河道整治工程滑塌區軟土地基的勘察及處理

程華武

（福建省第四地質大隊，福建 寧德 352100）

0 引言

軟土地基經長時間的水流浸泡而形成，一般分為有機質土、粉質砂土、泥炭黏土等不同土質結構，即透水性相對較差、壓縮性強、含水量大的軟塑至流塑形態間的飽和性黏土[1-3]。軟土成分中占比最多的應該是淤泥土質。福建省寧德市霞浦縣主城區大部分區域位于海積平原上[4]，城區上部主要地層為3~5m填土層和厚度約20~30m的淤泥層，因此，該地區大部分水利工程的建設都會涉及到軟土地基。由于軟土地基自身的不穩定性特點，導致地基嚴重下沉或變形，甚至造成建筑物穩定性變差，以及建筑體被撕裂，嚴重威脅到群眾的生命及財產安全[5]。因此，有關部門必須加強對施工場地的勘探，了解施工場地的地質類型，對不同的軟土地基采用科學合理的處理工藝。并在處理過程中及時有效地解決各種施工問題，保障處理效果，以確保施工區地基的穩定，進而保證水利工程施工質量和安全問題。本文對已竣工驗收的霞浦縣三河流域城區段綜合整治工程項目軟土地基的勘察及處理進行探討。

1 項目施工背景

福建省寧德市霞浦縣三河河道源于七寶洋和馬洋山，由石壩溪和玉壇溪兩支流在城西周家亭交匯后，從城南繞野貓嶺東行入海，現狀流域面積55.3km2，河長14.3km，河道比降13.5‰。霞浦縣三河流域城區段綜合整治工程主要針對三河河道的下游段開展整治工作，整治范圍從三河公園至塔下水閘段，位于福建省寧德市霞浦縣三河下游。場地屬濱海相沉積平原地貌，地形平坦開闊，溝渠水系豐富。根據勘察資料，該場地岸坡地層上部為厚度約2~3m的素填土層及0.5~1.5m的粉質黏土層，其下為厚度約15~24.90m的淤泥層，下部為厚度約3.6~7.5m的含泥礫砂層（局部缺失）和花崗巖風化層；河道地層上部為厚度約15~23.20m的淤泥層。

設計時根據勘察資料并從經濟效益出發擬采用堆載預壓方式處理護岸防洪堤堤基淤泥，并以此為持力層，采用淺基礎。2017~2018年在護岸防洪堤施工過程中由于降雨、趕工期等綜合因素未等淤泥固結度達到設計要求，就進行護岸防洪堤建設，導致局部地段護岸工程在施工過程中產生滑塌。

軟土地基具有流變性、觸變性、抗剪強度低、透水性低、壓縮性高和均勻性不足等特點。根據軟土地基淤泥的特性及現場滑塌區的現狀特征判斷滑塌原因：單邊受荷導致淤泥層深部圓弧滑動。根據工程需要，對該項目進行了施工階段補充勘察。

2 水利工程軟土地基勘察

在水利工程建設過程中，不同的施工階段實施的現場研究內容和重點等均存在一定差異。首先，要收集、整理、分類和總結水利工程相關地區和工程前期的地質資料；其次，結合具體水利工程建設內容，詳細制定勘探任務，確定具體勘探點；最后，通過各種現場調查試驗，對不同試驗獲得的相關信息和數據進行分析，明確施工區軟土地基的具體物理力學參數，并在此基礎上，結合實際工程環境和試驗條件進行分析總結。

霞浦縣三河流域城區段綜合整治工程施工補勘主要為滑塌區地質的補充勘察，勘察主要任務為查明滑塌區滑動面和軟弱土淤泥的主要特性。鉆孔位置圍繞滑塌區布置，勘探線沿滑動方向布置，在滑體上部、中部布置鉆孔，在滑體中部、下部布置十字板剪切孔。鉆孔的目的主要為取樣，通過室內土工試驗查明滑塌區淤泥的特性和滑動面位置；十字板剪切孔試驗的目的是為了解滑塌后淤泥的特性及滑動面位置。鉆孔及十字板剪切孔位置均由現場指定，施工完畢后再進行點位復測。

該項目勘察采用鉆探和原位十字板剪切試驗為主，結合室內土工試驗等綜合手段進行。十字板剪切試驗采用靜力觸探-電測十字板試驗兩用儀為貫入設備，數據采集采用JC-X2型靜力觸探測量儀，試驗方法采用《十字板剪切試驗規程》（YSJ220-90）及《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001)（2009年版）中的有關規定進行。淤泥試樣采用敞口式薄壁取土器配合鉆機以靜壓法采取，土試樣質量等級為Ⅰ級。室內土工試驗對取得的淤泥樣進行常規物理性質、液塑性、直剪試驗，并進行固結快剪、固結慢剪及固結系數等特殊試驗項目，以了解淤泥層物理及力學等參數，為設計提供相關參數。

根據室內土工試驗成果分析可知，滑塌區淤泥層抗剪強度極低，壓縮性高，承載力低，相比堆載預壓處理前未有明顯的改善。淤泥部分力學指標見表1。

表1 淤泥層物理力學指標統計

根據現場滑塌段十字板試驗成果，該區域淤泥層靈敏度為3.1~9.9，中~極靈敏性。經JZK8十字板剪切試驗，滑動面位于JZK8孔孔深9m處淤泥Cu值出現異常。圖1為JZK8十字板剪切試驗成果圖。

圖1 JZK8十字板剪切試驗成果圖

根據勘察成果可知，場地內淤泥呈流塑狀，屬高壓縮性土，工程性能極差，需對淤泥層進行處理或者采用樁基以花崗巖風化層為持力層。由于護岸防護堤所需承載力較低，使用樁基成本高，且后期樁基位置護岸沉降將與周圍土體沉降差異較大，故優先考慮采用軟土地基處理措施。

3 水利工程軟土地基主要處理技術

3.1 排水固結法

針對軟土地基天然含水量高的問題，排水固結法是一種常用的方法。根據現場和水利工程的基本情況，施工人員應選擇適當的處理方法，以確保軟土地基能盡可能多地排水，從而提高整個軟土層的承載力，確保工程的穩定和安全。一般來說，排水分為表層和深層。軟土地基處理常與預壓、排水帶等技術相結合，以充分發揮排水技術的使用價值。與地面排水相比，從實際施工的角度來看，施工人員在軟土地基上鋪設砂石可以有效降低地基含水量。在實踐過程中，只要水工配合使用壓力排水和砂墊層，就能達到最佳的排水效果，盡可能多地排水，促進軟土層固結沉降，有效地提高地基的穩定性，促進后期水利工程軟土地基處理技術的發展。其中，深層排水主要是結合排水帶、排水井等創造排水路徑，并結合堆載預壓、真空預壓等措施，優化軟土地基的工程效果。目前，該措施在寧德市霞浦縣河道整治、護岸和防洪堤防建設過程中廣泛應用于軟土處理。要嚴格測量軟土地基的真實厚度和含水量，按照相應的水利和市政建設要求和標準進行施工，熟練運用相應的施工技術，提高軟土地基的處理水平。該技術在滑塌區早期的處理效果不理想，繼續堆放可能會加劇滑塊的滑動，因此該措施不適用于滑塌區。

3.2 換填土技術

地基處理是水利工程建設中最常見的施工過程。最重要的施工原則是施工人員用良好的土壤替換原有的軟土層，以優化原有軟土地基的基本性能，最大限度地發揮地基處理效果，有效預防和控制軟土路基問題。在填筑施工過程中，施工單位需要根據實際情況選擇合適的填料，以免影響換填土技術的最終施工效果。在填筑作業過程中，整個施工過程需要按照從中間到兩側的填筑方法進行，并嚴格控制每層的厚度。該技術主要在軟土層厚度較小的情況下進行，不適合塌陷區的軟土處理工程。

3.3 水泥攪拌樁法

深層攪拌樁機能將土壤和水泥充分混合，最終形成承載力強、穩定性好的水泥土樁。該水泥攪拌樁技術通常用于黃土、淤泥質土、素填土等地基結構中。對于堅硬或酸性土層的地面，在使用過程中應進行相關試驗，以此保證足夠的適用性。如果軟基中的含水量超過70%，則不能使用此方法。在實際應用過程中，必須注意：

（1）樁基定位時，應確保鉆桿、鉆頭和樁位的中心點保持在同一條垂線上。

（2）施工中選用的水泥漿不得呈塊狀；在預混合沉降過程中，鉆桿不能偏移；如果鉆桿深度達到1.5 m，則需要適當加快開挖深度。

（3）樁位重新攪拌后，必須提升鉆頭進行清理。清潔后，應將鉆頭移至下一個樁位。該技術廣泛應用于寧德市霞浦縣水利工程建設中。根據初步調查數據，現場污泥有機質含量約為5.6%。根據本次勘察巖土試驗結果，塌陷區淤泥平均含水量為57.9%，平均塑性指數為21.2，適合水泥攪拌樁法。

3.4 松木樁施工

松木樁為復合地基一種，利用人工或機械在淤泥層打入松木，與淤泥層共同承擔上部荷載，以達到提高承載力、降低沉降的目的。松木樁處理軟基不受雨天的影響，進度快，工作量小，適宜搶工期。由此可見，打松木樁是處理軟基的主要手段。一般軟土厚度<5m時宜用松木樁處理，樁長不可超過4m，以便于打樁。在實際工程中普遍存在軟弱地基，遇到一些層數較低、荷載較輕的建筑物地基或局部暗池時，多采用松木樁處理地基。

該技術廣泛用于早期霞浦縣水利工程水閘建設處理軟淤泥。例如霞浦利埕水閘、海頭水閘均采用松木樁。由于該滑塌區滑動面深度達9m，松木樁處理深度不夠，不適宜采用。

3.5 粉噴樁施工

在軟土地基處理中，粉噴機加固技術的應用相對難些。

（1）確定鉆孔進入軟土層的深度，找到最合適的擋灰面，滿足軟土地基處理的實際需要，同時確保粉噴樁的長度和高度達到理想狀態，必須防止過度噴粉影響整個施工效果。因此，在實際加工過程中，工人必須保持認真嚴謹的狀態，并定期檢查粉末噴涂機械設備。施工現場布置前，應提前做好施工材料、機械設備等一系列相關準備工作。

（2）確定鉆機的模式和位置，調整機械設備，并將鉆機轉移到軟土中，然后才能與粉末噴涂協調。在粉末噴涂過程中，使用鉆機進行混合。二次攪拌后，需要將鉆桿從孔中取出。在實際施工中，還需要準確測量鉆桿長度，準確判斷鉆孔深度，以確保粉噴樁的長度。工作人員應根據試驗確定具體參數，準確記錄施工過程中的噴粉量、壓力值和提升速度，并確定噴粉量和停粉高程，以確保軟土地基處理的實際效果，盡量減少施工誤差對軟土地基處理效果的影響，確保后續施工的順利實施。該方法可用于處理塌陷區的軟土。

3.6 軟土地基處理技術簡評

綜合以上軟土地基處理技術，對比水泥攪拌樁與粉噴樁，水泥攪拌樁具有更強的抗剪特性，更適合滑塌區淤泥的處理，故勘察建議采用水泥攪拌樁處理滑塌區淤泥。建議在滑塌處防洪堤堤基處和防洪堤前均布設水泥攪拌樁進行加固處理，水泥攪拌樁樁長應超過滑動面以下不小于1/4樁長深度以滿足抗滑需要。

該項目設計時采用了水泥攪拌樁處理方式，項目后期施工順利，有效處理了滑塌區軟土、完成了護岸防洪堤施工建設。該段工程于2019年年初完工，運行至今良好。

4 結束語

綜上所述，由于軟土地基具有滲透性差、含水量高的特點，如果在施工中不采取有效的處理措施，將影響后續工程施工的整體質量，甚至威脅到水利建筑的正常運行。目前，軟土地基處理方法較多，在選擇施工工藝時，要結合現場實際情況，考慮多種因素，全面了解各種處理技術的適用條件和應用優勢，以確保軟土地基處理的實際效果和工程建設的有序發展。本文結合實際水利工程項目河道整治施工時發生的軟土滑塌事件，詳細地分析了補勘、處理技術和應用措施，對類似水利工程軟土地基的處理有一定的參考價值。