海堤建设工程软土地基问题处理方案探讨

    李晓明

    摘 要：文章通过分析和评价钦州市海堤建设工程地基存在的软土地质条件，提出相应的处理方案，可为此类工程实践提供参考。

    关键词：海堤 软土地基问题 地基处理方案

    广西钦州市地处北部湾沿海，属南亚热带海洋季风气候区，海堤主要分布在北部湾、钦州湾、茅尾海沿海岸和钦江、茅岭江等入海口处，绝大部分都始建于解放前，工程防御设计标准低，质量差，受台风暴潮灾害频繁，对人民生命财产安全造成严重威胁，且制约了当地社会经济的发展，据广西沿海堤防工程的防洪规划，已逐步对我市海堤实施标准化加固建设。

    经对钦州沿岸海堤工程地质勘察，发现堤防及排涝闸址基础均普遍存在软土地基的不良地质问题，给工程安全稳定及投资造价带来了不小的挑战，下面就海堤软土地基问题及处理方案进行一些探讨。

    海堤工程地质条件

    1、海堤地形地貌

    钦州市沿海岸带以滩涂和滨海丘陵岗地貌为主，向海面延伸并明显下降，滨海丘陵岗地貌多属侏罗纪下统第二层，为中细砂岩和紫红色粉砂岩、褚红色沉积岩，北部湾沿海岸夹有少数花岗岩地带，属初成发育阶段，地质条件相对较好；滩涂地貌多数位于钦江、茅岭江等入海口处，如尖山围海堤、团和围海堤等，由于地处出海口的冲积平原滩涂前地，除了零星出露的侏罗纪粉砂质泥岩外，区域内的地层主要以志留系下统连滩群及第四系全新统为主，下覆地层以砂岩、泥质粉砂岩、泥岩为主，上覆地层为滨海Ⅰ级阶地及滩涂堆积的淤泥、淤泥夹砂、砂土及砂砾等，且覆盖层较厚，地基相对薄弱而复杂，需因地制宜进行地基处理方能满足要求。

    2、海堤软土地基地层岩性

    软土地基通常指天然孔隙比不小于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。在我市已建或拟建的海堤沿线仅零星可见基岩出露，而以淤泥、淤泥质土、淤泥质砂为主的软土地基却分布广泛，且覆盖层厚达2～5m，具有高压缩性，低承载力的特点，一般通常表现为双层结构，即上部为淤泥，下部为淤泥夹砂，其地层岩性由上至下大致描述如下：

    素填土：黄～褐色，干至稍湿，成份主要由含碎石粉质粘土及全风化泥岩、泥质粉砂岩的岩屑及岩粉、或含泥质较多的淤泥质砂构成，成份杂，土体结构松散，系人工回填而成，回填料来源为附近开挖山头或近岸滩涂的弃土，具有高压缩性，中等透水。一般平均厚度约3.5m左右。

    淤泥：灰黑色，很湿至饱和，软～流塑状态为主，成份以粘性土为主，含有大量有机质，部份有臭味，系冲洪沉积而成，具高压缩性，承载力为45～70Kpa，中等透水，是相对的透水层，分布较广泛，更常见于围内沟、渠闸口的入海、河口处，层厚1.0～3.5m左右。

    淤泥质夹砂：浅～灰黑色为主，饱和，松散，成份为淤泥质粘土夹杂粉细砂颗粒为主，部份腥臭味，系海潮冲积而成，具高压缩性，承载力为90～110Kpa，中等透水，是相对透水层，多分布于沿河岸线、滩涂等地段，层厚一般在0.5～2.5m左右。

    海堤软土地基处理方案

    对海堤软土地基的处理应根据海堤的工程级别、堤高、地质条件、堤身填筑、施工条件等综合分析，并验算其稳定性和沉降变形，在投资、安全上对比后选出最优方案。通常对浅埋的薄层软土宜进行挖除处理；软土厚度较大难以挖降或挖除不经济时，较常用的方法有垫层法、抛石挤淤法、放缓边坡或反压法、打桩法等，也可采用多种方法结合进行处理。

    1、垫层法

    通常又称换土垫层法，是一种直接置换地基持力层中软弱土的处理方法。施工时将基底下一定深度的软弱土层挖除，再分层回填砂、碎石等可加速软土排水固结、强度较大的材料，并加以夯实振密。

    此法施工操作简易，投资经济，在实际应用中广泛采用，常适用于较浅层地基、单独的基坑、基槽或工期较短的软土地基处理。通过换土垫层，可提高地基的承载力；降低压缩性，减少基础的沉降量；同时换填层的砂、碎石等透水性较大，可成为下卧饱和软土的排水面，使软土上部的孔隙水压力较易消散，加速软土的固结和软土抗剪强度的提高。但是值得注意的是，对于海堤而言，由于其堤身断面不大，渗径相对较短，为防止形成渗透通道，应在堤身向下方用透水性较差的粘性土隔断，让固结排出的水沿透水垫层往两边渗出，以减轻堤身的渗透压力。

    2、抛石挤淤法

    抛石挤淤法是强迫换土的一种形式，通过在软弱土层中抛入较大的片石、块石，使片石、块石强行挤出软土并占据其位置，以此来提高地基承载力、减小沉降量，提高土体的稳定性的地基处理方法。

    此法通常适用于层厚为3～4m的软土层和常年积水且不易抽干的湖、塘、河流等积水洼地，以及表层无硬壳、软土的液性指数大、层厚较薄、片石能沉达下卧硬层的情况。采用此种方法投资造价相对较高，但因其施工简单，不用抽水和挖淤、施工迅速，所以现场乐于采用，特别是在路基工程中，当道路路基穿越或部分穿越河塘洼地时，更是常用此法来处理其下的软土地基。

    抛石挤淤法施工时，应划定需抛石的边线范围，确定其泥面高程；清表后开始抛石，抛石顺序应自路堤中部开始，然后逐次向两旁展开，使淤泥向两侧挤出。当抛入的片石露出水面后，改用较小石块填平压实，然后在其上铺设反滤层再行填土。当下卧岩层面具有明显的横向坡度时，抛石应从下卧层高的一侧向低的一侧扩展，并且在低的一侧适当高度范围内多抛填一些，以增加其稳定性。

    若施工区为迎海侧，水深较大时，应据水流流向及流速确定抛石的块径，同时为避免块石抛偏预定位置，还应据水流对块石的漂移作用，确定抛石落点的提前量，块石抛出水面后，可采用反铲挖掘机上堤顶，修筑在最高潮水位时仍能露出水面1.0m以上的平台，以保证施工机械的安全。

    3、反压法

    反压法就是在堤身两侧或一侧增填一级或多级梯形平台，当海堤填筑高度达到或超过软土堤基能承受的极限高度时，可采用此法进行处理。

    此法施工简便快速，但所需土石方量较大，占用堤身两侧用地较多，受现场条件限制，在实际施工过程中如考虑采用此法，可以将梯形平台作为临时施工道路。该法较适用于①当整体稳定性不能满足要求而又相差不大时的旧堤加固；②受施工条件限制不能采用其他地基处理时的新建海堤，采用此法均可很好解决稳定问题。

    采用此法进行处理时应通过整体稳定计算确定其反压平台的宽度和高度，在保证整体稳定满足要求的情况下，尽量优化其宽度和高度，以减少工程量，必要时应采用多级反压平台。

    4、打桩法

    打桩法通俗来说就是将基础上建筑物的大部分重量通过桩传到地面以下预定深度或达到持力层，以满足地基承载力及沉降的要求。据受力情况分为端承桩和摩擦桩，端承桩是指桩体穿过软弱土层，并将建筑物的荷载传递到桩端坚硬土层或岩层上，桩侧较软弱土对桩身的摩擦作用很小，其摩擦力可忽略不计；摩擦桩是桩体未能贯穿整个软弱土层，达不到具有较好支承能力的硬土层，而是通过桩侧土的摩擦作用，将上部荷载传递扩散于桩周围土中，其主要利用桩壁与周围泥沙的摩擦力来承受上部建筑结构的重量。

    目前对厚度较大的软弱地基一般采用各类钢筋混凝土桩进行处理，对含水量和孔隙比较大的软弱地基一般采用砂桩、石灰桩等方法处理。各种处理方法都有较强的针对性，不仅对施工工艺有较高的要求，且造价也各有高低。在实际工程中，采用松木桩处理软弱地基的方法较少提及，但在条件许可的情况下采用此法处理某些软弱地基，不仅施工较为便捷，而且费用也较为经济合理，尤其在海堤地基处理中，取得较好的效果。

    打松木桩适宜软土层厚度小于5m，且在地下水位以下，对于地下水位变化幅度较大或地下水具有较强腐蚀性的地区，则不宜使用松木桩。桩的材料选用松木，因其含有丰富的松脂，而这些松脂能很好地防止地下水和细菌对其的腐蚀，同时价格也较为便宜。

    打桩前应从场地的土层和土质的特点出发，对地基与基础的结构、施工及使用等方面进行综合分析，并通过计算确定每平方米所需桩数、桩径、桩长等参数，为了便于打桩，桩长不宜超过4m。作端承桩时，为了保证桩尖能进入持力层，上部可先开挖至基础的埋深后再打桩；打桩时注意把握桩体入土的垂直度，待全部打桩完毕后，再在桩顶面铺设片石层，加以夯实，然后再做基础。

    结语

    海堤软土地基的处理方法除了以上几种在施工中常见的，还有排水井法、加筋土工织物铺垫法、爆炸置换法、水泥搅拌桩法、振冲法等，不管采用何种方法，其处理的关键都要因地制宜，据当地水文、地质、工期、造价、施工、环境影响等条件，从技术、经济角度多方案分析比较后确定出最为合理、经济的处理方案。

    参考文献：

    [1]《海堤工程设计规范》（SL435-2008）实施指南

    （作者单位：广西钦州市水利电力勘测设计院）