廣州市某河涌整治工程地質問題分析及軟基處理對策

陳 利, 王志宏

(黃河勘測規(guī)劃設計有限公司,河南 鄭州 450003)

廣州市某河涌整治工程地質問題分析及軟基處理對策

陳 利, 王志宏

(黃河勘測規(guī)劃設計有限公司,河南 鄭州 450003)

廣州市某河涌整治工程主要包括堤防重建和水閘改建,地處軟土區(qū),工程地質條件復雜。通過勘探、原位試驗、室內實驗等地質勘察方法,針對地基滲透穩(wěn)定、地震液化、邊坡穩(wěn)定性、沉降變形及抗滑穩(wěn)定性等工程地質問題進行分析評價,并依據(jù)軟土工程特性及建筑工程特征分別采用換土墊層法、塑料插板排水固結法、深層攪拌樁和樁基礎等地基處理方法,效果較好。

河涌整治;工程地質問題;滲透穩(wěn)定;地震液化;軟基處理

廣州市某河涌,地處珠江水系下游出海口,區(qū)內河網(wǎng)密布,地勢低平,河涌淤積堵塞情況較為嚴重,導致河涌排澇過流能力降低,原有的防洪排澇設施已不能適應,需對該河涌進行整治。整治工程主要包括堤防重建和水閘改建,地處軟土區(qū),工程地質條件復雜,本文針對廣州市番禺區(qū)某河涌整治工程可能出現(xiàn)的工程地質問題進行分析評價,并采用了各種有效軟基處理方法,為其他河涌整治工程提供經(jīng)驗和參考。

1 工程地質條件

1.1 地質構造及地震

番禺區(qū)位于西北江三角洲次穩(wěn)定區(qū),粵中坳褶斷束的南部。區(qū)內第四系地層廣泛分布,未發(fā)現(xiàn)明顯斷裂構造跡象,周邊的斷裂構造以弱活動斷裂為主,主要有沙灣斷裂、新會斷裂和黃閣—化龍斷裂。其中沙灣斷裂從工程區(qū)的南約4 km附近穿過,全長近百千米,自全新世以來無明顯斷裂活動;新會斷裂從工程區(qū)的西北處通過,主要為隱伏斷裂;黃閣—化龍斷裂位于工程區(qū)以東約15 km,是獅子洋—伶仃洋斷裂的西支,該斷裂最新一次強烈活動在中更新世晚期以前,晚更新世早中期以來活動明顯減弱。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015),該工程區(qū)的地震動峰值加速度為0.10g(相應的地震基本烈度為Ⅶ度),動反應譜特征周期為0.35 s[1]。

1.2 地層巖性特征

該區(qū)地處珠江三角洲沖積平原,地勢低平,地層結構較簡單。根據(jù)地層巖性及其工程地質特征,地層結構劃分及其特性如下:

第⑤層(K)為白堊系沉積巖,巖性為泥巖、泥質粉砂巖,未揭穿。

1.3 水文地質條件

工程區(qū)內地下水主要為松散覆蓋層孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。其中松散覆蓋層孔隙水一般為潛水,上部的細粒土層為弱透水層,下部的粗粒土層多屬中等—強透水層,水力坡度小,傾向河涌。基巖裂隙水主要為白堊系沉積巖層狀裂隙水,多賦存于淺部砂巖風化帶中,基巖裂隙發(fā)育差,富水程度弱,地下水較貧乏。地表水總硬度為88.9～123.7 mg/L,屬軟水,pH值為6.52～7.36,屬中性水—弱堿性水。根據(jù)環(huán)境水對混凝土的腐蝕性判別結果,表明地表水對混凝土為無腐蝕性[2]。

2 軟土工程地質問題

2.1 滲透穩(wěn)定性

注射室巡回護士發(fā)生針刺傷的幾率較其他護士明顯更高。注射室收治患者數(shù)量多且病情復雜,病種較多,加上缺乏相關專業(yè)知識,很容易對一些護理操作產(chǎn)生誤解,如環(huán)境、滴速、藥效、按壓針口等,需要注射室護士耐心進行解釋。由于注射室患者數(shù)量較多,護士難以在短時間內給予患者滿意的回答,此種情況下極易引發(fā)醫(yī)療糾紛及投訴,對醫(yī)院整體醫(yī)療服務質量造成不良影響[3]。

土體在滲流作用下,當滲透比降超過土的抗?jié)B比降時,土體結構及組成會發(fā)生明顯變化或破壞,即滲透破壞。為避免堤防工程出現(xiàn)滲透破壞現(xiàn)象,根據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗,對工程區(qū)土體的滲透變形進行判別(表1):基礎土層第①層、第②-1層、第②-3層、第③-1層、第③-2層均為細粒土,其滲透破壞類型均為流土型,允許水力坡降0.30～0.40;第②-2中粉細砂、第③-3層的中細砂層經(jīng)判定為管涌型,允許水力坡降0.10～0.20。

表1 工程區(qū)土的允許水力坡降計算表Table 1 Calculation of permissible hydraulic gradient in engineering soil

注:d5為小于該粒徑的含量占總土重5%的顆粒粒徑;d20為小于該粒徑的含量占總土重20%的顆粒粒徑。

表2 工程區(qū)土的地震液化判別表Table 2 Seismic liquefaction table in engineering soil

2.2 地震液化

地基15 m深度范圍內存在著②-2淤泥質粉細砂,為飽和砂性土,存在液化可能,經(jīng)過詳判,結果表明(表2),地表以下15 m深度范圍內②-2淤泥質粉細砂Ⅶ度地震時易發(fā)生液化;計算每個鉆孔的液化指數(shù)為2.31～22.25,液化等級為輕微—嚴重。

2.3 沉降變形與抗滑穩(wěn)定性

區(qū)內堤(閘)基普遍分布第②-1、②-3層淤泥、淤泥質粘土等軟土,其厚度一般為3.2～23.5 m,厚度大且分布不均,軟土天然含水率41.3%～100%,孔隙比1.312～2.765,滲透系數(shù)3.48×10-7～8.04×10-6cm/s,壓縮系數(shù)1.01～4.38 MPa-1,呈流塑—軟塑狀態(tài),具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性、承載力低等特點[3-5]。在上部荷載的作用下,容易引起堤(閘)基軟土的沉降變形問題。

第②-1、②-3層淤泥、淤泥質粘土室內試驗天然快剪凝聚力范圍為0.8～10.1 kPa,內摩擦角范圍為1.1°～11.3°,現(xiàn)場十字板剪切試驗不排水抗剪強度范圍為5.9～14.4 kPa,靈敏度范圍為3.20～6.01,靈敏度高,抗剪強度低,該處軟土具有明顯的觸變性,一旦受到外界擾動,土體強度將顯著降低。該工程中堤基大面積分布著這種低強度軟土,且大部分堤段堤外水下地形較陡或者堤外無灘,在一定外部條件下地基會產(chǎn)生抗滑穩(wěn)定問題。當?shù)添斖ㄐ杏休d重車輛或者有大面積堆載時,荷載增長速度過快,水流沖刷岸坡,再加上浪蝕作用,岸坡基礎產(chǎn)生臨空面,這種抗滑穩(wěn)定問題會更加嚴重。圍堰等臨時構筑物及涵閘均具有壅水與擋水功能,在水壓力及自重作用下,這些建筑物或將地基軟土層側向擠出,或沿軟土地基某一界面產(chǎn)生滑移破壞,從而導致上部建筑物滑移失穩(wěn)。

2.4 邊坡穩(wěn)定性

閘基開挖邊坡由填筑土、灰黑色淤泥質粘土和淤泥質粉質粘土組成,由于閘址區(qū)地層中存在軟土層,基礎開挖產(chǎn)生軟土邊坡。區(qū)內軟土層抗剪強度低,具有觸變性、流變性等特性,由其構成的邊坡穩(wěn)定性差。因此,這時邊坡穩(wěn)定問題較為突出,軟土邊坡開挖應進行有效的支護,保證工程邊坡穩(wěn)定。

3 軟基處理對策

工程區(qū)內普遍存在的淤泥質、淤泥軟土,具有大孔隙比、高含水量、抗剪強度低、壓縮性高、高靈敏度以及滲透系數(shù)小的特點,導致軟土地基上建筑物沉降量大、沉降差過大、沉降穩(wěn)定時間長,造成建筑物開裂破壞,產(chǎn)生地基局部或整體的滑移破壞,因此,依據(jù)“經(jīng)濟實惠、技術可行”的原則,對此河涌軟土地基采用以下地基處理措施:

(1) 對荷重較輕的建筑物,可充分利用上部有強度的硬殼層(非軟土層),當基礎沉降計算結果滿足要求時,優(yōu)先考慮采用天然地基的可能性。部分河涌重建段兩岸堤防均為歷年加高培厚土而成,而且經(jīng)過多年運行,堤基軟土已受到了一定程度的排水固結,強度亦在逐漸增高,堤防基本上處于穩(wěn)定狀態(tài),因此,采用了天然地基。

(2) 針對部分較薄、埋藏較淺的軟土地基采用換土墊層法處理,將軟弱的地基土部分或者全部挖去,分層回填壓縮性較低且強度較高的灰土、沙石、三合土等,并進行夯實以減少基礎的沉降量,提高地基的總體強度。但是實踐中挖出流塑軟土很困難,并且進行有效的邊坡支護也很困難,因此,這種方法僅僅適用于軟土厚度小、分布面積不大且平均荷載相對較小的軟土地基。

(3) 對于大面積深厚軟土地基,采用塑料插板排水固結法。在深厚軟土層中插入塑料排水板可以改善地基原有的排水條件,縮短排水通道及排水時間,增強排水固結效果,提高地基土的強度,從而極大地提高了施工效率和工期,加固地基效果比較好。該方法主要施工步驟為先鋪砂墊層,再插塑料排水板,然后堆載預壓。塑料插板排水固結法重點避免出現(xiàn)沿堤大面積超重荷載,加荷速度不能過快,并且施工前應該做好堤外坡的防護,及時采用外側擋墻或拋石護腳等抗沖加固處理措施。

(4) 小型涵閘地基處理采用深層攪拌法,利用水泥能充分吸收周圍軟土中水分的粉體噴射攪拌法施工,加固后地基強度提高,也可以用作支護和隔水處理措施。該法施工已有成熟的經(jīng)驗,且簡單快捷,在該地區(qū)廣泛采用[6]。

(5) 對于大中型涵閘及重要建筑物,常采用預制樁基礎,施工時常用靜壓法施工。在基巖埋深較淺處,常采用鉆孔灌注樁嵌巖樁基礎。雖然采用樁基礎成本相當高,但它的優(yōu)點為強度高,沉降快,施工方法成熟簡單。

4 結語

(1) 工程區(qū)斷裂活動微弱,地形平坦、開闊,場地土類型為軟弱場地土,類別為II-III類場地,作為堤防工程和水閘地基是基本穩(wěn)定、適宜的。

(2) 地表15 m深度范圍內的砂壤土和砂層存在輕微—中等地震液化問題,表層軟土層存在沉降變形、抗滑穩(wěn)定問題,需采取工程處理措施。

(3) 依據(jù)軟土工程特性及建筑工程特征,對堤防和閘基分別采用塑料插板排水固結法、換土墊層、深層攪拌法、預制樁基礎樁等地基處理方法,加固后效果較好。

[1] 中華人民共和國質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖:GB 18306—2015[S].北京:中國標準出版社,2015.

[2] 黃河勘測規(guī)劃設計有限公司.廣州市番禺區(qū)河涌整治工程地質勘察報告[R].鄭州:黃河勘測規(guī)劃設計有限公司,2010.

[3] 陳曉平,黃國怡,梁志松.珠江三角洲軟土特性研究[J].巖土力學與工程學報,2013,22(1):137-141.

[4] 梁令枝,童華煒.廣州軟土工程特性對比研究[J].山西建筑,2007,33(35):101-102.

[5] 黃紹銘,高大釗.軟土地基與地下工程[M].第二版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[6] 周龍翔,童華煒.廣州軟土的工程特性及其地基處理方法的對比研究[J].北京交通大學學報,2006,30 (1):17-20.

(責任編輯：費雯麗)

Analysis of Geological Problem and Countermeasures of SoftFoundation Treatment of a River Regulation Project in Guangzhou

CHEN Li, WANG Zhihong

(YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450003)

The rebuilding dike and sluice reconstruction are included in river regulation project in Guangzhou,the engineering geological condition is complex and belongs to soft soil. In the paper,through geological prospecting methods,such as exploration,in-situ test and laboratory experiment,the engineering geological problems are analyzed and evaluated,for instance,foundation,the liquefaction of the earthquake,the liquefaction,slope stability,settlement deformation and anti-sliding stability. At the same time,according to the properties of soft soil engineering and the characteristics of construction engineering,the soil cushion method,the plastic plate drainage consolidation method,the deep mixing pile and pile foundation and other foundation treatment methods are adopted to deal with the problem respectively,and better results have been achieved.

river regulation; engineering geological problems; osmotic stability; seismic liquefaction; soft foundation treatment

2017-06-20;改回日期:2017-07-11

陳利(1985-),男,工程師,碩士,地質工程專業(yè),從事大型工程地質及水文地質勘察、大型橋梁安全監(jiān)測等工作。E-mail:287924514@qq.com

TV85

A

1671-1211(2017)04-0463-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.023

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170622.1655.008.html 數(shù)字出版日期:2017-06-22 16:55