引江濟(jì)淮菜子湖湖區(qū)航道工程軟地基處理研究

邵鵬飛 劉華 向征平

摘 要：本文以引江濟(jì)淮（安徽段）菜子湖湖區(qū)航道工程為依托，針對湖區(qū)圩堤填筑與圩堤堤頂?shù)缆饭こ淌┕ぶ熊浲恋鼗F(xiàn)狀，分析了軟土地基對圩堤建筑物的不利影響，提出了對圩堤軟土地基的處理方法，并以此方法成功指導(dǎo)本工程施工，對類似工況條件下軟土地基處理有一定的借鑒或指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：引江濟(jì)淮;軟土地基;處理方法;研究

中圖分類號：U615 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）02-0096-03

圩堤地基是圩堤土體填筑及堤頂?shù)缆方ㄔO(shè)的基礎(chǔ)，在一定程度上決定著整個圩堤恢復(fù)工程及堤頂?shù)缆返馁|(zhì)量。如何對圩堤軟土地基進(jìn)行處理，改善地基土的工程特性，達(dá)到滿足圩堤建筑物對地基穩(wěn)定和變形的要求，是關(guān)系到圩堤整體穩(wěn)定性和安全性的課題。筆者為參與此工程施工的管理者，圍繞如何改善地基土的變形特性和滲透性，提高地基土的抗剪強(qiáng)度和抗液化能力，探索和研究如何消除不良地基對圩堤不利影響的課題，并用以指導(dǎo)圩堤施工，給圩堤、公路在軟土地基狀態(tài)下施工以借鑒和幫助。

1工程概況

引江濟(jì)淮工程由長江下游上段引水，向淮河中游地區(qū)補(bǔ)水，是一項以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運(yùn)為主，結(jié)合灌溉補(bǔ)水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境等綜合利用的大型跨流域調(diào)水工程，是集供水、航運(yùn)、生態(tài)等效益的一項水資源綜合利用工程。引江流量300m3/s，入淮流量280m3/s。輸水干線長723km，自南向北可劃分為引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送三大工程段落，共設(shè)八大節(jié)制樞紐。

引江濟(jì)淮工程是國務(wù)院批復(fù)的《全國水資源綜合規(guī)劃（2010-2030）》及其附件《長江流域及西南諸河水資源綜合規(guī)劃》和《淮河流域及山東半島水資源綜合規(guī)劃》等規(guī)劃均列為流域重大水資源配置工程;引江濟(jì)淮工程也是國務(wù)院批復(fù)的《長江流域綜合規(guī)劃》和《淮河流域綜合規(guī)劃》中列入的長江流域南水北調(diào)主要線路之一，2013年9月，交通運(yùn)輸部與上海、江蘇、安徽等?。ㄊ校┖炇鸬摹堕L江水運(yùn)發(fā)展若干重點(diǎn)工作合力推進(jìn)協(xié)議》中明確提出將引江濟(jì)淮作為部省合力推進(jìn)的重點(diǎn)建設(shè)航道項目：結(jié)合引江濟(jì)淮工程，協(xié)調(diào)拓展通航功能，推進(jìn)通航設(shè)施建設(shè)，進(jìn)一步優(yōu)化完善區(qū)域航道網(wǎng)絡(luò)布局。該工程是解決淮河中游水資源短缺、支撐淮河流域和中原經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展的重要戰(zhàn)略水源工程，也是促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的重要水運(yùn)通道之一。工程建設(shè)符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，是《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》（2011年本）中鼓勵類水利項目。

工程實(shí)施后向安徽省的巢湖周邊、沿淮及淮北地區(qū)和河南省東南部的周口、商丘部分地區(qū)城鄉(xiāng)生活及工業(yè)生產(chǎn)供水，保障5117萬人飲水安全和煤炭、火電等重要行業(yè)用水安全，結(jié)合改善巢湖周邊、沿淮及淮北地區(qū)等輸水沿線地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉補(bǔ)水條件，退還長期被擠占的農(nóng)業(yè)灌溉用水。結(jié)合引江濟(jì)淮工程的實(shí)施，溝通江淮水系，構(gòu)建淮河水系第二條航運(yùn)入江主通道，實(shí)現(xiàn)淮河航道網(wǎng)與長江航道網(wǎng)互聯(lián)互通，促進(jìn)長江經(jīng)濟(jì)帶與中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

長江宜昌航道工程局有幸參與引江濟(jì)淮工程（安徽段）引江濟(jì)巢段菜巢線C002（菜子湖湖區(qū)航道）標(biāo)施工。此工程起點(diǎn)接長河河渠段K10+850，終點(diǎn)接孔城河河渠段K38+000。湖區(qū)航道樁號為K10+850～K37+977，總長27.127km，最低通航水位8.1m，設(shè)計河底高程4.9m，菜子湖15年一遇水位13.0m。該工程主要內(nèi)容為：疏浚工程、拋泥區(qū)工程、圩堤恢復(fù)工程、道路工程、環(huán)保、水保等其他工程等。

2工程地質(zhì)

2.1地層分布及特征

根據(jù)現(xiàn)場勘探野外編錄資料，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查、原位測試和室內(nèi)土工試驗成果，在勘探深度范圍內(nèi)揭露的地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積物（Q4al）、第四系中更新統(tǒng)沖洪積物（Q2al+pl），下伏基巖為侏羅紀(jì)石英正長巖（J）?，F(xiàn)將本次勘探揭露的地層按其地質(zhì)時代、成因類型、埋藏深度以及巖土的工程地質(zhì)特征，自上而下敘述如下：

①層素填土（Q4 ml）：灰黃色、灰褐色，松散，表層含植物根莖系。該層主要分布于擬建場區(qū)圩堤上，揭露厚度0.50～5.00m，層頂高程7.80～13.50m。

②層粉質(zhì)黏土（Q4 al）：灰黃色、黃褐色，軟塑～可塑狀態(tài)，局部偏流塑，表層含植物根莖系，局部夾粉細(xì)砂。該層分布于大部分場地，揭露厚度0.30～ 4.00m，層頂高程5.90～10.30m。

③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4 al）：青灰色、灰黑色，流塑，局部夾砂。該層分布于整個場地，揭露厚度1.70～10.40m，層頂高程3.70～9.10m。

③1層粉砂：青灰色、灰黑色，飽和，稍密狀態(tài)，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。該層零星分布，揭露厚度0.80～4.00m，層頂高程2.15～3.50m。

④層粉質(zhì)黏土（Q4 al）：灰黃色、灰褐色，可塑，局部偏硬，含鐵錳氧化物。 揭露厚度1.30～8.00m，層頂高程-3.50～4.40m。

⑤層粗砂（Q3 al）：灰黃色、灰褐色，中密～密實(shí)，夾黏性土，局部含少量 礫卵石。揭露厚度0.10～8.00m，層頂高程-7.10～1.50m。

⑥1層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K）：紫紅色，泥砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，呈膠結(jié)砂狀、黏土狀，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖性軟，手捏易碎，取芯率較高，局部夾強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。揭露厚度0.70～9.10m，層頂高程-8.20～-1.20m。

⑥2層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K）：紫紅色，泥砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層構(gòu)造，巖芯呈柱狀，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，完整性好，手捏難碎，取芯率高，局部為砂質(zhì)泥巖。揭露厚度0.50～3.00m，層頂高程-9.80～-1.00m。

2.2陸域開挖的巖土施工分級

根據(jù)《水運(yùn)工程巖土勘察規(guī)范》（JTS133-1-2013）、《內(nèi)河航運(yùn)水工建筑工程定額》（JTS275-5-2014），對擬開挖巖土的工程等級進(jìn)行確定，見下表1，陸域開挖的巖土施工分級。

2.3各土層物理力學(xué)指標(biāo)

有關(guān)圩堤恢復(fù)工程中圩堤填筑土體驗算需要的巖土層力學(xué)指標(biāo)通過室內(nèi)試驗及野外標(biāo)貫指標(biāo)綜合確定（見表2）。

3軟地基處理工程—圩堤恢復(fù)工程結(jié)構(gòu)

圩堤恢復(fù)工程總長4.0km，主要工程內(nèi)容包括挖方、填筑土堤、堤后填塘、護(hù)岸工程等。其圩堤結(jié)構(gòu)見圖1和圖2。

本項目4km新建圩堤工程，左岸新建圩堤（對應(yīng)航道樁號K10+850～K11+850）防洪標(biāo)準(zhǔn)近期采用20年一遇，相應(yīng)堤防等級為 4 級;其余段新建圩堤均按等外圩堤標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

本工程為壓實(shí)土堤，堤高度在6m左右，考慮堤基土層土質(zhì)因素，取50cm。其取土區(qū)為此工程拋泥區(qū)。地質(zhì)情況與圩堤區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)相同。

4圩堤填筑軟土地基處理方案

由表1可知，③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土標(biāo)準(zhǔn)貫擊數(shù)為2.9，小于4;由表2-2可知，土層各項指標(biāo)看，屬于正常固結(jié)圖范圍，但①層素填土、④層粉質(zhì)黏土壓縮系數(shù)分別為0.373、0.196MPa，屬于軟土地基（正常固結(jié)土0.5～1.5MPa）。

菜子湖施工區(qū)在2020年夏天遭遇百年一遇特大洪水，持續(xù)時間長。地表和地表以下土層均為飽和土。具有抗剪強(qiáng)度低，壓縮性能高、天然含水量大等特點(diǎn)。

4.1軟土地基對圩堤建筑物的不利影響

4.1.1飽和土對圩堤的影響

圩堤施工范圍內(nèi)的地基長期在菜子湖護(hù)底，假如不采取措施，在圩堤堤身填筑荷載作用下，圩堤將出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致圩堤地面開裂。

4.1.2剪切力對圩堤的影響

圩堤因軟土地基，導(dǎo)致圩堤邊坡出現(xiàn)土體隆起狀態(tài)。另外，土體出現(xiàn)沉降時，會導(dǎo)致圩堤整體滑動。

4.2對圩堤軟土地基處理方案

4.2.1地表排水、清淤

針對圩堤施工區(qū)現(xiàn)狀，圩堤地基長期在菜子湖湖區(qū)水下，在施工區(qū)首先排水，其設(shè)備采用10臺QY260-8-7.5油浸式潛水電泵，沿舊圍堰將圩堤地基范圍水排放到菜子湖，再利用泥漿泵將圩堤地基表層淤泥清除。

4.2.2碾壓、開挖溝槽、回填砂礫

待地基能承載履帶式壓路機(jī)時，利用機(jī)械設(shè)備對圩堤地基進(jìn)行碾壓;利用挖掘機(jī)沿圩堤中心線開挖0.5×0.5m（寬×深）的溝槽，溝槽間距10m;再在溝槽中回填砂礫，形成盲溝。

機(jī)理：通過排水，降低地表土體含水量;通過碾壓，降低軟體土體的壓縮性，提高軟體地基的強(qiáng)度;而溝槽內(nèi)的砂礫為透水性好的材料，使溝槽起到盲溝的作用，改變軟土地基的土體特性。

經(jīng)過施工實(shí)踐，對圩堤地基采取的這些措施，經(jīng)過對地基土地的實(shí)驗檢測，土體的特性：如粘聚力、重力密度、壓縮系數(shù)和壓縮模量等都在正常固結(jié)土范圍內(nèi)。根據(jù)菜子湖工程圩堤填筑工況，采取的改善軟土地基的措施正確，可以給湖區(qū)、河流上修筑圩堤、公路提供借鑒和幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).《堤防工程施工規(guī)范》（SL260-2014）.中國水利水電出版社.2014.

[2]中國建筑科學(xué)研究院.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]交通部第一公路勘察設(shè)計院.《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》.北京：人民交通出版社，1996.

[4]殷宗澤、龔曉南，《地基處理工程實(shí)例》.中國水利水電出版社，2000.

[5]翁春旭，處理軟土地基排水固結(jié)法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.2000.