福安市赛江左岸扆山至溪柄桥段堤防工程地基处理研究

漆 云

(广东珠荣工程设计有限公司，广州 510610)

0 引 言

城市河道堤防工程建设是一项十分重要的工程。由于自然河道岸坡稳定性较差，在河水长期的冲刷作用下，岸坡坍塌现象十分常见，将造成严重的水土流失现象，同时不利于河道生态保护[1-3]。堤防作为一种极为常用的防洪措施，其修建可以改善河道岸坡稳定性较差的现象，同时，也可保护沿线居民免受洪水灾害影响[4-6]。软土是影响工程建设的一个重要因素，结合溪柄镇赛江左岸扆山至溪柄桥堤段工程，对堤基处理方案进行分析。

1 工程概况

溪柄镇赛江左岸扆山至溪柄桥堤段位于溪柄镇区。溪柄镇区位于赛江干流左岸，镇区北面为赛江支流茜洋溪，镇区南面为赛江支流龙新溪。镇区北面茜洋溪左岸防洪堤已列入赛江防洪一期工程，防洪标准为20a一遇，现状已建成。镇区南面支流龙新溪以104国道为界，104国道溪柄桥上游两岸紧邻镇区，两岸防洪堤已建成。104国道下游两岸现状为农田，河道为自然河岸，未设任何防洪设施。赛江左岸与104国道之间现状为农田示范区，规划为镇区，河岸为自然河岸，未设任何防洪设施。

2 堤防工程设计

2.1 地基处理方案比选

根据工程地质勘察揭示，赛江左岸扆山至溪柄桥堤段堤基广泛分布有一层淤泥软弱层，淤泥层以上一般覆盖有一层薄层粉质黏土及部分杂填土，淤泥层以下为卵石。

桩号YX0+000-YX2+369段，堤基表层杂填土或粉质黏土在1.8-3.1m之间，下层淤泥层厚一般在2-4m之间，下卧倒层为砂卵石层和粉质黏土层；桩号YX2+620-YX2+870段，地基表层杂填土或粉质黏土厚3-4.5m，下层淤泥层厚约1-1.8m，该两段堤防地基均存在淤泥软弱地基层，需进行地基处理。

软弱地基的处理方法有垫层法和浅层处理、反压法、水平加筋、竖向排水体、真空预压、料粒桩、加固土桩、水泥粉煤灰碎石桩、刚性桩、爆破挤淤、强夯和强夯置换等。

桩号YX0+000-YX2+369和YX2+620-YX2+870段淤泥表层均覆盖粉质黏土层，部分堤段粉质黏土层较厚，局部可达4.5m，淤泥层亦厚2-5m，且堤基宽度大，垫层和浅层处理不可行。本堤段淤泥层厚度不大，采用料粒桩、加固土桩、水泥粉煤灰碎石桩、刚性桩等方法明显工程投资大；采用真空预压、爆破挤淤等方法，则施工技术要求高。本阶段设计根据一般工程经验，拟定以下3种方案进行比较。

方案一：反压法；

方案二：反压法+加筋法；

方案三：反压法+加筋法+排水固结法。

各地基处理方案详见各方案典型断面图，见图1。

(a)方案一

(b)方案二

(c)方案三

从施工技术上看，3个方案均较为常见，但方案三施工工艺相对较为复杂，其次为方案二，方案一最优。

从工程占地上看，方案一占地最大，方案二其次，方案三占地较小。三者相差不大。结合城镇总体规划，工程保护区拟大范围征地，并填土至7.2m高程。且在堤背规划建设滨江路，堤背占地处于规划路路基以下，三个方案在占地上的实际差距可进一步减小。三个方案在占地上的实际差异主要体现在堤前占地，但堤外滩地不可利用。如不考虑堤背占地，则三个方案每100m占地指标依次为0.39hm2、0.36hm2、0.34hm2。3个方案占地差异不明显。

从工程造价上看，方案一每100m可比工程投资221.9万元，投资最为节省；其次为方案二，可比工程投资264.1万元；方案三投资最大，为280.9万元。

由于所选典型断面为淤泥最为深厚的堤段，随着上游淤泥厚度逐渐变小，堤基表层覆盖层厚度逐渐增加，方案二、三的占地上的优势将进一步缩减。综上因素，本阶段设计推荐方案一，即反压法方案。

桩号YX2+369-YX2+620段，地基表层杂填土或粉质黏土在0-1.4m之间，局部淤泥层出露，淤泥层厚度1.8-2.8m之间，淤泥层之下为0.5-2.6m后粉质黏土层，下卧层为砂卵石层。该段淤泥层相对较薄，本次考虑将淤泥挖除换填黏土方式对堤基进行处理。

桩号YX2+870-YX3+100段，堤基表层杂填土或粉质黏土厚约5m，下层为砂卵石层，堤基无软弱层无需进行堤基处理。

2.2 堤防工程方案

溪柄镇溪柄堤段(YX0+000-YX2+718)主要堤型结构为：堤顶防汛公路宽4m，防汛道路下分别为透水砖5cm、1∶2水泥砂浆结合层3cm、C15混凝土垫层10cm，防汛道路迎水侧设置C20混凝土防浪墙；迎水侧坡比为1∶2.5，护面采用15cm后现浇生态混凝土护坡，材料由上至下分别为：覆土植草绿化厚30mm、填充复合营养改良材料一层、现浇生态混凝土厚150mm、400g/m2营养土工布一层，并设置C25钢筋混凝土框梁；坡脚为C20混凝土小挡墙防冲护脚，顶宽1m，高1.5m；背水侧坡比为1:2.0，为草皮护坡堤脚设置C20排水沟。并于迎水坡和背水坡坡脚位置设置5.0-7.0m的反压平台。见图2。

图2 溪柄镇溪柄堤段(YX0+000-YX2+718)堤型结构

溪柄镇溪柄堤段(YX2+718-YX3+100)主要堤型结构为：堤顶防汛公路宽4m，防汛道路下分别为透水砖5cm、1∶2水泥砂浆结合层3cm、C15混凝土垫层10cm，防汛道路迎水侧设置浆砌条石防浪墙；堤身为C20埋石混凝土挡墙，表面采用30cm厚M10条石镶嵌，顶宽1.0m，迎水面坡度为1∶0.15，墙背坡度为1∶0.35，墙身设置DN110@2.0×2.0mPVC排水管，梅花形布置；背水侧坡比为1∶2.0，为草皮护坡。见图3。

图3 溪柄镇溪柄堤段(YX2+718-YX3+100)堤型结构

2.2.1 堤防稳定计算

本堤段共有两种挡墙型式：直墙式埋石混凝土挡墙和斜坡式土堤。埋石混凝土挡墙需对挡墙的抗滑、抗倾稳定进行计算；斜坡式土堤稳定需计算堤防的整体稳定。

1)土材料物理力学指标：

填土计算指标根据地质勘查实验及参照现有工程经验得出的相关材料结果，计算采用的材料物理力学指标见表1、表2。

表1 地基土层相关材料物理力学指标

表2 土料场土料物理力学指标

2)计算工况：

堤防稳定计算选取正常运用条件和非常运用条件进行稳定计算，详见表3、表4。

表3 斜坡式堤防整体稳定计算工况

表4 直墙式埋石混凝土挡墙整体稳定计算工况

3)斜坡式堤防稳定计算：

本次斜坡式堤防稳定计算选取2种情况进行计算：①淤泥层出入较浅的堤段，本次采取挖除淤泥层黏土换填方式处理，选取桩号YX2+620断面为代表断面进行稳定计算，堤高5.69m；②淤泥层出入较深的堤段，选取沿堤线6个断面进行稳定计算，堤高为3.96-5.03m。斜坡式堤防稳定计算公式及计算软件与前面相同。经计算，各种工况下。经计算，各种工况下，堤防整体稳定计算结果见表5：以上3种工况均满足设计允许值，堤防抗滑稳定能满足规范要求[7]。

续表5 各种工况堤防整体稳定安全系数

从表5可知，以上3种工况均满足5.1.4章节所列的设计允许值，堤防抗滑稳定能满足规范要求。

4)直墙式埋石混凝土挡墙稳定计算：

直墙式埋石混凝土稳定计算本次以桩号YX2+718断面为代表断面进行计算，挡墙高6.29m，挡墙基础坐落在抛石基础上。直墙式埋石混凝土挡墙计算公式及计算软件与前面相同[8]。经计算，各种工况下，挡墙稳定及基底压力计算结果见表6。

表6 挡墙稳定及应力计算成果

经计算挡墙稳定安全系数满足设计允许值，堤防设计是安全的。

2.2.2 渗流及渗透稳定计算

堤基主要土层土的渗透变形类型：耕植土、粉质黏土、全风化凝灰熔岩的渗透变形类型为流土，杂填土、砂卵石的渗透变形类型为管涌。根据地质报告单行本堤基各主要土层的允许水力坡降：粉质黏土0.55，含泥细砂0.1，中砂0.12，砂卵石0.12-0.15，残积砂质黏性土0.5。

经计算该堤段堤基渗透稳定计算结果见表7。

表7 渗流稳定计算表

经计算堤基最大渗透坡降0.19，<堤基允许渗透坡降0.5；堤基渗流满足要求；堤身最大渗透坡降0.24，小于堤身允许渗透降0.5，堤身渗流满足要求。

2.3 堤岸防护计算

2.3.1 堤脚冲刷深度计算

本堤段河床大部为粉质黏土和砂卵石。本堤段水流流向与岸坡最大交角为20°，因此水流流速不均匀系数均在平顺段取1.0，在交角最大取1.25，平顺段本次选取最大流速与最大水深断面计算冲刷深度，计算结果见表8。

表8 计算冲刷深度表

根据冲刷深度计算成果，本工程绝大部分堤防冲刷深度均<1.00m，局部堤段冲刷最大冲刷深度为1.29m。结合福安市地区河流特点及已建堤防堤脚防冲的处理方式，对河道堤脚抗冲刷深度按≥1.10m设置，同时堤脚设置抛石，增强堤脚的抗冲性能。

2.3.2 抛石护脚粒径计算

按平均最大流速3.54m/s计算，则d=0.27，折算成单块块石最小重为23kg。故本工程对抛石护脚表层理砌块石最小质量要求≥23kg。

2.3.3 护岸材料厚度计算

混凝土板作为护面时，护面板厚度按下式计算：

γb

(1)

式中：t为混凝土护面板厚度，m；η为系数，对于开缝板可取0.075；对于上部开缝板，下部为闭缝板可取0.10，本次取0.075；H为计算波高，取H1%，m；γb为混凝土板的容重，取24；γ为水的容重；L为波长，m；B为沿斜坡方向护面板长度，m，取0.3m；m斜坡坡率，取2.0。

2.3.4 沉降计算

本堤段堤基存在厚1.7-4m厚淤泥层。溪柄水闸下游段桩号YX2+718-YX3+100段淤泥层较薄，本次采用抛石对地基进行加固处理，该段堤基和堤身的沉降量较小可忽略。YX2+718上游段，由于堤基存在软土层，应进行沉降量计算，预留沉降超高，以保证在沉降终了时堤顶高程能达到设计值。

堤顶部位没有外加荷载。因堤基荷载为填土荷载，可假设在堤顶中心点下附加应力沿深度是均布的。淤泥层下的卵石层的沉降量不计，因此堤基压缩层计算深度至卵石层，分别为淤泥4m，粉质黏土层3m和堤身填筑土5m。计算平均自重应力和附加应力后，根据地质单行本附表5提供的淤泥的e-p关系曲线中XB4-1和XB2-2，求的改应力下对应土层的空隙比。采用下式计算堤顶中心线下的最终沉降量：

(2)

式中：S为最终沉降量，mm；n为土层数；e1i为第i土层在平均自重应力作用下的孔隙比；e2i为第i土层在平均自重应力和平均附加应力作用下的孔隙比；hi为第i层土的厚度，mm；m为修正系数，粉质黏土层取1.0，淤泥层取1.5。

表9 地基土层相关材料物理力学指标

经计算，堤防最终沉降量为1.033m，本次初步设计工后预留沉降量为1.1m。

3 结 论

结合赛江左岸扆山至溪柄桥段堤防工程实例，选取3种方案进行对比，研究淤泥堤基处理方案。通过对比采用反压法进行处理，具有施工简便、投资低等优势。根据计算分析，处理后的堤防工程整体稳定性及渗流稳定性可满足要求。堤防最终沉降量约为1.033m，满足预留沉降量要求。采用抛石处理后，堤防可满足防冲刷要求。