软土地基处理技术在河道堤防中的应用

顾寅东

(湖南建工集团有限公司，湖南 长沙 410004)

0 引言

软土地基是指由强度低、压缩性高及其他不良性质的软弱土组成的地基，包括淤泥、淤泥质土和部分充填土，其工程特性表现为含水量较高[1]，孔隙比大；压缩性高、抗剪强度低；渗透性差，属于高灵敏土。这些工程特性会影响堤防堤基的排水性和结构稳定性，使工程建筑沉降时间延长，施工质量难以保障[2]。河道堤防对软土地基的处理方法至关重要，如何在构筑物应力结构、应力方向具有明显差异性的条件下，完善软土地基强度和稳定性，值得深入研究。

1 工程概况

龙海市城区防洪及污水截流综合改造工程拟通过对城区驳岸改造加固提升，消除现状驳岸的安全隐患，提高防洪标准，避免城市内涝。同时完成污水截流管工程建设，实现旧城区污水收集全覆盖。现有堤岸防洪标准不足10 a一遇，拟改造堤岸线总长1785.59 m，工程等别为Ⅱ等，防洪标准采用50 a一遇洪水设计，堤防工程的级别为2级。地质勘察表明该段堤岸地基主要为淤泥，下卧淤泥混砂，二者均为软弱土层，泥和淤泥混砂总厚度13.1 m～15.2 m，不宜直接作为堤岸地基，需经处理。

2 处理技术

2.1 软土地基处理

一般淤泥和淤泥混砂地基可以采用换填法、预压排水法、复合地基等方法进行处理。鉴于本工程软土地基深厚、沉降要求高，堤岸基础拟采用桩基，可用的桩型有灌注桩、钢管桩、预应力砼管桩等。

2.1.1 灌注桩

灌注桩系指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。根据工程特点，灌注桩施工必须构造施工平台。

工程可采用筑岛、架构式钢平台。筑岛方案先采用方驳设置抛石护脚后从现有堤岸进占筑岛，施工较为简单，但造价高、涉及土石方量大。筑岛平台根据施工期水位要求，平台顶高程定为4.5 m。基本与现有驳岸高程相当，平台外侧坡坡比1∶2，采用砂土进占填筑。结合永久工程设计，在坡脚设置抛石护脚，底部换填1.48 m海砂，见图1。

图1 筑岛施工平台

架构式钢平台采用钢管桩立柱和现有护岸进行支撑，上部采用贝雷桥及铺槽钢面层。立柱采用两排Φ600钢管桩，纵向间距15 m。钢管桩施工采用液压打桩锤配合100 t吊车在现有护岸施工，可先打第一排桩后搭设内侧半部施工平台后再施打外侧排桩。钢平台断面见图2。

2.1.2 钢管桩

土质很厚(深达50 m～60 m)的软土层，当上部结构荷载较大而低压缩性持力层又很深，常采用钢管桩。其由钢管、 企口榫槽、企口榫销构成， 钢管直径的左端管壁上竖向连接企口槽，企口槽的横断面为一边开口的方框形，在企口槽的侧面设有加强筋，钢管直径的右端管壁上且偏半径位置竖向连接有企口销，企口销的槽断面为工字形。桩下端为开口，随着桩打入，泥土挤入桩管内与实桩相比挤土量大为减少，对周围地基的扰动也较小，可避免土体隆起；对先打桩的垂直变位、桩顶水平变位，也可大大减少。

图2 架构式钢平台断面图

2.1.3 预应力管桩

预应力管桩属于挤土桩，桩间要求较高，因此不宜采用较大直径的管桩，否则承台尺寸需要加大，纵向间距也要加大。同时，预应力管桩主要用于承受竖向荷载，承受水平力能力较其他桩型较差。本工程护岸需要承受较大的水平推力，且为永久荷载控制，因此，桩基方案选择不考虑预应力管桩。

2.2 堤防断面拟定

根据上述软土地基处理分析，针对本工程实际情况，对该堤段拟定以下几种断面进行比较。

1)A方案：灌注桩+重力式挡墙+筑岛

本方案堤岸采用两排D1000灌注桩基础，纵向间距3 m，灌注桩桩底进入卵石层不小于1.0 m，桩顶标高0.1 m，承台顶标高1.5 m。上部采用C20埋石砼重力式挡墙，面层设置50 cm厚浆砌条石，条石面层既可以起到装饰作用也可以用作挡墙外侧模板及发挥挡潮作用。挡墙顶部采用钢筋砼平台向临水侧悬挑2 m并设置防浪板和栏杆。D800污水管采用一排D600灌注桩基础。

考虑堤岸防冲及整体稳定要求，需要在临水侧设置抛石护脚，并对地基土进行部分换填。由于筑岛放坡要求，A方案抛石护脚至承台边缘约9 m，抛石护脚顶高程0.00 m，宽3.0 m，外坡1∶2，内坡1∶1.5。护脚至承台之间顶面采用干砌块石护砌，厚0.6 m。断面图见图3。

图3 灌注桩+重力式挡墙+筑岛

2)B方案：重力式挡墙+灌注桩+钢平台

本方案采用先架设钢平台进行灌注桩施工，堤岸断面布置与方案A基本相同，仅抛石护脚的位置相对方案A较近，距承台边缘5.7 m，可以减小换填海砂及抛石护脚的工程量。断面图见图4。

3)C方案：重力式挡墙+钢管桩

本方案堤岸采用两排D800钢管桩基础，纵向间距3 m，灌注桩桩底进入卵石层不小于1.0 m，桩顶标高0.1 m，承台顶标高1.5 m。上部采用C20埋石砼重力式挡墙，面层设置50 cm厚浆砌条石，条石面层既可以起到装饰作用也可以用作挡墙外侧模板及发挥挡潮作用。挡墙顶部采用钢筋砼平台向临水侧悬挑2 m并设置防浪板和栏杆。D800污水管采用一排D600灌注桩基础。

考虑堤岸防冲及整体稳定要求，需要在临水侧设置抛石护脚，并对地基土进行部分换填。由于筑岛放坡要求，本方案抛石护脚至承台边缘约4.7 m，抛石护脚顶高程0.00 m，宽3.0 m，外坡1∶2，内坡1∶1.5。护脚至承台之间顶面采用干砌块石护砌，厚0.6 m。断面见图5。

图5 重力式挡墙+钢管桩

4)D方案：预应力管桩复合地基+空箱式挡墙

采用D300预应力管桩方案进行地基处理，管桩单桩长15 m，正方形布置，间距1.0 m，管桩共布置11排，处理后地基承载力可达140 kPa。处理后复合地基标高0.00 m。堤岸上部结构采用C30预制钢筋砼空箱式挡墙，可利用200 t浮吊进行吊装。预制空箱式挡墙2.5 m一节，底板厚0.6 m，趾板长0.7 m、踵板长1.5 m，墙高4.5 m，墙厚0.4 m，箱内采用乱块石进行回填。上部设置钢筋砼平台悬挑2 m。为减小墙前后水位差，挡墙墙背回填以中粗砂为主，路基回填采用砂碎石。

考虑堤岸防冲、整体稳定及地基承载力要求，需要在临水侧设置抛石护脚，并对地基土进行部分换填，换填中粗砂采用45 kW振冲器进行密实。由于筑岛放坡要求，本方案抛石护脚至承台边缘约9 m，抛石护脚顶高程0.00 m，宽3.0 m，外坡1∶2，内坡1∶1.5。护脚至承台之间顶面采用固滨石笼护砌，厚1.0 m。断面见图6。

图6 预应力管桩复合地基+空箱式挡墙

2.3 各方案比选分析

现就堤防各处理方案予以比选分析，见表1。

表1 城区防洪及污水截流综合改造工程堤防方案比较表

由表1可知，方案A采用筑岛方案，涉及大量土石方，造价也是最高、工期最长；方案C采用钢管桩，造价较高；方案D主要采用预制构件，施工速度较快，但预制桩可能出现无法打入的问题，同时施工期环境影响大，运行时风险最大。方案B采用钢平台施工灌注桩，造价适中，结构可靠，地基适应能力也较强。因此本阶段推荐采用方案B，即重力式挡墙+灌注桩+钢平台。

3 结语

综上所述，地基处理对河道堤防的安全性具有重要影响，本项目中基于软土地基处理方案，就堤防设计断面最终确定为重力式挡墙+灌注桩+钢平台，该方案在满足地基力学性能的前提下较好地平衡了投资、工期及施工难易度，取得了良好处理效果。