汉江石泉县城长安坝及春潮广场防洪工程地基处理方案探讨

叶必伟 罗雪文

（石泉县水利局 陕西 石泉 725200）

陕西汉江综合整治包括汉江汉中平川段防洪工程、安康东坝防洪工程、白河县城防洪工程以及中小河流治理、病险水库除险加固、水土保持等项目，规划涉及我省汉江干流勉县武侯祠到白河出陕口，长约470km以及37条重要支流入汇口河段，包括汉中、安康两市14个县、区。汉江石泉县城长安坝及春潮广场防洪工程被列入其中，是典型县级部门主管修建的重点水利工程，并且是以堤防工程为主的防洪工程。近年来，随着国家对这种工程投入的加大，工程项目越来越多，工程施工管理中遇到的各种难题也逐渐显露，特别是基础方面的难题频频出现。水利工程基础的处理方案直接决定工程总体方案和基础开挖的深度、宽度以及堤身的高度、尺寸等要素，这些要素正是节约国家资金，减少施工难度，加快施工进度的关键所在。基础问题频繁地出现，重要性便越突出，选取合理的基础处理方案成为了一个重要的课题。

1 工程概况

1.1 基本情况

汉江石泉县城长安坝及春潮广场防洪工程紧接石泉县县城下游，防护范围为汉江南岸长安坝和汉江北岸春潮广场，总防护面积56hm2，防护人口1.9万人。本工程于2012年12月13日由陕西省发展和改革委员会以陕发改-农经〔2012〕1880号《关于汉江石泉县城长安坝及春潮广场防洪工程初步设计的批复》予以批复立项，工程批复总投资6324万元，计划工期16个月。项目主要建设内容为：新修河堤总长度2124 m。

1.2 堤防结构

汉江石泉县城长安坝及春潮广场防洪工程中汉江南岸长安坝防护区1654 m（上游段628 m，下游段1026 m）的设计方案采用了分级、分台的处理方法。采用了临水面坡度为1∶0.5的加筋土挡土墙的结构形式，加筋土挡土墙的临河侧增加了一道坡度1∶2的护坡砼网格砌石结构，用于保护加筋土挡土墙基础。加筋土挡土墙墙高11 m～19.5 m不等，堤防顶部高程为381.2 m，堤防顶拟修建宽度为25 m的滨江道路，内侧为城市住宅区，在高程372.2 m护坡顶部修建亲水平台，宽度为6 m，临河侧为坡面1∶2砼网格砌石结构，下部为浆砌石基础结构。典型断面形式如图1。

2 地基处理矛盾焦点

2.1 设计方案关于地基承载力的要求

加筋土挡土墙基础结构形式为钢筋混凝土基础，下部为素混凝土扩大基础，用于减少对地基承载力的要求。根据挡土墙规范计算地基承载力，在不同高度情况下分别要达到250kPa、380kPa、450kPa才 能满足要求。

2.2 矛盾焦点

在实际施工过程当中发现，按照设计断面开挖，高程低于钢筋混凝土基础3 m时候仍然为坡积土壤层，然而结构设计要求至河道砂砾层，此时素混凝土扩大基础已增加到最大高度3 m，加筋土挡土墙高度出现最大高度19.5 m，同时地基承载力要求为450kPa。然而，该层地质为土壤层，厚度达到10 m～12 m，容许承载力小于150kPa，显然地基容许承载力不满足设计要求。通过多次专家会议讨论，一方面，设计方面要求对地基承载力的标准坚决不变动，必须按照设计规范标准的执行，态度强硬；另一方面，现场地质情况却无法满足设计要求，两方面矛盾突出。这时便需要选择处理地基使其满足承载力要求的合理方案。

图1 堤防结构典型断面形式

图2 实施方案比选

3 方案比选

3.1 方案列举

3.1.1 强夯法

采用重锤250kN，落距15 m，对地基土体进行加固，增加容许承载力。原理：利用重锤下落动能产生的张压波、剪切波、瑞利波使地基振动压密，即动力固结法。该方法对砂性土壤压密效果较好，对黄土可消除其湿陷性，使对饱和软土和淤泥没有明显的效果。其他工程实例中显示：最大锤重2000kN，落距25 m，加固深度可达40cm。

3.1.2 加筋法

把土工格栅铺在软土上，其长度超出整体堤防堤脚长度3 m。上面填筑堤坝厚度60cm～100cm时，把超出堤坝脚的土工格栅包裹填土并回铺到填土上面，再在上面填筑堤坝。原理：利用土工网格兜提填土减少下沉量，即土工格栅起到了对地基加筋的作用，也就增加了地基的容许承载力。

3.1.3 桩基

混凝土桩基通过高强度钢筋混凝土将堤防构筑物的重量直接传递到地下岩层当中，从而减小了对地基的容许承载力的要求。

3.1.4 振冲挤密法

将直径小于5cm汉江砂砾料通过振冲器振冲填入地基，形成挤密桩，从而改变其地基力学特性，增加地基的容许承载力。

3.2 方案比选

结合汉江石泉县城长安坝及春潮广场防洪工程中汉江南岸长安坝防护区的地质情况，将以上四种方案从以下方面进行比对，合理选用。

强夯法，方案可以实现。单层加固深度最深40cm，需要开挖现状土壤，重新分层填筑砂砾料并强夯。预计处理后，地基容许承载力最大能提高到280kPa。该方法需要大面积开挖。

加筋法，方案可基本实现。需要开挖现状土壤，重新分层填筑，填筑料选择可多样，铺筑土工格栅后，采用10 t压路机碾压。预计处理后，地基容许承载力最大能提高到220kPa以上。该方法需要大面积开挖。

深层搅拌法，方案与工程所处位置地质情况不尽相同，实现难度大。该方法是将水泥浆或石灰浆由中心管喷浆或叶片喷浆经搅拌头叶片搅拌成水泥土或者石灰土，形成混合材料构成地基桩柱，从而达到增加地基承载力的效果。但深层搅拌法只能在砂壤土、粗砂中钻进，有卵砾石的砂层不能钻进。且目前的施工水平最大深度只能达到14 m。

振冲挤密法，方案可以实现。利用振冲器、起吊架及吊机，将砂卵石通过冲击挤压进入地基。一方面构成砂卵石桩柱，一方面挤压现状地基土壤，从而达到提高地基承载力的要求。

3.3 方案论述

仅仅采用单纯的增加基础混凝土的面积，扩大地基受力面，而不处理地基，被迫达到较高的承载力指标是不可行的。该工程所处汉江二级阶地相对稳定，对其大面积开挖不必要。原因：①原土层较稳定，如果采用全断面开挖，必定会增加工程造价并且会破坏原结构层的稳定；另外，大面积开挖还必然导致大面积碾压回填。按原施工方案，开挖宽度达到20 m，下挖深度2 m～5 m，开挖方量约为14万m3，仅开挖回填一项需投资500余万元，同时河堤高度也有所增加，最困难的是设计要求地基承载力要分别达到250kPa、380kPa、450kPa，采用开挖换填的方案无法满足上述技术指标。基础处理不利必然对堤防工程的推进造成重大影响，甚至导致堤防工程无法进行。②大面积开挖对基础原状土进行扰动，反而会降低承载力。鉴于此情况，采用条形基础砂卵石挤密桩进行地基处理，提高复合承载力，按照地基处理技术规范，最高能达到280kPa。该方案的优点是减小开挖量，仅对条形基础做地基平整，不需要大量开挖，通过基础补强的办法，提高复合地基承载力，同时可以降低堤防高度。

4 方案实施

依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)，采用此方案施工不受高程限制，只要有施工平台即可。

首先，加筋土挡墙混凝土扩大基础底宽为2 m～3.5 m。以此为参照，地基处理宽为6.5 m（外侧2 m，内侧1 m），处理深度采用深入砂砾层0.3 m～0.5m，等边三角形布设，桩距1m，排距0.87 m，孔距0.4 m，共8排；填料为汉江砂砾石，造孔直径为0.4 m，最大利用原有土地基承载力，并有挤密原状土，提高复合承载力，处理后地基承载力最高能达到280kPa。

同时，在加筋土挡墙混凝土扩大基础下部横向增加钢塑格栅，处理厚度为1.5 m。竖向受力传递分析变更为通过混凝土扩大基础第一次增加受力面积，通过钢塑格栅第二次增加受力面积。两次受力面积的增加，有效地减小对地基承载力要求。

这样以来，一方面增大地基承载的能力，一方面减小对地基承载力的要求，就可以满足设计规范的要求。

另外，砂卵石挤密桩按定额造价约为120元每延米，本次砂卵石挤密桩施工队报价大约45元每延米，该处理方案的工程总造价约为500万元以内，工期约为45天，采用三台桩机连续作业，日进程能达到30 m～50 m。

具体实施方案典型断面见图2。

5 结语

目前，该工程基础工序已经完工，工程正在紧锣密鼓的进行下一道工序。通过合理的方案的比选之后再实施，既有效的节约了工程投资，又减少了工程量，减少了工程的作业时间，有效地保证了工程的进度。

[1]毛昶熙，等.堤防工程手册[M]，北京：中国水利水电出版社，2009.

[2]堤防工程设计规范(GB50286-2013)[S].

[3]唐善祥，等.加筋土挡墙工程图集[M].北京：人民交通出版社，1997.

[4]李广诚，等.堤防工程地质勘察与评价[M].北京：水利水电出版社，2004