新老堤身不均匀沉降处理在江堤整治中的应用

邵伟龙，郭炳荣，杨 波，谢宏辉

(1．绍兴市柯桥区水利管理总站，浙江 绍兴 312030;2．绍兴市柯桥区塘闸管理中心，浙江 绍兴 312072; 3．绍兴市柯桥区水利工程质量管理站，浙江 绍兴 312030)

1 工程概况

柯桥段堤顶道路扩宽工程位于绍兴市柯桥区曹娥江左岸，本次勘察范围起点里程为堤顶道路里程K0 +000 ～K11 + 364． 1，长度约11． 36 km，现状路面 高程9．49 m ～10．31 m，路面宽9 m ～10 m，在迎水坡路基边缘设置有防浪墙。

现状堤顶道路承载力可以满足路基要求，该地段的路基填筑土已经具备一定的密度和压实性，在清除表层混凝土及虚土(性状较差的土层) 并经压实处理后经检验达到土质路基压实度应满足设计要求后，可利用作为路基持力层。而扩宽部分堤身的土采用泥浆泵吹填粉砂土而成，粉砂土主要成分为粉砂颗粒，黏粒含量较少，具有保水性差、稳定性差等特点[1]。历次吹填实践表明，粉砂土密度差异非常大，这种差异导致新老堤身产生不均匀沉降，路基开裂，降低路基的使用年限和稳定性，产生各种危害，因此探索新老堤身不均匀沉降处理的新方式迫在眉睫。

2 工程地质

现状堤顶道路可以满足运行车辆的荷载要求，经过多年运行，路基沉降基本稳定，本次道路扩宽在原路基基础上进行。道路现状为沥青路面，厚约20 cm，路面下有厚约1．0 m ～2．0 m 的碎石土混粉土垫层，经过压实; 下部为①02层粉土，系坝体土层;坝基为②1层粉土:

1) ①01层素填土，较松散，主要为堤顶路基填土，属中等～强透水性，土质均匀性差，工程地质条件差。

2) ①02层素填土，松散～稍密状，土质均匀性较差，工程地质条件差。

3) ②1层粉土，很湿，稍密状，e=0．687 ～1．001，Es=9．88 MPa ～20．54 MPa，土质均匀性较差，工程地质条件一般，fak=100 kPa，可作为护岸基础的天然地基持力层。

4) ②2层粉土，饱和中密状，e=0．495 ～0．955，Es=10．10 MPa ～19．85 MPa，土质均匀性较差，工程地质条件一般，fak=150 kPa。

5) ③1层淤泥质粉质黏土，流塑状，土质均匀性一般，w=29．2% ～43．2%，a1-2=0．48 MPa-1～0．78 MPa-1，Es=2．67 MPa ～4．20 MPa，该层具高压缩性、高含水量等特征，工程地质条件差，是拟建道路路基的主要压缩层。

3 新老堤身不均匀沉降处理方式

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，通过水上运输的方式减小对外界交通的影响，有效的减少资金投入，沉降量也满足施工要求[2]。吹填施工机组由立式泥浆泵输泥系统和配电系统两部分组成。吹填施工的流程图见图1。

图1 吹填施工流程图

2) 泄水口布置。

吹填施工中溢流的泥浆通过排水边沟汇集至集水池后，用泥浆泵排至沉砂池，通过2 个沉砂池过滤后，排入清水池沉淀，最后滤成清水排出。

3) 施工方法。

吹填机械由泥浆泵22 kW 和船及输泥管线组成，吹填方式为泥浆泵水下取土，泥浆经排水固结后形成密实的土体。

4) 沉砂池设置。

沉砂池采用现状沙土开挖而成，顶宽1．0 m，边坡坡比1∶1，池壁内铺设土工膜作为防水层。本施工段共设2 个沉砂池和1 个清水池，并在吹填区的边沟角上设集水池，采用土工膜保护，泥浆泵放在集水池中，吹填施工的回浆汇入集水池后通过泥浆泵排至沉砂池中过滤沉淀。

5) 取土。

采用22 kW 泥浆泵加吸泥管进行水下取土。

6) 吹填。

吹填区顺堤轴线分段分层布置，段长150 m，层厚0．8 m 及上下层错缝。吹填时进浆口远离退水口，同时根据粉砂土的沉积情况及时移动进浆口位置，做到吹填区域粉砂土颗粒分布基本均匀，吹填面大致平整。

吹填施工要求[3-8]: a． 大范围吹填前需进行吹填试验。明确吹填工序，分层吹填厚度、吹填间隔时间、最优含水率等相关控制指标。b． 取土区应远离海塘堤脚、桥梁、取水口等构筑物150 m 以外，不可随意取土危及堤防安全和河势稳定。c．取土料为粉土，禁止采用淤泥，取土时需不影响航行安全。d．吹填施工期以及排水固结期内应进行堤身沉降和位移观测，沿堤身每隔100 m 布设观测断面，每半个月观测一次，观测数据应进行整理分析，并把成果及时反馈至设计单位。e．吹填区外侧围堰采用土工布袋充填粉土围堰，土工合成材料须符合SL/T 225的要求。f．吹填土方过程中泄水口处尾水含泥量不大于3%，且需达到相关部门排放要求。g．考虑吹填土的排水固结期沉降和地基沉降，吹填预留高度暂定20 cm。h．吹填施工使用泥浆泵机组吹填施工，并进行挖机戽水密实，以确保吹填施工质量。每次吹填厚度控制在80 cm，在吹填施工结束后进行挖机戽水施工。在带水戽水施工时，每层戽水遍数分3 d 进行，每天2 次，共计戽水遍数6 次，待吹填土戽水固结后进行试验检测，压实度达到95%才可进行下一步吹填施工，必要时需铺设内部排水设施。i．堤身吹填应分层施工，每层之间吹填应交错上升，并保证上下层搭接错开。j．塘渣路基填筑前需保证吹填路基压实度满足95%才可填筑施工。

3．2 戽水密实处理

粉砂土介于砂性土和黏性土之间，主要成分为粉砂颗粒，黏砂含量较少。粉砂土虽然具有保水性差、稳定性差等特点，但同时承载力高，排水固结较快。有研究表明，采用戽水密实处理可以有效提高筑堤防渗性，增强路面承载能力。主要方法为每层路面经过粉砂吹填完成后，利用挖掘机在吹填区进行专门的机械戽水密实[9]。挖掘机进行作业的方式是用抓斗插入土中，前后捣动行走幅内的土体，直至土体液化表面沁水。为防止挖机陷入土中，同时便于行走振动过程中将土体捣实，本工程中挖机均逆向进行作业。

3．3 尾水排放处理

根据地形情况，在吹填区外江侧挖设2 个沉淀池1 个清水池，回浆经过沉砂池沉淀后，通过清水过滤排出。在吹填施工段坡脚线外开挖0．8 m ×0．8 m 泥浆回浆水沟→泥浆汇集处设置22 kW 泥浆泵，把泥浆抽至沉砂池→回抽的泥浆在沉砂池进行2 次沉淀过滤→沉淀后的泥浆排入清水池，滤成清水排出。

4 路基吹填沉降观测方案

4．1 观测要求

4．1．1观测点设置原则

1) 为有利于测点看护、集中观测、统一观测频率、观测数据的综合分析，各部位观测点须设在同一横断面上。

2) 断面观测点包括沉降观测桩、沉降板，位移边桩等设备。沉降观测桩和沉降板需要进行水准测量，位移边桩还需进行水平位移观测[10]。

4．1．2路基沉降监测

一个监测断面设1 个监测点，设置在路基垂体段中间，于吹填施工前设置，并在道路坡脚线外面设置位移观测桩。

4．1．3观测元件与埋设技术要求

1) 沉降观测板:应严格按设计要求进行埋设，一般情况如下:由钢底板、金属测杆(φ48 mm 镀锌铁管) 及保护组合套管组成。钢底板尺寸为50 cm×50 cm，厚1 cm。

2) 位移边桩:采用120 mm ×120 mm 钢筋混凝土预制方管桩，长1．5 m，可采用打入埋设或开挖埋设，埋设深度1．2 m，桩周上部0．5 m 用混凝土浇筑固定，完成埋设后采用全站仪测量边桩标高及距基桩的距离作为初始读数。

4．2 观测方案实施

为保证施工质量，工程观测与施工进度同步进行，观测频率约为施工期间每两周观测一次(出现沉降突变的情况增加观测次数) ，直至沉降稳定为止。

横向位移观测，以工作基点(精度控制在0．5 mm 以内) 为起算点，采用仪器标称精度不低于2″且测距精度不大于5 mm 的全站仪;施测精度可达到1 mm 要求。

路基基底沉降观测，以工作基点为起算点，采用DS2水准仪按四等水准观测和精度要求，采用符合水准路线观测沉降板的沉降量，并做好沉降观测记录[11]。

5 部分测量结果

1) K8 +000 ～K9 +700 段吹填从2020 年4 月13 日开始至2020 年7 月10 日完成，路基填筑从2020 年10 月15 日开始至2020 年11 月20 日完成，观测时间从2020 年4 月15 日至2020 年9 月15 日，设置沉降观测点共计18 个，平均沉降观测19 次。其中观测点最大累计沉降量为87 mm，观测点最小累计沉降量为39 mm，平均累计沉降量为58．1 mm，至2020 年8 月以来沉降量已相对稳定。

2) K7 +400 ～K7 +800 段吹填从2020 年4 月23 日开始至2020 年7 月30 日完成，路基填筑从2020 年10 月30 日开始至2020 年11 月25 日完成，观测时间从2020 年5 月7 日至2020 年9 月15 日，设置沉降观测点共计5 个，平均沉降观测18 次。其中观测点最大累计沉降量为90 mm，观测点最小累计沉降量为47 mm，平均累计沉降量为60 mm，至2020 年9 月以来沉降量已相对稳定。

3) K5 +300 ～K7 +400 段吹填从2020 年5 月6 日开始至2020 年7 月30 日完成，路基填筑从2020 年11 月10 日开始至2020 年12 月25 日完成，观 测 时 间 从2020 年6 月1 日至2020 年9 月15 日，设置沉降观测点共计21 个，平均沉降观测15 次。其中观测点最大累计沉降量为68 mm，观测点最小累计沉降量为25 mm，平均累计沉降量为49．8 mm，至2020 年9 月以来沉降量已相对稳定。

4) K9 +700 ～K10 +000 段及两座桥两侧桥头路段吹填从2020 年11 月15 日开始至2020 年12 月30 日完成，路基填筑从2021 年1 月5 日开始至2021 年1 月13 日完成，观测时间从2020 年11 月16 日至2021 年1 月15 日，设置沉降观测点共计6 个，平均沉降观测5 次。其中观测点最大累计沉降量为54 mm，观测点最小累计沉降量为22 mm，平均累计沉降量为35 mm。

6 突出优势

6．1 技术优势

2019 年12 月25 日在试验路段进行环刀试验取样，共取6 组环刀，2 袋吹填原土，于2019 年12 月26 日，27 日分别送往水利部农村电气化研究所小水电工程质量检测中心和宁波清源工程检测试验有限公司，压实度检测结果显示小水电检测中心为98． 1%，97． 5%，97．5%，宁波清源检测中心为97%，97%，97%，符合设计图纸压实度不小于95%的要求，且远远高出设计要求，工程压实密度得到显著提高。此外，试验段施工时，吹泥船距离岸边150 m 以外，取土深度水面以下10 m ～12 m，根据实际现场土质和地勘对照分析，该取土层为粉砂夹粉土层。经过试验检测，吹填土最大干密度1．56 g/m3～1．57 g/m3，满足图纸设计要求。由此可得，经过堤防路基吹填和戽水密实处理后，扩宽部分堤身的最大干密度有了明显的提高。

6．2 经济优势

6．2．1机械循环，使用减少物力

试验段施工，共投入1 艘吹泥船，2 台22 kW 抽浆泵，配备15 kW 水枪2 支，22 kW 废水回浆泵2 台，共吹填约2 000 m3。吹填主要的机组使用的泥浆泵选用NL125-20．0，其技术要求性能如表1 所示。

表1 吹填用泥浆泵技术要求性能

经计算，1 套吹泥船设备每天吹填方量: 取泥浆泵80%功效，32 m3/h×2 台×15 h/d =960 m3/d，按吹填施工工期要求，3 套吹泥船设备能保证吹填施工按期完成。该施工方式相较传统方法仅消耗机械台班而不消耗物力。

6．2．2缩短工期，不消耗物料

由于路基填筑选择将近从曹娥江吸取粉砂进行吹填，而非采用普通的开山宕渣填筑。如果本工程填料全部需外购，大量的宕渣外购需求，区域范围内供应难度较大，容易影响项目顺利进展。因此，就近选择粉砂土吹填将大大缩短工期，同时减少宕渣外购费用。

7 结语

在绍兴市曹娥江综合治理工程的堤顶道路扩宽工程施工中，采用粉砂土吹填原理、戽水密实原理和沉降观测方案具有工期短、成本低、污染少、降低了人力和物力等优点。经处理后，粉砂土的压实度提高，新堤防的沉降量明显降低，减少了不均匀沉降带来的不良影响，保证了堤顶道路扩宽工程施工质量。但由于不同地区粉砂土的性质不同，目前关于吹填工艺流程、处理时间、沉降测量方案和评估方案没有统一的规范，后续还需要大量工程实践进行总结。