新老堤身不均勻沉降處理在江堤整治中的應用

邵偉龍，郭炳榮，楊 波，謝宏輝

(1．紹興市柯橋區水利管理總站，浙江 紹興 312030;2．紹興市柯橋區塘閘管理中心，浙江 紹興 312072; 3．紹興市柯橋區水利工程質量管理站，浙江 紹興 312030)

1 工程概況

柯橋段堤頂道路擴寬工程位于紹興市柯橋區曹娥江左岸，本次勘察范圍起點里程為堤頂道路里程K0 +000 ～K11 + 364． 1，長度約11． 36 km，現狀路面 高程9．49 m ～10．31 m，路面寬9 m ～10 m，在迎水坡路基邊緣設置有防浪墻。

現狀堤頂道路承載力可以滿足路基要求，該地段的路基填筑土已經具備一定的密度和壓實性，在清除表層混凝土及虛土(性狀較差的土層) 并經壓實處理后經檢驗達到土質路基壓實度應滿足設計要求后，可利用作為路基持力層。而擴寬部分堤身的土采用泥漿泵吹填粉砂土而成，粉砂土主要成分為粉砂顆粒，黏粒含量較少，具有保水性差、穩定性差等特點[1]。歷次吹填實踐表明，粉砂土密度差異非常大，這種差異導致新老堤身產生不均勻沉降，路基開裂，降低路基的使用年限和穩定性，產生各種危害，因此探索新老堤身不均勻沉降處理的新方式迫在眉睫。

2 工程地質

現狀堤頂道路可以滿足運行車輛的荷載要求，經過多年運行，路基沉降基本穩定，本次道路擴寬在原路基基礎上進行。道路現狀為瀝青路面，厚約20 cm，路面下有厚約1．0 m ～2．0 m 的碎石土混粉土墊層，經過壓實; 下部為①02層粉土，系壩體土層;壩基為②1層粉土:

1) ①01層素填土，較松散，主要為堤頂路基填土，屬中等～強透水性，土質均勻性差，工程地質條件差。

2) ①02層素填土，松散～稍密狀，土質均勻性較差，工程地質條件差。

3) ②1層粉土，很濕，稍密狀，e=0．687 ～1．001，Es=9．88 MPa ～20．54 MPa，土質均勻性較差，工程地質條件一般，fak=100 kPa，可作為護岸基礎的天然地基持力層。

4) ②2層粉土，飽和中密狀，e=0．495 ～0．955，Es=10．10 MPa ～19．85 MPa，土質均勻性較差，工程地質條件一般，fak=150 kPa。

5) ③1層淤泥質粉質黏土，流塑狀，土質均勻性一般，w=29．2% ～43．2%，a1-2=0．48 MPa-1～0．78 MPa-1，Es=2．67 MPa ～4．20 MPa，該層具高壓縮性、高含水量等特征，工程地質條件差，是擬建道路路基的主要壓縮層。

3 新老堤身不均勻沉降處理方式

3．1 堤防路基吹填

1) 吹填方法。

路基吹填法充分利用附近河流，通過水上運輸的方式減小對外界交通的影響，有效的減少資金投入，沉降量也滿足施工要求[2]。吹填施工機組由立式泥漿泵輸泥系統和配電系統兩部分組成。吹填施工的流程圖見圖1。

圖1 吹填施工流程圖

2) 泄水口布置。

吹填施工中溢流的泥漿通過排水邊溝匯集至集水池后，用泥漿泵排至沉砂池，通過2 個沉砂池過濾后，排入清水池沉淀，最后濾成清水排出。

3) 施工方法。

吹填機械由泥漿泵22 kW 和船及輸泥管線組成，吹填方式為泥漿泵水下取土，泥漿經排水固結后形成密實的土體。

4) 沉砂池設置。

沉砂池采用現狀沙土開挖而成，頂寬1．0 m，邊坡坡比1∶1，池壁內鋪設土工膜作為防水層。本施工段共設2 個沉砂池和1 個清水池，并在吹填區的邊溝角上設集水池，采用土工膜保護，泥漿泵放在集水池中，吹填施工的回漿匯入集水池后通過泥漿泵排至沉砂池中過濾沉淀。

5) 取土。

采用22 kW 泥漿泵加吸泥管進行水下取土。

6) 吹填。

吹填區順堤軸線分段分層布置，段長150 m，層厚0．8 m 及上下層錯縫。吹填時進漿口遠離退水口，同時根據粉砂土的沉積情況及時移動進漿口位置，做到吹填區域粉砂土顆粒分布基本均勻，吹填面大致平整。

吹填施工要求[3-8]: a． 大范圍吹填前需進行吹填試驗。明確吹填工序，分層吹填厚度、吹填間隔時間、最優含水率等相關控制指標。b． 取土區應遠離海塘堤腳、橋梁、取水口等構筑物150 m 以外，不可隨意取土危及堤防安全和河勢穩定。c．取土料為粉土，禁止采用淤泥，取土時需不影響航行安全。d．吹填施工期以及排水固結期內應進行堤身沉降和位移觀測，沿堤身每隔100 m 布設觀測斷面，每半個月觀測一次，觀測數據應進行整理分析，并把成果及時反饋至設計單位。e．吹填區外側圍堰采用土工布袋充填粉土圍堰，土工合成材料須符合SL/T 225的要求。f．吹填土方過程中泄水口處尾水含泥量不大于3%，且需達到相關部門排放要求。g．考慮吹填土的排水固結期沉降和地基沉降，吹填預留高度暫定20 cm。h．吹填施工使用泥漿泵機組吹填施工，并進行挖機戽水密實，以確保吹填施工質量。每次吹填厚度控制在80 cm，在吹填施工結束后進行挖機戽水施工。在帶水戽水施工時，每層戽水遍數分3 d 進行，每天2 次，共計戽水遍數6 次，待吹填土戽水固結后進行試驗檢測，壓實度達到95%才可進行下一步吹填施工，必要時需鋪設內部排水設施。i．堤身吹填應分層施工，每層之間吹填應交錯上升，并保證上下層搭接錯開。j．塘渣路基填筑前需保證吹填路基壓實度滿足95%才可填筑施工。

3．2 戽水密實處理

粉砂土介于砂性土和黏性土之間，主要成分為粉砂顆粒，黏砂含量較少。粉砂土雖然具有保水性差、穩定性差等特點，但同時承載力高，排水固結較快。有研究表明，采用戽水密實處理可以有效提高筑堤防滲性，增強路面承載能力。主要方法為每層路面經過粉砂吹填完成后，利用挖掘機在吹填區進行專門的機械戽水密實[9]。挖掘機進行作業的方式是用抓斗插入土中，前后搗動行走幅內的土體，直至土體液化表面沁水。為防止挖機陷入土中，同時便于行走振動過程中將土體搗實，本工程中挖機均逆向進行作業。

3．3 尾水排放處理

根據地形情況，在吹填區外江側挖設2 個沉淀池1 個清水池，回漿經過沉砂池沉淀后，通過清水過濾排出。在吹填施工段坡腳線外開挖0．8 m ×0．8 m 泥漿回漿水溝→泥漿匯集處設置22 kW 泥漿泵，把泥漿抽至沉砂池→回抽的泥漿在沉砂池進行2 次沉淀過濾→沉淀后的泥漿排入清水池，濾成清水排出。

4 路基吹填沉降觀測方案

4．1 觀測要求

4．1．1觀測點設置原則

1) 為有利于測點看護、集中觀測、統一觀測頻率、觀測數據的綜合分析，各部位觀測點須設在同一橫斷面上。

2) 斷面觀測點包括沉降觀測樁、沉降板，位移邊樁等設備。沉降觀測樁和沉降板需要進行水準測量，位移邊樁還需進行水平位移觀測[10]。

4．1．2路基沉降監測

一個監測斷面設1 個監測點，設置在路基垂體段中間，于吹填施工前設置，并在道路坡腳線外面設置位移觀測樁。

4．1．3觀測元件與埋設技術要求

1) 沉降觀測板:應嚴格按設計要求進行埋設，一般情況如下:由鋼底板、金屬測桿(φ48 mm 鍍鋅鐵管) 及保護組合套管組成。鋼底板尺寸為50 cm×50 cm，厚1 cm。

2) 位移邊樁:采用120 mm ×120 mm 鋼筋混凝土預制方管樁，長1．5 m，可采用打入埋設或開挖埋設，埋設深度1．2 m，樁周上部0．5 m 用混凝土澆筑固定，完成埋設后采用全站儀測量邊樁標高及距基樁的距離作為初始讀數。

4．2 觀測方案實施

為保證施工質量，工程觀測與施工進度同步進行，觀測頻率約為施工期間每兩周觀測一次(出現沉降突變的情況增加觀測次數) ，直至沉降穩定為止。

橫向位移觀測，以工作基點(精度控制在0．5 mm 以內) 為起算點，采用儀器標稱精度不低于2″且測距精度不大于5 mm 的全站儀;施測精度可達到1 mm 要求。

路基基底沉降觀測，以工作基點為起算點，采用DS2水準儀按四等水準觀測和精度要求，采用符合水準路線觀測沉降板的沉降量，并做好沉降觀測記錄[11]。

5 部分測量結果

1) K8 +000 ～K9 +700 段吹填從2020 年4 月13 日開始至2020 年7 月10 日完成，路基填筑從2020 年10 月15 日開始至2020 年11 月20 日完成，觀測時間從2020 年4 月15 日至2020 年9 月15 日，設置沉降觀測點共計18 個，平均沉降觀測19 次。其中觀測點最大累計沉降量為87 mm，觀測點最小累計沉降量為39 mm，平均累計沉降量為58．1 mm，至2020 年8 月以來沉降量已相對穩定。

2) K7 +400 ～K7 +800 段吹填從2020 年4 月23 日開始至2020 年7 月30 日完成，路基填筑從2020 年10 月30 日開始至2020 年11 月25 日完成，觀測時間從2020 年5 月7 日至2020 年9 月15 日，設置沉降觀測點共計5 個，平均沉降觀測18 次。其中觀測點最大累計沉降量為90 mm，觀測點最小累計沉降量為47 mm，平均累計沉降量為60 mm，至2020 年9 月以來沉降量已相對穩定。

3) K5 +300 ～K7 +400 段吹填從2020 年5 月6 日開始至2020 年7 月30 日完成，路基填筑從2020 年11 月10 日開始至2020 年12 月25 日完成，觀 測 時 間 從2020 年6 月1 日至2020 年9 月15 日，設置沉降觀測點共計21 個，平均沉降觀測15 次。其中觀測點最大累計沉降量為68 mm，觀測點最小累計沉降量為25 mm，平均累計沉降量為49．8 mm，至2020 年9 月以來沉降量已相對穩定。

4) K9 +700 ～K10 +000 段及兩座橋兩側橋頭路段吹填從2020 年11 月15 日開始至2020 年12 月30 日完成，路基填筑從2021 年1 月5 日開始至2021 年1 月13 日完成，觀測時間從2020 年11 月16 日至2021 年1 月15 日，設置沉降觀測點共計6 個，平均沉降觀測5 次。其中觀測點最大累計沉降量為54 mm，觀測點最小累計沉降量為22 mm，平均累計沉降量為35 mm。

6 突出優勢

6．1 技術優勢

2019 年12 月25 日在試驗路段進行環刀試驗取樣，共取6 組環刀，2 袋吹填原土，于2019 年12 月26 日，27 日分別送往水利部農村電氣化研究所小水電工程質量檢測中心和寧波清源工程檢測試驗有限公司，壓實度檢測結果顯示小水電檢測中心為98． 1%，97． 5%，97．5%，寧波清源檢測中心為97%，97%，97%，符合設計圖紙壓實度不小于95%的要求，且遠遠高出設計要求，工程壓實密度得到顯著提高。此外，試驗段施工時，吹泥船距離岸邊150 m 以外，取土深度水面以下10 m ～12 m，根據實際現場土質和地勘對照分析，該取土層為粉砂夾粉土層。經過試驗檢測，吹填土最大干密度1．56 g/m3～1．57 g/m3，滿足圖紙設計要求。由此可得，經過堤防路基吹填和戽水密實處理后，擴寬部分堤身的最大干密度有了明顯的提高。

6．2 經濟優勢

6．2．1機械循環，使用減少物力

試驗段施工，共投入1 艘吹泥船，2 臺22 kW 抽漿泵，配備15 kW 水槍2 支，22 kW 廢水回漿泵2 臺，共吹填約2 000 m3。吹填主要的機組使用的泥漿泵選用NL125-20．0，其技術要求性能如表1 所示。

表1 吹填用泥漿泵技術要求性能

經計算，1 套吹泥船設備每天吹填方量: 取泥漿泵80%功效，32 m3/h×2 臺×15 h/d =960 m3/d，按吹填施工工期要求，3 套吹泥船設備能保證吹填施工按期完成。該施工方式相較傳統方法僅消耗機械臺班而不消耗物力。

6．2．2縮短工期，不消耗物料

由于路基填筑選擇將近從曹娥江吸取粉砂進行吹填，而非采用普通的開山宕渣填筑。如果本工程填料全部需外購，大量的宕渣外購需求，區域范圍內供應難度較大，容易影響項目順利進展。因此，就近選擇粉砂土吹填將大大縮短工期，同時減少宕渣外購費用。

7 結語

在紹興市曹娥江綜合治理工程的堤頂道路擴寬工程施工中，采用粉砂土吹填原理、戽水密實原理和沉降觀測方案具有工期短、成本低、污染少、降低了人力和物力等優點。經處理后，粉砂土的壓實度提高，新堤防的沉降量明顯降低，減少了不均勻沉降帶來的不良影響，保證了堤頂道路擴寬工程施工質量。但由于不同地區粉砂土的性質不同，目前關于吹填工藝流程、處理時間、沉降測量方案和評估方案沒有統一的規范，后續還需要大量工程實踐進行總結。