丁坝治理工程中的软基处理

刘元锋

(辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁 沈阳 110003)

丁坝治理工程中的软基处理

刘元锋

(辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁 沈阳 110003)

修建在软弱地基上的丁坝，由于受坝体不均匀沉降的影响，易出现坝体失稳、危及工程安全等问题。采用长丝机织土工布、聚丙烯双拉塑料格栅等土工合成材料实施丁坝工程整治，比传统抛石丁坝进行软基处理具有取材方便，施工简单、节省工程投资等优点，土工合成材料在水利工程丁坝治理工程实例中应用，可获得良好效果。

土工合成材料；丁坝；应用

1 工程概况

1.1 基本情况

鞍山市台安段堤防堤脚处有连续坑塘，汛期洪水到来时易产生淘刷导致堤防存在险情。通过修建高洪丁坝增加落淤挑流的效果，减少对大堤的冲刷，加固堤防，消除险情隐患，稳定局部河势。但修建高洪丁坝部分段坝基坐落在软基上，容易造成坝体基础不稳定，沉降不均匀。

1.2 存在问题

当汛期洪水来临时堤防前连续坑塘对堤基产生淘刷，对河道的防护安全和生态安全都构成了严重的威胁，使辽河大堤存在严重的安全隐患。

采用传统方式换基砂砾料和回填抛石，石方需要大量回填，受工程建设投资限制，无法满足建设要求。急须采用新型施工工艺，即施工速度快，投资少，避免不均匀沉降。土工合成材料有较高的强度和韧性等力学性能，且能紧贴于地基表面，增强地基承载力，避免不均匀沉降，能够满足工程坝体基础处理的施工要求。

2 工程设计方案

2.1 方案比选

利用土工合成材料对丁坝工程进行治理和采用传统抛石丁坝进行软基处理方案比较如下。

2.1.1 工期比较

长丝机织土工布、聚丙烯双拉塑料格栅、长丝机织土工布管袋等土工合成材料在处理丁坝软基方案中，施工工序简单，便于一次性大面积铺设，强度高，比换填砂砾料和抛石方案节省工期，施工效果显著。

2.1.2 投资分析

经过对施工子项目单价分析，200 g/m2长丝机织土工布单价为6.5 元/m2，聚丙烯双拉塑料格栅单价为7.69元/m2，200 g/m2长丝机织土工布管袋单价为57.71 元/m3，每延长米基础工程综合投资为71.9 元；采用传统的抛石挤淤方案每延长米工程投资为120元。综合比较，采用长丝机织土工布管袋等土工合成材料处理丁坝软基方案较传统抛石方案每延长米节省工程直接投资40%左右。

2.1.3 耐久性

土工合成材料结构简单，柔韧性好，能较好的适应地表；可加强土体的稳固性，连续性和整体性；铺设在软土地基的表面能承受拉力和土的摩擦作用，阻止侧向挤出，从而减少变形和增大地基的稳定性。同时，丁坝两侧坡面和坝顶均采用绿滨垫进行防护，有效防止阳光的直接照射和水流的直接冲刷，提高土工合成材料的使用寿命，增强工程的耐久性。

2.2 工程总体布置

本工程丁坝间距根据现场道口及隐患程度不同进行合理布置，坝长为50 m，坝顶宽度为50 m，丁坝采用下挑式60°夹角的丁坝，坝头治导线平顺布置，丁坝基础平面图见图1。

图1 丁坝基础典型平面图

2.3 软土地基处理

软基坑塘有水段主要分布在 Ⅰ 区，采用200 g/m2长丝机织土工布[1]制作的土工管袋沉放，使坝头防冲水下结构地基稳定。土工管袋尺寸为长6 m×宽0.9 m×高1.0 m，根据水坑的高度不同填筑一层或者几层不等。土工管袋填土时充满度不宜过高，宜为85%；应分层错开叠放，不得形成贯通缝隙，防止水流直接流过袋间空隙，叠袋坡不应陡于1∶1.5，坡趾迎水侧应采取砂性土防护边坡不应陡于1∶2.5；土袋填充料可采用砂性土、粉细砂类土，黏粒含量不应超过10%，充填密度不宜小于14.5 kN/m3，丁坝结构典型剖面图，见图2。

土工管袋进行基础处理关键是解决充填砂土与土工管袋的匹配问题，要求土工管袋在充填砂土的过程中要满足以下条件：具有优良的保土保砂能力，防止灌入的砂土颗粒从土工布缝隙中流失；具有承受冲灌压力的能力，避免管袋发生破裂；具有足够的抗老化能力，达到一定的使用年限；工程造价经济合理。

图2 丁坝结构典型剖面图

2.4 丁坝坝体填筑

丁坝填筑采用河滩地料场砂性土，两侧绿滨垫防护坡比为1∶2.0，厚度为300 mm，下设100 mm 厚粗砂垫层，垫层下铺设400 g/m2反滤土工布。丁坝坝头防护坡比为1∶2.5，厚度为500 mm 固滨笼，下设100 mm厚粗砂垫层，垫层下铺设400 g/m2反滤土工布。丁坝坡脚采用水平固滨笼防护，长度为5 m。在丁坝与堤防衔接处，堤防两侧采用石笼防护，长度为5 m，厚度为300 mm，下设100 mm厚粗砂垫层，垫层下铺设400 g/m2反滤土工布。

2.5 坡面防护设计

2.5.1 绿滨垫护坡

两侧和坝顶采用绿滨垫防护，两侧坡比为1∶2.0，两侧和坝顶绿滨垫厚度均为300 mm，下设100 m厚粗砂垫层，垫层下铺设400 g/m2反滤土工布。绿滨垫材质为热镀铝锌合金钢丝[2]，表层覆塑，网垫规格护脚采用5 m(长)×1 m(宽)×0.5 m(高)，护坡采用5 m(长)×1 m(宽)×0.3 m(高)，网孔80 mm×115 mm；网片网丝直径2.7 mm，镀层重量≥245 g/m2，覆塑后外径3.7 mm；网片边丝直径3.4 mm，镀层重量≥265 g/m2，覆塑后外径4.4 mm；扎丝直径2.2 mm，镀层重量≥230 g/m2，覆塑后外径3.2 mm；钢丝抗拉强度350～500 MPa，延伸率≥10%；覆塑材料力学性能抗拉强度≥15 MPa，延伸率≥180%。

结合以往护岸工程实践经验，填石平均粒径应大于网孔的1.5～2倍，填石粒径不得小于0.20 m。

2.5.2 固滨笼护脚

护脚与水平绿滨笼防护段衔接处采用固滨笼防护，防护尺寸为 1 m(宽)×1 m(高)。固滨笼材质为热镀铝锌合金(5%)钢丝，表层覆塑，网垫规格3 m(长)×1 m(宽)×1 m(高)，网孔100 mm×120 mm；网片网丝直径2.5 mm，镀层重量≥245 g/m2，覆塑后外径3.5 mm；网片边丝直径3.0 mm，镀层重量≥265 g/m2，覆塑后外径4.0 mm；扎丝直径2.2 mm，镀层重量≥215 g/m2，覆塑后外径3.2 mm；钢丝抗拉强度350～500 MPa，延伸率≥10%；覆塑材料力学性能抗拉强度≥20 MPa，延伸率≥180%。

3 坡面厚度设计

根据《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)的规定[3]，在波浪作用下，斜坡堤干砌石护坡的护面厚度t(m)可按式(1)计算：

(1)

式中：K1为系数，干砌石取0.266；rb为块石的重度,kN/m3，取27 kN/m3；r为水的重度,kN/m3，取10 kN/m3；H为计算波高，当d/L≥0.125时，取H=4%；当d/L<0.125时，取H=13%；d为堤前水深,m。

将各参数代入式(1)中，计算得t=0.24 m。

根据辽宁省险工护岸工程的实际经验，护坡厚度取0.3 m，坝头设计取0.5 m。

4 结 论

丁坝治理工程经过实际运行已取得较好的效果。工程采用200 g/m2长丝机织土工布管袋沉放，使坝头防冲水下结构地基稳定，土工管袋顶高程控制到坝体原状基面。在坝体原状基面上铺设200 g/m2长丝机织土工布，机织布上层铺设纵、横向拉伸强度≥30.0 kN/m聚丙烯双拉塑料格栅，采用《土工合成材料长丝机织土工布》标准执行。坡面防护采用30 cm厚的绿滨垫护坡、50 cm厚的固滨笼护脚。由于土工合成材料有较高的强度和韧性等力学性能，且能紧贴于地基表面，施工方便，便于一次性大面积铺设；抗拉强度高，能够很好地保护和增强地基承载力，避免不均匀沉降。土工合成材料在软基应用中造价低于传统方案，具有施工快捷、受气候影响小等优点，有着广阔的推广应用前景。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.土工合成材料 长丝机织土工布：GB/T 17640-2008[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[2] 中国工程建设标准化协会.生态格网结构技术规程：CECS 353-2013[S].北京：中国计划出版社，2014.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.堤防工程设计规范：GB 50286-2013[S]. 北京：中国计划出版社，2013.

刘元锋(1985- )，男，辽宁沈阳人，工程师，主要从事水利工程规划设计和科学研究工作。E-mail:270550040@qq.com。

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