同马大堤巨网段软弱堤基处理措施分析

曹应华

（安徽省皖河长江河道管理局，安徽安庆 246009）

1 基本情况

同马大堤巨网段（桩号138+250～144+900），全长6.65 km，位于皖河与长江汇流处的大圩拐沿皖河至皖河闸，为2级堤防，于1957—1958年穿湖而筑，堤基系河湖沉积、冲击而成。地形由南向北倾斜，地势较为平坦，地面高程8.60～9.60 m。堤基土层主要为交错的河漫滩沉积，由于河流多次变迁改道，时冲时淤，形成变化复杂的地质层次，地面以下有约14.00 m厚的软弱土层。1983年，同马大堤列入国家基建项目以后，逐年进行加固，至2002年达到防御长江1954年型洪水标准。目前，该段堤防现状为堤顶宽8.00 m、高程22.00 m，堤防内、外坡在高程15.50 m处设20.00～30.00 m平台，平台以上坡比1∶3，平台以下坡比1∶5。

堤防形成后于1959，1960，1968，1973，1983，1996，2010，2011，2015，2016，2019年发生滑坡、沉陷及开裂等重大险情，分别于1964，1968，1995—1996，2001，2011，2015，2016，2020年进行了多次不同部位的应急除险加固。

2 工程地质

该段堤防位于皖河与长江交汇区，土层主要为交错的河漫滩沉积，可划分为4层。

①层（Q4al）：粉质粘土层，灰黄、黄色，软塑～可塑，含水率高，含铁锰质结核，接触部位含有大量的腐殖质。具有中高压缩性，分布普遍，层厚1.40～5.10 m，层底高程6.73～3.80 m。

①-1层（Q4al）：淤泥质粉质粘土，灰色，软塑状态为主，局部可塑状态，含螺壳，有光泽。局部夹薄层砂，层厚1.00～2.45 m，层底高程3.59～4.53 m。

②层（Q4al）：粉细砂，局部夹薄层状粉质粘土，灰色；饱和，松散～稍密，有摇震折水反应。层厚2.30～3.55 m，层底高程0.19～2.23 m。

③层（Q4al）：粉质粘土与粉细砂互层，局部夹淤泥质粉质粘土层，呈软塑状态；土层分布不均，较为复杂，层厚10.00～16.30 m，层底高程-14.07～-8.87 m。其中，粉质粘土呈软塑～软可塑状态，粉细砂分布不均，多为夹层，局部含均质薄砂层，且呈稍密状态。

④层（Q4al）：砂砾石，灰黄色，中密，饱和，砾石含量35%左右，成份圆砾为主，分布不均，稍有胶结，稍密～密实状态，层厚14.40 m，层底高程-26.70 m。层下卧砂卵石，灰黄色，中密，饱和，砾石含量50%左右，成份卵石为主，分布不均，密实状态。

3 堤基不均匀沉降问题分析

根据钻孔揭露的地层分布情况，可知堤基在高程-6.80～8.20 m范围内存在较厚的软弱土层，土层抗剪强度低、含水率大、压缩性高、层厚不均。在大堤修建过程中并未对堤基软弱土层进行处理，且受堤防填土过程、水位变化、排水条件的影响，软土地基产生不均匀沉降，造成堤坡出现塌陷、裂缝、下挫等险情。通过对堤基软土层的数据进行详细对比分析得出：堤身的下卧粉质粘土和淤泥质粉质粘土的含水率、孔隙比及压缩系数从堤顶部位到迎水侧坡脚再到滩地部位依次增大，干密度则依次减小。其原因是堤顶部位上覆荷载较大，经过多年的固结，该部位下卧粘土层的孔隙比、含水率、压缩性均有所降低，强度和变形特性有了一定的提高；迎水侧坡脚及滩地部位由于上覆荷载较小，孔隙比、含水率和压缩性变化不大，性质仍较为软弱，当受到水位变化、降雨和土体浸水软化作用等扰动时，由于堤顶下卧粘土层压缩性低且受到的扰动较小，而迎水侧堤脚处下卧粘土层性质软弱且受到的扰动较为剧烈，必然引起地基产生不均匀沉降；此外，相比较于堤身，迎水侧反压平台的填筑时间较晚，排水条件较差，下卧粘土层在各部位并非同步产生固结沉降，也会造成地基的不均匀沉降[1]。

4 地基处理措施比选

目前，软基处理较为成熟的有复合地基法、排水固结法、强夯法、抛石挤淤法、换填等方法。根据该段堤防实际，选定直排式真空联合堆载预压排水固结法、水泥搅拌桩复合地基法进行比选。

4.1 直排式真空联合堆载预压方法

4.1.1加固机理

直排式真空联合堆载预压法[2]是通过抽真空与堆载土体，将土体中孔隙中的部分水、气排出，使土体产生固结而加固。真空联合堆载预压法是按照一定间距打设塑料排水板，在排水板上覆盖不透气的密封膜，通过射流泵将膜下土体中的空气和水抽出，形成真空度，使密封膜内外形成一个压差。压差通过塑料排水板渐渐向下延伸，并向四周的土体扩展，使土体中的空气和水在真空的作用下发生由土体向排水板的渗流，并汇至地表的滤管中排出，从而使土体发生固结沉降。该方法可以使软基的沉降量提前发生，减少施工后沉降和不均匀沉降，达到消除险情的目的，见图1。

图1 直排式真空联合堆载预压示意图

4.1.2处理方法

针对巨网软基段迎水面堤坡沉陷、下挫范围较广的情况，采用直排式真空联合堆载预压法处理迎水面堤脚及部分平台下的软土层，软土层分浅层地基处理区和深层地基处理区。根据计算结果，地基处理区越靠近堤身，堤坡安全稳定性越高，堤身（基）最大水平位移值越小。经边坡稳定性、施工难易性及经济性综合比较，地基处理宽度取20.00 m，堤身侧处理边界距迎水面坡肩16.50 m。根据现场平台杂填土层厚度及树根埋设深度，平台开挖厚度取1.50 m，开挖后地基处理顶面高程为12.11 m，地基处理堤身侧边界按照75°开挖至坡面，开挖高度为2.25 m。开挖时，应清除坡面和平台面的腐殖质土、树根、石块等。

地基处理区插板按照正方形布置，间距1.00 m，浅层处理深度6.00～9.00 m，深层处理深度17.00～20.00 m，经固结度计算，浅层预压2个月、深层预压3个月即可满足要求。在打设塑料排水板过程中遇到埋置较深的树根或石块时，可根据情况调整排水板的位置和长度。

4.1.3优缺点

从施工角度来看，真空预压地基处理方案施工简单，施工质量相对好控制，但真空联合堆载预压需将土体孔隙中的部分水、气抽出，使土体产生固结而加固，因而占用工期较长。从工程投资方面来看，此处理方案造价比格栅状水泥搅拌桩复合地基处理方案低。

4.2 水泥搅拌桩

4.2.1加固机理

水泥搅拌桩法[3]是通过深层搅拌机，沿深度方向将软土与固化剂就地进行强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和强度的水泥土加固体，沿深度方向形成的该加固体称为水泥搅拌桩。水泥搅拌桩复合地基是将水泥搅拌桩布置成格栅状，使格栅墙和墙间土体形成一个整体，该方法可以提高地基承载力，减小软基沉降变形，对堤坡侧向变形也有约束作用，因而可减小该部位地基的沉降变形，进而消除堤坡由地基不均匀沉降而引起的沉陷、下挫险情，见图2。

图2 水泥搅拌桩示意图

4.2.2处理方法

采用水泥搅拌桩进行地基处理仍分为浅层地基处理区和深层地基处理区，迎水面堤坡开挖面为坡肩向内缩0.50 m，沿坡比1∶2.25开挖至高程12.61 m处，并在高程12.61 m处开挖12.70 m宽的平台进行格栅状水泥搅拌桩复合地基处理。开挖时，应清除坡面和平台面的腐殖质土、树根、石块等。地基处理完成后，应及时进行堤身和平台回填。

浅层处理区搅拌桩桩长9.50～12.50 m，桩底面穿过砂层顶面距离不小于1.00 m；深层处理区搅拌桩桩长15.00 m。水泥搅拌桩复合地基沿堤身桩墙间距5.40 m，垂直堤身处理宽度为11.40 m，分为2跨，水泥搅拌桩置换率为23%。水泥搅拌桩采用粉体喷射搅拌桩，桩径600 mm，桩与桩的搭接长度为150 mm，掺灰量不少于18%。

水泥搅拌桩施工顺序：先施工远堤身的格栅单元，后施工近堤身的格栅单元；先施工垂直堤身的格栅水泥桩墙，后施工平行堤身的格栅水泥桩墙，采用不间断打桩方式。地基处理完成后，将0.10 m桩头敲掉，整平后铺设两层双向土工格栅。

地基处理完成后28 d，可进行堤身、原平台及新增戗台填筑。原平台填筑至平台中心高程13.61 m，平台顶面坡比1∶100；堤身采用人工压实填筑至原坡面，坡比1∶3，压实系数不小于0.93；新增戗台的平台顶宽3.00 m、中心高程15.60 m、平台顶面坡比1∶100，边坡坡比1∶4，压实系数不小于0.93。堤身回填时，应在1∶2.25坡面上开挖台阶，台阶高度、宽度均不小于0.80 m，在开挖面上铺设防渗土工膜，土工膜铺设至设计水位线以上0.50 m，同时堤身、平台填土应满足堤基渗流稳定的要求。

4.2.3优缺点

从工程适用性来看，水泥搅拌桩适用工程范围广，复合地基结合外坡面换土增加了堤基、堤身的抗渗性，改善了原状堤坡土层的弱膨胀性对边坡开裂、下挫的不利影响。从施工角度来看，水泥土搅拌桩施工机械化程度高，所需工期较短，处理范围较小，不需要大范围开挖、回填，但该方法施工质量控制要求高，造价较为昂贵。

5 结语

两种地基处理措施方案在技术上均是可行的，施工简单，满足工期要求，均适用于巨网软基段地基处理。真空联合堆载预压地基处理方案造价较低，但需将土体孔隙中的水、气抽出产生固结，需长期排水，后期维护成本高，并对周围环境造成不利影响；水泥搅拌桩方案施工机械化程度高，工艺成熟，虽然造价较高、施工质量控制要求高，但后期维护成本低，对周围环境无影响。从已有的成熟技术、工艺的可靠度、后期管理及环境等方面考虑，建议采用水泥搅拌桩方案的地基处理措施。