防洪堤软弱地基处理技术研究

刘 森，何明磊，拥忠朗杰

(1.林芝市水利局,西藏 林芝 860000；2.广东省城乡规划设计研究院有限责任公司，广州 510290；3.察隅县水利局,西藏 林芝 860600)

1 概述

随着我国社会经济的快速发展，城市现代化建设进程也不断加快，临河城市得到了较好的开发，使得防洪堤建设变得更加频繁。在防洪堤建设施工过程中，因为建筑垃圾堆积、河滩采砂严重等多种因素的影响，很容易诱发软弱地基问题。在这种情况下，工程团队就必须要针对软弱地基问题进行专项处理，并通过各类可行的方式强化地基，避免对防洪堤工程带来不必要的负面影响。但针对于软弱地基的处理技术是比较复杂的，需要工程团队结合实际情况进行合理设计。这里也结合我国防洪堤建设施工的实际情况展开分析，探索软弱地基的有效处理技术。

2 防洪堤软弱地基的危害

防洪堤软弱地基会带来较多的危害，导致防洪堤无法发挥应用的作用，甚至带来严重的安全事故。综合来看，防洪堤软弱地基的尾号主要分为建筑沉降、建筑开裂与倾斜、降低堤坝强度等。下面从这3个方面入手，综合阐述防洪提软弱地基的具体危害。

2.1 容易发生堤坝沉降

在防洪堤设计施工过程中，软弱地基非常容易引发建筑沉降问题。这主要是因为软弱地基的承载能力比较弱，在这类地基上建立防洪堤的时候，后续就会因为地基承载力不足而引发防洪堤建筑的整体沉降，无法达到预期的防洪效果。甚至部分防洪堤工程因为软弱地基的影响导致堤坝直接沉降到跟周围土地相近的高度上，失去了防洪堤的本身作用。这也使得防洪堤工程形同于无，浪费了大量的工程资源。

2.2 引发堤坝开裂与倾斜

软弱地基还会引发防洪堤建筑开裂与倾斜等问题。这是因为软弱地基各个区域的情况有所差异，承载能力也有所不同。在发生沉降的时候，很容易出现不均匀沉降问题。即某些区域的沉降更加显著，某些区域的沉降不是很明显。这也导致防洪堤建筑各区域的沉降程度不同，引发了建筑的倾斜。当沉降不均匀情况非常严重的时候，会导致防洪堤建筑的受力比较集中，直接引发建筑开裂等事故，带来难以挽回的损失。

2.3 降低堤坝强度

软弱地基还会直接降低防洪堤的堤坝强度，影响了防洪堤工程的整体质量。防洪堤的技术标准是非常严格的，需要工程具有较强的强度、耐腐蚀性、耐冲击性等多种性能，才能够发挥预期的效果。而软弱地基会降低防洪堤的稳固性，导致防洪堤在面临洪水冲刷的时候很容易出现碎裂、倾倒等问题。这无疑会导致防洪堤的强度不足，很难继续承担防洪功能，应该在后续时间里引起充分重视。

3 防洪堤软弱地基处理技术分析

防洪堤软弱地基处理是比较专业的，同时内在元素也比较复杂。在这种情况下，就应该结合防洪堤实践项目进行分析，立足于项目实际情况探索防洪堤软弱地基的有效处理方式。下面结合实例展开多方论证，探索适合于该项目的防洪堤软弱地基处理技术。

3.1 工程概况

某防洪堤位于乡镇地区，长度为4 218 m，防洪标准为100年一遇，河堤高度设计为13 m，堤坡为1：1.50，堤基宽度为45 m。工程于2018年开工，并要求工程团队在1个枯水期施工完毕。在工程施工过程中，发现一段约长为480 m的地段因为采砂回填大量废弃建筑垃圾，出现了显著的软弱地基问题。经过初步测量与分析以后，发现该区域的软弱地基中软土厚度为3.8 m～14.5 m，承载力特征值为80 kPa，压缩模量为5 MPa，不满足本次防洪堤工程项目要求，如果强行施工会导致工程沉降变形量显著超过标准限值。在这种情况下，就必须要进行软弱地基的专项处理，提高地基的承载力，保证防洪堤工程可以取得预期效果。

3.2 水文地质条件分析

在处理防洪堤软弱地基的时候，应该先进行水文地质的勘察与分析，可以给后续软弱地基处理提供必要的数据支撑。在本次防洪堤工程中，上方土层为素填土，多呈现为灰黑色，主要有采砂以后回填的卵石、粉土等物质组成，同时土层表现得比较湿润与松散，厚度为3.8～14.5 m。经过现场测试以后发现土层承载力变化幅度较大，具有显著的不均匀性。下方土层则为侏罗系上统七曲寺组中的砂岩与泥岩，多呈现为浅灰色和紫红色，整体承载力比较强，跟上方素填土土层形成了鲜明的对比。在地下水勘察中，由于勘察时期为枯水期，地下水深埋为2.25～3.17 m，在丰水期地下水深埋水平可能会出现一定上升。通过水文地质勘察工作可以发现，本工程的软弱地基分布相对来说比较广泛，同时受到地下水的影响比较显著。

3.3 多方案设计分析

在进行防洪堤软弱地基处理的时候，应该结合实际情况设计多套方案，并对这些方案进行全面的对比分析，最终筛选出最合适的技术处理方案，保证防洪堤工程可以取得预期的效果。

3.3.1软弱地基开挖换填方案

通过地质勘察结果可以知道，防洪堤工程施工区域之所以遭遇软弱地基，主要是因为采砂回填的物质过于繁杂，整体承载能力不足，回填土下方的土层在承载能力方面比较优秀。因此本次工程项目可以考虑将软弱地基中的回填土全部挖出来，再置换成为承载能力较高的土层。在技术设计方面，可以维持原本的提防高度与外形，然后两侧按照堤坡1：1.50进行开挖施工，将所有之前的回填土全部挖出。在此之后，则结合防洪堤施工相关技术标准，换填具有相应性能标准的填筑料，然后再进行回填土操作，最终将地基维持到原本的土地高程。结合工程实际情况进行计算，得知一共需要开挖27 759 m3，回填阶段需要填筑料24 854 m3，同时还需要额外征地9.12 hm2。通过地下水勘察，得知工程区域的地下水水位较高，施工时需做好地下水排水工作。将各个工程量进行整理并计算成本费用后，最终所需投入资金为1 945.3万元(见表1所示)。

表1 软弱地基开挖换填方案成本费用

3.3.2振冲碎石桩+CHG桩复合地基方案

在处理软弱地基的时候，也可以使用振冲碎石桩+CHG桩复合地基方案。这套施工方案的现代化水平较高，同时也具有较多有点。在具体使用这套技术方案的时候，主要通过碎石桩强化排水，接着使用CHG桩显著提高区域地基的承载能力。结合本次防洪堤工程软弱地基的实际情况来看，碎石桩桩身直径设计为0.8 m，而CHG桩桩身直径设计为0.4 m。在工程分布方面，桩距设计为2 m，并且呈现为等边三角形布局模式。在使用的时候，需要桩尖进入到侏罗系上统七曲寺组的土层中。而结合之前地质勘察情况来看，素填土土层厚度为3.8～14.5 m。因此，本次CHG桩桩尖最深区域需要超过14.5 m。在布设振冲碎石桩的时候，主要设计在软弱土层基础范围边缘区域，跟CHG桩处于间隔布置状态。碎石桩的材料主要使用了碎石、卵石等性能比较稳定的硬质材料，粒径应该保持在40～150 mm。CHG桩则为C20强度等级的水泥粉煤灰混凝土，坍落度为3～5 cm。在桩顶和基础之间还要铺设一层厚度为30 cm的碎石垫层。结合工程实际情况进行计算，一共需开挖23 547 m3，碎石填筑17 457 m3，碎石垫层7 145 m3，直径800 mm的振冲碎石桩总长为24 789 m，直径400 mm的CHG桩总长为39 547 m。将各个工程量进行整理并计算成本费用以后，最终所需要投入资金1 124.4万元(见表2所示)。

表2 振冲碎石桩+CHG桩复合地基方案成本费用

3.3.3放缓堤坡+土工合成材料方案

在本次防洪堤工程的软弱地基处理中，也可以使用放缓堤坡+土工合成材料的施工技术方案。这套技术方案主要使用了土工格栅对软弱地基进行加固，同时将原本1：1.50的迎水侧边坡堤坡调整为1：2.50，而将背水侧边坡则从原来的1：1.50调整为1：20。在此基础上，还要将迎水边坡从以前的钢筋混凝土结构调整为为复合土工膜+混凝土预制块柔性护面结构。这种结构相较于前者来说，可以更好适应软弱地基带来的沉降与变形影响。在具体设计施工的时候，在提防基础区域布设至少3层土工格栅。在迎水面先铺设厚度为20 cm的砂砾石垫层，接着在铺设400 g/m2的复合土工膜，最后铺设厚度为15 cm的六边形混凝土预制块。在防冲墙基底区域中，还要填充一些大卵石，并且使用相应设备进行挤压，一直到无法挤压为止。结合工程实际情况计算，一共需土工格栅125 697 m，填充砂砾石75 412 m3，额外征地4.57 hm2。将各个工程量进行整理并计算成本费用以后，最终所需要投入资金687.4万元(见表3所示)。

表3 放缓堤坡+土工合成材料方案成本费用

3.4 软弱地基处理方案的选择

综合上述3套方案进行分析(见表4所示)，可见第1套方案处理软弱地基以后，地基的整体强度较高，同时在施工过程中可以使用各类设备，整体施工难度中等，但施工工期较长，1个枯水期可能无法完成工程施工；此外，本方案的工程投入资金较高，达1 945.3万元。第2套方案处理软弱地基以后，地基的整体强度较高，但整体施工过程需要使用多种机械设备，施工难度较高，且多环节交叉施工，导致施工周期较长，1个枯水期很难完成工程施工；但相比第1套方案，此方案工程投入资金有所降低，为1 124.4万元。第3套方案处理软弱地基以后，地基的整体强度一般，前期沉降量比较少，随着使用时间的增长可能会产生较大的沉降；但是本套方案引入了土工格栅结构，可以较好缓解沉降情况，刚刚投入使用时，可能会出现一定的沉降，但后续如果土工格栅结构不被破坏，沉降情况将不会加重，能够较好地满足本次工程项目对于地基强度的需求；不仅如此，基于放缓堤坡+土工合成材料的施工方案，整个施工过程比较简单，施工工期也比较短，在1个枯水期中可以按时完成，较好契合了本次工程项目工期时间较短的特点；此外，本方案所需要的成本投入也比较少，仅为687.4万元，明显低于第1套方案和第2套方案。综合3套方案进行分析以后，最终选择使用第3套方案进行软弱地基处理。

表4 3套方案综合对比

3.5 软弱地基处理方案的具体实施

在选中第3套施工方案以后，该防洪堤工程开始投入施工，技术准备工作如下：第一，在选定软弱地基处理技术方案的时候，工程团队应该进行技术工艺的深入分析，并形成技术图纸、工艺流程等多种技术资料，针对这些技术要素的合理性与科学性进行综合探究，保证软弱地基处理技术方案的各项细节内容都不存在疏漏，可以在工程实践中得到较好的推行。第二，工程技术人员还要做好技术交底工作，保证每一个施工人员都可以清晰掌握施工环节与细节内容。在技术交底活动中，技术人员应该跟施工人员进行密切沟通与交流，并耐心解释施工人员存在的疑惑与问题，提高后续工程施工的顺畅性。

具体开展施工方案时，先将表层土清理完毕，进行砂砾层铺设，完成找平工作。找平工作完成后，进行土工格栅和砂卵石层的铺设工作，接着继续铺设土工格栅。在工程实践过程中，为进一步避免沉降的影响，对于堤坝高度进行了适当的提升，从之前设计的13 m提升到了15 m。为了保证防洪堤的连续性，在软弱基础和正常基础的交界处，使用了渐变设计，使得防洪堤工程变得更加和谐。在施工完工后，还对防洪堤各阶段的施工效果进行了检验，对比了设计方案中的工程量与实际工程量，保证施工方案的各个细节内容可以得到全面的贯彻，取得预期的施工效果。

3.6 软弱地基处理方案的实施效果

工程施工完成后，使用放缓堤坡+土工合成材料方案不仅节约了工期(在1个枯水期内即可完工)，也降低了工程投资(相较于其他施工方案节省数百万元)。最终建成的防洪堤项目也能够正常运作，具有较强的经济性。在工程完工投入使用后，发现防洪堤沉降量满足相应标准，并没有出现明显的沉降与开裂等问题。在长期的使用过程中，沉降量并没有出现显著提升，表现出了较强的稳定性。这也说明本次防洪堤工程中所选用的软弱地基处理技术方案是非常合理的，可为同类工程提供一定的参考与借鉴。

4 结语

综合来看，软弱地基会给防洪堤工程带来非常显著的负面影响，必须在工程设计施工的时候引起充分重视，并进行专项设计，提高软弱地基的稳固性。本文通过研究防洪堤软弱地基案例，提出了基于放缓堤坡+土工合成材料的施工技术方案。这套施工技术方案具有较强的经济优势，同时施工时间也比较短，施工过程非常简单，在长期使用中表现出了较强的稳定性，可以进行全面推广。对于其他工程来说，在处理防洪堤软弱地基的时候，应该针对防洪堤工程项目展开深入全面的分析，在收集充分资料的基础上设计软弱地基的处理技术方案。在确定技术方案以后，工程团队还要做好技术交底工作，并制定全过程动态技术管理制度体系，保证预先设计好的软弱地基技术方案可以得到完善全面的实施。除此之外，工程团队还要做好现场管理与监督，避免出现不必要的质量问题与安全隐患，防洪堤软弱地基处理技术就可以发挥较好效果，充分保证工程施工质量。