堤底部部分层发生管涌及堤坡渗水问题。西岸背水坡存在3处管涌问题，目前已经将堤防横断面适当加宽，渗径有所增加，渗透缩减。

浸润线运用GB50286—2013 《堤防工程设计规范》K≤K0计算。渗流稳定计算结果：①渗流出口比降可以视为校对背水坡渗流的关键依据，若坡面因渗透力的影响而形成局部破坏，较为容易对下游坡安全构成威胁。②堤防如出现渗透破坏问题，破坏位置往往处于下游堤脚之上0.005m，堤基渗透破坏范围一般为下游坡脚之外0.004m。③洪水历时较短，无法产生较为稳定的渗流，不会轻易造成渗透破坏。因此，可不对其进行防渗处理。

4.2 滑动破坏分析与防治措施

设计筑堤期间，迎水坡与背水坡之间的比值为1∶2.5，堤坡坡度较缓，然而，筑堤材料选用砂土混合料，抗剪强度较低。且本次工程用以筑堤的沙壤土及砂砾石均为第四系纪冲击物，抗剪强度较大，且经过数年的实际应用证明基本没有滑动破坏现象发生。

按照本次工程堤防的需求，考虑堤防处于不同状况之下，上游堤坡与下游堤坡抗滑的稳定性，按照条分法内太沙基公式开展抗滑稳定计算，若计算结果，安全系数达F＞［F=1.15］，则表明抗滑符合堤防工程的实际需求。

本次工程中，针对粉砂基础，土质干容重处于1.6～1.75g/cm之内。采用换土的方式予以处理，以保证施工质量。

4.3 液化破坏与防渗措施

4.3.1 液化破坏

为保证堤身与堤基的稳定性，建议砂土混合料中尽量避免运用细砂，同时需要尽量避免砂土混合料颗粒级配均匀。若堤内外的水位差处于3.0～3.5m之内，可能引发管涌。局部可能出现流土问题，即由于渗流的影响，某一范围内土体表面隆起，浮动或某一颗粒群同时启动且流失的沙沸现象，不仅如此，还需尽可能降低浸润线高度，以保堤坝的稳定程度。

4.3.2 防治措施具

施工期间，迎水坡土料位置尽可能降低，从而实现“上堵”“下排”，提高背水坡含砂量，并对堤坝外脚地面可能出现管涌的区域设计排水体。

砂土混合料是一种十分有效的新型防渗材料，应用于堤坝及路堤防渗中，堤身砂土混合料与堤坝及山丘相连，形成完整的防渗体，不但能防止管涌、流土等渗透破坏，而且能有效降低工程造价。

5 结语

以堤防工程为例，通过分析可知，砂砾石与土料的混合料在山丘地区堤防工程建设当中所产生的作用不容忽视，不仅减少了施工单位在购买与运输土料方面投入的成本，使得土料紧缺问题得到有效解决； 也避免了工程施工对周围耕地的破坏与负面影响。目前，沙土混合料已经逐渐成为山丘地区常用的筑堤材料之一。