素混凝土桩复合地基在某河道岸坡加固中的应用

邱 超，方 昊，刘 聪

(南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210022)

1 工程概况

某河道为长江二级支流，是区域主要行洪通道，承担重要防洪功能，目前该河道堤防高度不够、防洪安全无法保证、近年汛期频频出险，也不满足区域道路、河道规划建设及游船游览等规划建设的需求，且滨水区域的水生态、水环境现状有待提高，与其应能承载的诸多重要功能不相适应，需对该河道进行综合整治。河道总长约2.55km，主要工程包括防洪达标、水环境提升、景观提升等。

该河道两岸均为以路代堤，根据防洪要求及市政道路竖向设计，两岸堤防需加高0.2～2m，河底浚深1～2m，坡高约7m，设计坡比1∶2.5～1∶3.0。因岸坡稳定需要并根据计算，河道两岸均需采取抗滑措施[2]。

其中部分段河道规划有地铁盾构下穿，深度较浅，根据地铁部门要求，如采用抗滑桩[3]，桩底需位于盾构结构顶以上3m位置处，加固桩长较短，无法满足岸坡稳定要求；如采用水泥土搅拌桩复合地基[4]，则桩基需穿透盾构区间，且桩底达到盾构结构底以下3m，加固深度较深、投资较高。

2 加固方案

经过分析研究，最终设计采用d600素混凝土钻孔灌注桩(无钢筋)复合地基对岸坡进行加固[5]。本文通过将加固后的岸坡视作刚体分别采用静摩擦力及理正挡土墙模块验算抗滑稳定[6]。

2.1 设计断面稳定计算分析

本文选取地铁盾构下穿河道位置处断面进行研究，该断面处地层分布如图1所示。

图1 设计断面土层分布情况

根据野外勘探鉴别、原位测试，结合室内土工试验资料分析，场地岩土层分布自上而下详细描述如下。

①-1杂填土：灰色～灰褐色，松散。由粉质黏土混碎砖、石子填积，粗颗粒含量约为20%～30%，密实度较差，填龄大于10a。道路范围表层为15～25cm厚沥青混凝土。层厚0.4～5.8m。

①-a淤泥、淤泥质填土：灰色～灰黑色，流塑，含腐植物，有腐臭味，分布于暗塘、水塘及河(沟)范围内。层厚0.2～2.2m。

①-2素填土：灰黄～灰色，软～可塑，由粉质黏土、黏土混少量碎石块填积。层顶埋深0.2～5.8m，层厚0.4～5.6m。

②-1粉质黏土：灰黄色，软～可塑。切面有光泽，韧性、干强度中等。层顶埋深0.2～6.0m，层厚0.3～2.9m。

②-2淤泥质粉质黏土、粉质黏土：灰色，软～流塑，夹薄层粉砂，局部夹少量卵砾石，层底局部夹少量风化岩屑，含少量腐植物。切面稍有光泽，韧性、干强度中等偏低。层顶埋深0.3～7.2m，层厚0.4～14.2m。

②-3粉质黏土：灰色，可～软塑。夹薄层及层状粉土、粉砂。切面稍有光泽，韧性、干强度中等。层顶埋深4.3～18.5m，最大揭露厚度15.4m。

③-a粉质黏土：青灰～黄褐色，可塑。切面稍有光泽，韧性、干强度中等。层顶埋深8.0～19.5m，层厚1.0～6.3m。

③粉质黏土：黄褐～褐黄色，硬～可塑。夹铁锰氧化物。切面稍有光泽，韧性、干强度中等偏高。层顶埋深4.9～21.3m，最大揭露层厚6.5m。

③-e含卵砾石粉质黏土：灰色，软塑，卵砾石含量不均匀，一般在10%～25%不等，粒径1～4cm，个别在6cm以上，成份以石英岩为主，呈亚圆状。层顶埋深5.3～24.7m，最大揭露厚度3.5m。

⑤-1强风化细砂岩、泥岩、粉砂质泥岩：紫红～棕褐色，风化强烈，岩石结构已遭破坏，岩芯用手可掰碎，碎后呈砂土状，底部夹少量中风化岩碎块，遇水易软化，基本质量等级分类为Ⅴ级。层顶埋深3.0～27.2m，最大揭露厚度3.1m。

⑤-2中风化泥岩、粉砂质泥岩：灰紫～紫红色，以极软岩为主，微张开及张开裂隙较为发育，充填泥化物和少量钙膜，岩体破碎～较破碎，基本质量等级分类为Ⅴ级。层顶埋深3.9～26.4m，最大揭露厚度10.4m。

⑤-2a中风化泥质粉砂岩、细砂岩：紫红～灰紫色，以较软岩为主，局部夹较硬岩，泥、钙质胶结，微张开及张开裂隙少量发育，充填泥化物和少量钙膜，岩体较破碎～较完整，基本质量等级分类为IV级。层顶埋深5.5～22.5m，最大揭露厚度9.5m。

⑤-2b中风化泥质粉砂岩：灰紫～紫红色，以软岩为主，微张开及张开裂隙较为发育，充填泥化物和少量钙膜，岩体较破碎～较完整，基本质量等级分类为Ⅴ级。层顶埋深4.1～21.7m，最大揭露厚度9.6m。

设计断面处河道岸顶高程为10.60m，河底高程3.0m，设计边坡坡比1∶3.0，岸顶为18m宽市政支路。经岸坡稳定计算软件计算，该断面处设计断面岸坡稳定系数各工况下均不满足规范要求[7]，计算数据见表1。

表1 设计断面抗滑安全系数计算成果表

2.2 桩位布置

岸坡采用d600素混凝土钻孔灌注桩加固土体，横向范围为迎水坡坡顶外5m至迎水坡坡脚外3m，桩底按标高-2.5m控制，距规划地铁盾构结构顶约3m，纵横间距1.5m，梅花型布置。岸坡加固设计如图2所示。

图2 岸坡加固设计

3 加固后岸坡稳定复核

考虑土体加固后，滑动面可能出现沿基底的折线型滑弧[8]，常规的岸坡计算软件已无法模拟，现将加固后的岸坡土体视为刚体，抗滑依靠基底摩擦力的理论进行验算。

3.1 方法一：岸坡稳定计算软件读取下滑力

采用岸坡稳定计算软件，根据复合地基土体参数指标[9]计算土体加固后的整体岸坡稳定。计算理论模型如图3所示。

图3 计算理论模型

根据岸坡稳定计算结果，分析加固刚体后方土条受力，读取计算刚体后方下滑力。

素混凝土桩基本位于②-2淤泥质粉质黏土层，液性指数较大，流动性强；考虑实际施工过程中各桩端高程存在偏差，于抗滑有力。综合上述2个方面，基底摩擦系数取0.30。加固后抗滑安全系数计算成果见表2。

表2 加固后抗滑安全系数计算成果表

3.2 方法二：挡土墙计算软件计算整体抗滑

将加固后的整体岸坡土体视为重力式挡土墙，采用挡土墙计算软件中重力式挡土墙模块计算加固刚体的抗滑稳定。

3.2.1降落期抗滑计算

基底摩擦系数=0.300

滑移力=596.288(kN)

抗滑力=1302.953(kN)

滑移验算满足：Kc=2.185>1.250

3.2.2正常运行期抗滑计算

基底摩擦系数=0.300

滑移力=848.938(kN)

抗滑力=1284.219(kN)

滑移验算满足：Kc=1.513>1.250

3.2.3施工期抗滑计算

基底摩擦系数=0.300

滑移力=870.097(kN)

抗滑力=1376.795(kN)

滑移验算满足：Kc=1.582>1.150

3.2.4地震期抗滑计算

安全系数最不利为：(地震情况)

抗滑力=1339.975(kN)

滑移力=1005.199(kN)

滑移验算满足：Kc=1.333>1.050

3.3 计算结果分析

根据计算结果，d600素混凝土桩加固下通过两种计算方法进行复核，在各工况下岸坡稳定均满足规范要求。见表3。

表3 计算结果统计表

4 结语

河道岸坡加固方案已有成熟的经验方案，但在有规划地铁盾构下穿河道情况下岸坡抗滑处理变得复杂，在既要满足施工难度小、投资经济，又要满足不影响地铁盾构施工的条件下，本文结合工程实际提出了素混凝土桩对河道岸坡进行加固的方案。采用复合地基土体参数指标法，将加固后的岸坡土体视为刚体，抗滑依靠基底摩擦力的理论进行验算，分别利用岸坡稳定计算软件读取下滑力及挡土墙计算软件计算整体抗滑两种方法进行计算。经分析，岸坡稳定系数可满足规范要求，加固效果较好，有效节省了工程投资，同时不会对后期地铁盾构施工造成影响，可为其他类似情况下岸坡加固提供方案参考。