碼頭接岸處軟土地基處理及護(hù)坡措施探討

卓家軍 張衛(wèi)云

（1.安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 安徽 合肥 230011；2.南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司， 江蘇 南京 210022）

軟土包括淤泥、 淤泥質(zhì)土、 泥炭、 泥炭質(zhì)土等，主要具有觸變性、 流變性、 高壓縮性、 低強(qiáng)度、 低透水性、 不均勻性等工程性質(zhì)。 軟土層屬于土體中軟弱結(jié)構(gòu)面， 物理力學(xué)性質(zhì)較差。 當(dāng)軟土地基的壓縮性過大、 承載力不足、 滲透性不滿足要求時(shí)， 需要因地制宜進(jìn)行地基處理， 以增強(qiáng)土體的強(qiáng)度， 提高承載力及穩(wěn)定性， 減少地基變形， 防止?jié)B透破壞， 滿足使用要求。

現(xiàn)在很多建筑都沿邊坡而建， 邊坡工程如果損壞可能造成經(jīng)濟(jì)損失、 危及人的生命等， 會(huì)產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。 碼頭沿河布置， 其邊坡失穩(wěn)的可能性較大， 特別是軟土邊坡。 因碼頭接岸后方一般會(huì)承受很大荷載， 行駛重型卡車， 加之坡面臨河水文地質(zhì)條件復(fù)雜， 坡頂又有車輛荷載， 很易發(fā)生滑坡。 本文梳理軟土的特點(diǎn)及危害， 分析其破壞機(jī)理， 并給出常用軟基處理方式， 結(jié)合實(shí)例對(duì)軟土處理給出參考。

1 軟土危害原因分析

軟土危害主要原因還是土的強(qiáng)度不足， 特別是抗剪強(qiáng)度， 土體因受拉、 受剪等因素發(fā)生破壞。 土體一般是非均質(zhì)的， 各點(diǎn)物理狀態(tài)不盡相同導(dǎo)致力學(xué)性質(zhì)不同， 因此土體可能發(fā)生局部破壞或整體破壞。 軟基處理的主要目的是提高地基承載力、 土坡穩(wěn)定性等。

軟土的另一大危害是地基沉降較大， 包括瞬時(shí)沉降、 固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分。 沉降嚴(yán)重時(shí)， 不僅增加填方數(shù)量， 而且沉降或水平位移對(duì)臨近填土的橋臺(tái)、 擋土墻、 涵洞、 住宅、 農(nóng)田等都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

邊坡受臨界面、 地質(zhì)構(gòu)造、 水流沖刷滲透、 頂部荷載、 坡面狀態(tài)等因素影響， 特別是軟土地基條件下， 其邊坡穩(wěn)定性很差， 很容易導(dǎo)致滑坡。 當(dāng)軟土比較均勻， 厚度較當(dāng)， 實(shí)地強(qiáng)和試驗(yàn)表明其滑動(dòng)面是一個(gè)近似圓柱面， 切入地基一定深度。 在軟土地基破壞時(shí)， 在形成滑動(dòng)面之前土體一般已發(fā)生嚴(yán)重裂縫， 或者軟土地基已經(jīng)破壞而填方土體部分的抗剪強(qiáng)度尚未完全發(fā)揮。

地下水對(duì)岸坡穩(wěn)定及地基穩(wěn)定的影響同樣是很大的。 水與土相互作用， 導(dǎo)致土體的強(qiáng)度、 穩(wěn)定性降低， 并可能產(chǎn)生滑坡、 沉陷、 潛蝕、 管涌、 凍脹、 翻漿等危害。 地表水積水及排泄方式、 鄰近河道水位的變化、 地下水滲流作用， 也會(huì)造成邊坡及地基失穩(wěn)。

2 軟基處理程序

對(duì)軟弱地基上的工程， 首先要進(jìn)行初步研究， 判斷是否需要進(jìn)行地基處理。 判斷的依據(jù)， 一是地基條件； 二是建筑物的性質(zhì)和要求。 前者包括地形、 地貌、 地質(zhì)成因、 地基土層分布、 軟弱土層的厚度和范圍、 持力層的埋深、 地下水位及補(bǔ)給情況、 地基土的物理力學(xué)性質(zhì)等。 后者包括建筑物的等級(jí)、 平面和立面布置、 結(jié)構(gòu)類型和剛度、 基礎(chǔ)類型和埋置深度、 對(duì)地基穩(wěn)定性和沉降的要求以及鄰近建筑物的情況等。

首先， 根據(jù)建筑物對(duì)地基的各種要求和勘察結(jié)果所提供的地基資料， 初步確定需要進(jìn)行處理的地層范圍及地基處理的要求。 然后， 根據(jù)天然地層條件和地基處理的范圍和要求， 分析各類地基處理方法的原理和適用性， 參考過去的工程經(jīng)驗(yàn)以及當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)供應(yīng)條件， 進(jìn)行各種處理方案的可行性研究， 在此基礎(chǔ)上， 提出幾種可能的地基處理方案。 然后對(duì)提出的處理方案進(jìn)行技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)、 進(jìn)度等方面的比較。 在這一過程中還應(yīng)考慮環(huán)境的要求， 經(jīng)過仔細(xì)論證后， 提出幾種種擬采用的方案。 大規(guī)模地基處理的工程需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行小型地基處理試驗(yàn)， 進(jìn)一步論證處理方法的實(shí)際效果， 或者進(jìn)行一些必要的補(bǔ)充調(diào)查， 以完善處理方案和肯定選用方案的實(shí)際可行性， 最后進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。

需要將幾種處理方法進(jìn)行有利的組合， 或者稍微修改建筑物的條件， 甚至需要另辟蹊徑。 此外需要注意的是， 地基處理工作大都是地下隱蔽工程， 加固效果很難在施工過程中直接檢驗(yàn)， 因此一定要做好施工中和施工后的監(jiān)測(cè)工作， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題， 驗(yàn)證效果。

3 軟土處理措施

地基處理的目的是對(duì)地基內(nèi)一定范圍的軟弱土采取某種改善措施， 以達(dá)到： 1） 提高土的抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力， 增加地基的穩(wěn)定性； 2） 減小土的壓縮性， 減少地基變形； 3） 改善土的滲透性， 減少滲流量， 防止地基滲透破壞； 4） 改善土的動(dòng)力特性，減輕振動(dòng)反應(yīng)， 防止土體液化。

提高地基承載力的技術(shù)措施主要包括： 減小水平力和合力的偏心矩、 調(diào)整基礎(chǔ)寬度、 調(diào)整邊載或基礎(chǔ)埋深、 調(diào)整拋石基床厚度、 加固地基等。 其中地基處理就加固方法的實(shí)質(zhì)而言， 大體上可以分成如下四類， 即： 置換法， 加密法， 膠結(jié)法和加筋法。 置換法就是將地基內(nèi)局部軟土挖除或擠出， 換填好土， 分成水平的層式置換和豎直的柱式置換。 加密法就是各種壓、 振、 擠的方法提高地基土的密度。 膠結(jié)法就是在地基土中灌入或摻入膠結(jié)材料， 將散碎的土顆粒變成有一定黏結(jié)強(qiáng)度的顆粒集合體。 加筋法就是在在土中布置一定數(shù)量的土工合成材料甚至鋼材， 有時(shí)也可以在土中摻以纖維絲， 以改善土的性能。

此外， 水可以削弱地基土顆粒間的黏結(jié)， 降低土體強(qiáng)度， 必須采取相應(yīng)的排水措施或隔水措施。 選擇地處理方法時(shí)除應(yīng)因地制宜考慮地質(zhì)條件、 滿足安全可靠的要求外， 還應(yīng)兼顧造價(jià)、 施工能力、 工期等因素， 綜合應(yīng)用某一種或多種地基處理措施。 經(jīng)過處理后的地基也必須滿足地基承載力、 變形和穩(wěn)定性的要求。

適應(yīng)與減小地基沉降可采用以下技術(shù)措施： 1）結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施： 設(shè)置沉降縫、 采用輕型結(jié)構(gòu)、 回填輕質(zhì)材料、 調(diào)整基礎(chǔ)平面尺寸或埋深、 增加整體剛度和強(qiáng)度等； 2） 地基處理措施： 采用換填法、 排水固結(jié)法、 復(fù)合地基加固法等一種或幾種地基處理方法的組合進(jìn)行地基加固； 3） 地基處理和結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施相結(jié)合的方法。

保證土坡穩(wěn)定的技術(shù)措施可以根據(jù)具體情況選用放緩坡度、 鋪設(shè)排水墊層、 鋪設(shè)土工合成材料加筋墊層、 設(shè)置豎向排水通道、 設(shè)置減載平臺(tái)和分期施加荷載等措施保證施工期和使用期土坡和地基穩(wěn)定。 此外， 施工過程中應(yīng)對(duì)加載、 基坑開挖工程提出控制要求， 并按相關(guān)規(guī)范要求提出地基和土坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)、 檢測(cè)內(nèi)容和監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)排水系統(tǒng)、 伸縮縫設(shè)置、 支護(hù)結(jié)構(gòu)的防腐處理等均是邊坡工程設(shè)計(jì)非常重要的一環(huán)， 應(yīng)引起特別重視。

4 實(shí)施案例

某挖入式港池滿堂式高樁碼頭所在位置原狀地形為河邊水塘， 現(xiàn)狀高程為4 ～5m， 碼頭平臺(tái)后方坡頂設(shè)計(jì)高程為11.5m， 需要高填方形成路基。 護(hù)坡頂設(shè)擋土墻， 同時(shí)兼做碼頭后方接岸結(jié)構(gòu)， 坡頂即為道路， 車輛駛?cè)氪a頭， 車船直取工藝。 因?yàn)楝F(xiàn)狀水塘底部存在深厚淤泥質(zhì)軟土層， 最厚超過10m， 且坡頂?shù)缆酚兄匦涂ㄜ囆旭偅?對(duì)路基和岸坡穩(wěn)定性提出較高要求。

4.1 地質(zhì)情況

勘探深度控制范圍內(nèi)的土層分為①、 ②、 ③、④、 ⑤、 ⑥、 ⑦共七個(gè)大層， 現(xiàn)將各巖土層的結(jié)構(gòu)特征、 性質(zhì)及其分布自上而下分述如下。

①層： 第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q） 素填土，雜色、 灰黃色， 松散狀， 濕， 高壓縮性。 以黏性土為主， 砂性土次之， 含植物根莖及碎石。

②層： 第四系全新統(tǒng)沖積、 洪積層（Q） 粉質(zhì)黏土， 灰黃色、 灰褐色， 可塑， 局部軟塑， 濕， 含少量高嶺土及鐵錳氧化物， 干強(qiáng)度一般， 韌性較好，震搖反應(yīng)無(wú)， 切面稍有光澤。

③層： 第四系全新統(tǒng)沖積層（Q） 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土， 灰色、 灰綠色， 流塑～軟塑， 飽和， 含少量有機(jī)物， 干強(qiáng)度低， 韌性差， 震搖反應(yīng)迅速。

④層： 第四系全新統(tǒng)沖積、 洪積層（Q） 粉質(zhì)黏土， 灰褐色、 黃褐色， 可塑， 濕， 含少量高嶺土及鐵錳氧化物， 干強(qiáng)度較高， 韌性較好， 震搖反應(yīng)無(wú)， 切面稍有光澤。

⑤層： 第四系全新統(tǒng)沖積、 洪積層（Q） 含礫粉質(zhì)黏土， 黃褐色， 可塑， 局部硬塑， 濕～稍濕，成分以粘性土為主、 礫石、 砂土次之， 礫石成份以砂巖及石英砂巖為主， 硅質(zhì)巖、 砂礫巖次之； 礫石以亞圓狀、 扁平狀為主， 次棱角狀次之， 磨圓度較好， 含量約占全重的20% ～30%， 無(wú)定向排列， 分選性較差； 礫石直徑一般在10 ～30mm， 個(gè)別可達(dá)50mm。

⑥層： 第四系全新統(tǒng)沖積、 洪積層（Q） 含礫細(xì)砂， 雜色、 黃色， 中密～密實(shí)， 飽和， 成分以細(xì)砂、 粉砂為主， 卵石、 礫石及粘性土次之， 礫石成份以砂巖及石英砂巖為主， 硅質(zhì)巖、 砂礫巖次之； 礫石以亞圓狀、 扁平狀為主， 次棱角狀次之， 磨圓度較好， 含量約占全重的20%～40%， 無(wú)定向排列， 分選性較差； 卵礫石直徑一般在30 ～80mm， 個(gè)別可達(dá)100mm。

⑦層： 石炭系上統(tǒng)黃龍組（C2h） 強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，灰黃色、 灰白色、 灰黑色， 隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)， 薄層～中厚層狀構(gòu)造， 主要由碳酸鹽礦物組成， 局部可見方解石脈。 巖芯較完整， 呈碎塊狀及柱狀， 節(jié)長(zhǎng)約5 ～20cm，錘擊聲脆， 巖質(zhì)較硬， 未見有溶蝕現(xiàn)象。

勘察深度范圍內(nèi)各土層物理指標(biāo)、 力學(xué)性能指標(biāo)詳見表1。

表1 各土層物理力學(xué)性能指標(biāo)

4.2 護(hù)坡措施

邊坡從從碼頭前沿放坡至擋土墻， 邊坡坡度為1∶2.5， 邊坡結(jié)構(gòu)層常水位以下采用20cmC20 砼和10cm碎石， 在高程6m和8m處設(shè)Φ7cm排水管， 縱向間距4m。 坡底采用拋石棱體護(hù)腳和拋石護(hù)底， 棱體高程4.4m、 外坡坡度1∶1、 內(nèi)坡坡度約1∶1.5， 護(hù)底長(zhǎng)3m、厚約2m。 坡頂均用重力式擋墻護(hù)岸， 擋墻高為2.6m。擋墻底設(shè)C15 素砼墊層、 碎石墊層及地基處理。 護(hù)坡及地基處理如圖1 所示。

圖1 護(hù)坡及地基處理圖

4.3 地基處理措施

陸域處于水塘范圍， 底部存在深厚淤泥質(zhì)軟土層， 最厚超過10m。 綜合考慮岸坡和地基穩(wěn)定性， 擋土墻下方采用Φ50cmPHC樁， PHC樁梅花狀布置， 間距1.7m。 PHC樁頂設(shè)50cm碎石層， 范圍涵蓋20m寬道路， 碎石層內(nèi)設(shè)2 層土工格柵， 增強(qiáng)土體抗滑作用， 形成復(fù)合地基。 墻后回填塊石， 頂部為道路結(jié)構(gòu)層。

4.3.1 土工格柵

土工格柵采用鋼塑土工格柵， 抗拉強(qiáng)度不小于100kN。 鋪設(shè)塊的設(shè)計(jì)寬度大于8m， 設(shè)計(jì)長(zhǎng)度尚應(yīng)增加一定的富裕量， 富裕量大于500mm。 土工格柵應(yīng)拉緊鋪平， 施工時(shí)應(yīng)及時(shí)覆蓋。 兩層土工格柵間距0.3m， 中間以碎石層相隔。

4.3.2 Φ50cmPHC樁

擋土墻地基采用三排Φ50cmPHC樁處理， 樁徑0.5m， 樁間距1.7m， 三角形布置， 樁基以⑤含礫粉質(zhì)黏土層作為持力層， 頂部設(shè)置碎石褥墊層。

4.3.3 墻后回填

后方場(chǎng)地先開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高， 再回填塊石至設(shè)計(jì)標(biāo)高。 墻后回填石料的內(nèi)摩擦角不小于30°， 墻后土方回填時(shí)應(yīng)分層碾壓密實(shí)， 控制碾壓層厚度， 控制壓實(shí)度為0.94。

4.4 注意事項(xiàng)

1） 碼頭平臺(tái)間坡頂設(shè)5m綠化帶， 控制完工后前兩年的坡頂荷載， 待土體固結(jié)、 沉降穩(wěn)定后， 再撤去綠化帶； 2） 項(xiàng)目施工期、 運(yùn)營(yíng)期應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)， 發(fā)現(xiàn)岸坡失穩(wěn)跡象時(shí)， 應(yīng)及時(shí)采取應(yīng)急措施， 如削坡、 坡腳壓載、 坡頂減載等措施； 3） 素填土為高壓縮性土體， 力學(xué)性能指標(biāo)較差， 擋土墻及地坑等建筑物沉降較大時(shí)應(yīng)及時(shí)處理， 護(hù)坡設(shè)置深層測(cè)斜儀， 監(jiān)測(cè)土體位移變化； 4） 施工單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的施工程序、施工進(jìn)度， 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件， 做好對(duì)應(yīng)的施工組織設(shè)計(jì)， 嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行施工， 把控質(zhì)量關(guān)， 爭(zhēng)取做優(yōu)質(zhì)工程； 5） 有關(guān)質(zhì)量檢驗(yàn)、 竣工驗(yàn)收等方面要求應(yīng)按國(guó)家有關(guān)法律、 規(guī)程、 規(guī)范等有關(guān)文件執(zhí)行， 按法定程序推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)。

5 結(jié)語(yǔ)

1） 軟土因土的抗剪強(qiáng)度低、 水流作用、 頂部荷載等因素， 會(huì)導(dǎo)致土體破壞、 基礎(chǔ)塌陷、 邊坡失穩(wěn)等嚴(yán)重后果。 對(duì)于港池臨河護(hù)坡而言， 軟土危害因素較多， 更易發(fā)生破壞， 需要綜合考慮護(hù)坡結(jié)構(gòu)及地基處理措施； 2） 軟土處理方法較多， 應(yīng)因地制宜選擇合適的措施滿足地基承載力、 變形和穩(wěn)定性的要求， 涉及到岸坡時(shí)， 需要增加額外的邊坡處理措施； 3） 碼頭接岸處軟土坡腳及后方道路軟土路基所處的自然條件及荷載條件復(fù)雜， 文中以此工程為例， 介紹適合于本工況條件下的岸坡及地基處理措施， 可以供類似項(xiàng)目參考。