码头接岸处软土地基处理及护坡措施探讨

卓家军 张卫云

（1.安徽省交通勘察设计院有限公司， 安徽 合肥 230011；2.南京市水利规划设计院股份有限公司， 江苏 南京 210022）

软土包括淤泥、 淤泥质土、 泥炭、 泥炭质土等，主要具有触变性、 流变性、 高压缩性、 低强度、 低透水性、 不均匀性等工程性质。 软土层属于土体中软弱结构面， 物理力学性质较差。 当软土地基的压缩性过大、 承载力不足、 渗透性不满足要求时， 需要因地制宜进行地基处理， 以增强土体的强度， 提高承载力及稳定性， 减少地基变形， 防止渗透破坏， 满足使用要求。

现在很多建筑都沿边坡而建， 边坡工程如果损坏可能造成经济损失、 危及人的生命等， 会产生不良的社会影响。 码头沿河布置， 其边坡失稳的可能性较大， 特别是软土边坡。 因码头接岸后方一般会承受很大荷载， 行驶重型卡车， 加之坡面临河水文地质条件复杂， 坡顶又有车辆荷载， 很易发生滑坡。 本文梳理软土的特点及危害， 分析其破坏机理， 并给出常用软基处理方式， 结合实例对软土处理给出参考。

1 软土危害原因分析

软土危害主要原因还是土的强度不足， 特别是抗剪强度， 土体因受拉、 受剪等因素发生破坏。 土体一般是非均质的， 各点物理状态不尽相同导致力学性质不同， 因此土体可能发生局部破坏或整体破坏。 软基处理的主要目的是提高地基承载力、 土坡稳定性等。

软土的另一大危害是地基沉降较大， 包括瞬时沉降、 固结沉降和次固结沉降三部分。 沉降严重时， 不仅增加填方数量， 而且沉降或水平位移对临近填土的桥台、 挡土墙、 涵洞、 住宅、 农田等都会产生很大的影响。

边坡受临界面、 地质构造、 水流冲刷渗透、 顶部荷载、 坡面状态等因素影响， 特别是软土地基条件下， 其边坡稳定性很差， 很容易导致滑坡。 当软土比较均匀， 厚度较当， 实地强和试验表明其滑动面是一个近似圆柱面， 切入地基一定深度。 在软土地基破坏时， 在形成滑动面之前土体一般已发生严重裂缝， 或者软土地基已经破坏而填方土体部分的抗剪强度尚未完全发挥。

地下水对岸坡稳定及地基稳定的影响同样是很大的。 水与土相互作用， 导致土体的强度、 稳定性降低， 并可能产生滑坡、 沉陷、 潜蚀、 管涌、 冻胀、 翻浆等危害。 地表水积水及排泄方式、 邻近河道水位的变化、 地下水渗流作用， 也会造成边坡及地基失稳。

2 软基处理程序

对软弱地基上的工程， 首先要进行初步研究， 判断是否需要进行地基处理。 判断的依据， 一是地基条件； 二是建筑物的性质和要求。 前者包括地形、 地貌、 地质成因、 地基土层分布、 软弱土层的厚度和范围、 持力层的埋深、 地下水位及补给情况、 地基土的物理力学性质等。 后者包括建筑物的等级、 平面和立面布置、 结构类型和刚度、 基础类型和埋置深度、 对地基稳定性和沉降的要求以及邻近建筑物的情况等。

首先， 根据建筑物对地基的各种要求和勘察结果所提供的地基资料， 初步确定需要进行处理的地层范围及地基处理的要求。 然后， 根据天然地层条件和地基处理的范围和要求， 分析各类地基处理方法的原理和适用性， 参考过去的工程经验以及当地的技术供应条件， 进行各种处理方案的可行性研究， 在此基础上， 提出几种可能的地基处理方案。 然后对提出的处理方案进行技术、 经济、 进度等方面的比较。 在这一过程中还应考虑环境的要求， 经过仔细论证后， 提出几种种拟采用的方案。 大规模地基处理的工程需要在现场进行小型地基处理试验， 进一步论证处理方法的实际效果， 或者进行一些必要的补充调查， 以完善处理方案和肯定选用方案的实际可行性， 最后进行施工设计。

需要将几种处理方法进行有利的组合， 或者稍微修改建筑物的条件， 甚至需要另辟蹊径。 此外需要注意的是， 地基处理工作大都是地下隐蔽工程， 加固效果很难在施工过程中直接检验， 因此一定要做好施工中和施工后的监测工作， 及时发现问题， 验证效果。

3 软土处理措施

地基处理的目的是对地基内一定范围的软弱土采取某种改善措施， 以达到： 1） 提高土的抗剪强度，提高地基承载力， 增加地基的稳定性； 2） 减小土的压缩性， 减少地基变形； 3） 改善土的渗透性， 减少渗流量， 防止地基渗透破坏； 4） 改善土的动力特性，减轻振动反应， 防止土体液化。

提高地基承载力的技术措施主要包括： 减小水平力和合力的偏心矩、 调整基础宽度、 调整边载或基础埋深、 调整抛石基床厚度、 加固地基等。 其中地基处理就加固方法的实质而言， 大体上可以分成如下四类， 即： 置换法， 加密法， 胶结法和加筋法。 置换法就是将地基内局部软土挖除或挤出， 换填好土， 分成水平的层式置换和竖直的柱式置换。 加密法就是各种压、 振、 挤的方法提高地基土的密度。 胶结法就是在地基土中灌入或掺入胶结材料， 将散碎的土颗粒变成有一定黏结强度的颗粒集合体。 加筋法就是在在土中布置一定数量的土工合成材料甚至钢材， 有时也可以在土中掺以纤维丝， 以改善土的性能。

此外， 水可以削弱地基土颗粒间的黏结， 降低土体强度， 必须采取相应的排水措施或隔水措施。 选择地处理方法时除应因地制宜考虑地质条件、 满足安全可靠的要求外， 还应兼顾造价、 施工能力、 工期等因素， 综合应用某一种或多种地基处理措施。 经过处理后的地基也必须满足地基承载力、 变形和稳定性的要求。

适应与减小地基沉降可采用以下技术措施： 1）结构构造措施： 设置沉降缝、 采用轻型结构、 回填轻质材料、 调整基础平面尺寸或埋深、 增加整体刚度和强度等； 2） 地基处理措施： 采用换填法、 排水固结法、 复合地基加固法等一种或几种地基处理方法的组合进行地基加固； 3） 地基处理和结构构造措施相结合的方法。

保证土坡稳定的技术措施可以根据具体情况选用放缓坡度、 铺设排水垫层、 铺设土工合成材料加筋垫层、 设置竖向排水通道、 设置减载平台和分期施加荷载等措施保证施工期和使用期土坡和地基稳定。 此外， 施工过程中应对加载、 基坑开挖工程提出控制要求， 并按相关规范要求提出地基和土坡稳定监测、 检测内容和监测控制指标排水系统、 伸缩缝设置、 支护结构的防腐处理等均是边坡工程设计非常重要的一环， 应引起特别重视。

4 实施案例

某挖入式港池满堂式高桩码头所在位置原状地形为河边水塘， 现状高程为4 ～5m， 码头平台后方坡顶设计高程为11.5m， 需要高填方形成路基。 护坡顶设挡土墙， 同时兼做码头后方接岸结构， 坡顶即为道路， 车辆驶入码头， 车船直取工艺。 因为现状水塘底部存在深厚淤泥质软土层， 最厚超过10m， 且坡顶道路有重型卡车行驶， 对路基和岸坡稳定性提出较高要求。

4.1 地质情况

勘探深度控制范围内的土层分为①、 ②、 ③、④、 ⑤、 ⑥、 ⑦共七个大层， 现将各岩土层的结构特征、 性质及其分布自上而下分述如下。

①层： 第四系全新统人工填土层（Q） 素填土，杂色、 灰黄色， 松散状， 湿， 高压缩性。 以黏性土为主， 砂性土次之， 含植物根茎及碎石。

②层： 第四系全新统冲积、 洪积层（Q） 粉质黏土， 灰黄色、 灰褐色， 可塑， 局部软塑， 湿， 含少量高岭土及铁锰氧化物， 干强度一般， 韧性较好，震摇反应无， 切面稍有光泽。

③层： 第四系全新统冲积层（Q） 淤泥质粉质黏土， 灰色、 灰绿色， 流塑～软塑， 饱和， 含少量有机物， 干强度低， 韧性差， 震摇反应迅速。

④层： 第四系全新统冲积、 洪积层（Q） 粉质黏土， 灰褐色、 黄褐色， 可塑， 湿， 含少量高岭土及铁锰氧化物， 干强度较高， 韧性较好， 震摇反应无， 切面稍有光泽。

⑤层： 第四系全新统冲积、 洪积层（Q） 含砾粉质黏土， 黄褐色， 可塑， 局部硬塑， 湿～稍湿，成分以粘性土为主、 砾石、 砂土次之， 砾石成份以砂岩及石英砂岩为主， 硅质岩、 砂砾岩次之； 砾石以亚圆状、 扁平状为主， 次棱角状次之， 磨圆度较好， 含量约占全重的20% ～30%， 无定向排列， 分选性较差； 砾石直径一般在10 ～30mm， 个别可达50mm。

⑥层： 第四系全新统冲积、 洪积层（Q） 含砾细砂， 杂色、 黄色， 中密～密实， 饱和， 成分以细砂、 粉砂为主， 卵石、 砾石及粘性土次之， 砾石成份以砂岩及石英砂岩为主， 硅质岩、 砂砾岩次之； 砾石以亚圆状、 扁平状为主， 次棱角状次之， 磨圆度较好， 含量约占全重的20%～40%， 无定向排列， 分选性较差； 卵砾石直径一般在30 ～80mm， 个别可达100mm。

⑦层： 石炭系上统黄龙组（C2h） 强风化灰岩，灰黄色、 灰白色、 灰黑色， 隐晶质结构， 薄层～中厚层状构造， 主要由碳酸盐矿物组成， 局部可见方解石脉。 岩芯较完整， 呈碎块状及柱状， 节长约5 ～20cm，锤击声脆， 岩质较硬， 未见有溶蚀现象。

勘察深度范围内各土层物理指标、 力学性能指标详见表1。

表1 各土层物理力学性能指标

4.2 护坡措施

边坡从从码头前沿放坡至挡土墙， 边坡坡度为1∶2.5， 边坡结构层常水位以下采用20cmC20 砼和10cm碎石， 在高程6m和8m处设Φ7cm排水管， 纵向间距4m。 坡底采用抛石棱体护脚和抛石护底， 棱体高程4.4m、 外坡坡度1∶1、 内坡坡度约1∶1.5， 护底长3m、厚约2m。 坡顶均用重力式挡墙护岸， 挡墙高为2.6m。挡墙底设C15 素砼垫层、 碎石垫层及地基处理。 护坡及地基处理如图1 所示。

图1 护坡及地基处理图

4.3 地基处理措施

陆域处于水塘范围， 底部存在深厚淤泥质软土层， 最厚超过10m。 综合考虑岸坡和地基稳定性， 挡土墙下方采用Φ50cmPHC桩， PHC桩梅花状布置， 间距1.7m。 PHC桩顶设50cm碎石层， 范围涵盖20m宽道路， 碎石层内设2 层土工格栅， 增强土体抗滑作用， 形成复合地基。 墙后回填块石， 顶部为道路结构层。

4.3.1 土工格栅

土工格栅采用钢塑土工格栅， 抗拉强度不小于100kN。 铺设块的设计宽度大于8m， 设计长度尚应增加一定的富裕量， 富裕量大于500mm。 土工格栅应拉紧铺平， 施工时应及时覆盖。 两层土工格栅间距0.3m， 中间以碎石层相隔。

4.3.2 Φ50cmPHC桩

挡土墙地基采用三排Φ50cmPHC桩处理， 桩径0.5m， 桩间距1.7m， 三角形布置， 桩基以⑤含砾粉质黏土层作为持力层， 顶部设置碎石褥垫层。

4.3.3 墙后回填

后方场地先开挖至设计标高， 再回填块石至设计标高。 墙后回填石料的内摩擦角不小于30°， 墙后土方回填时应分层碾压密实， 控制碾压层厚度， 控制压实度为0.94。

4.4 注意事项

1） 码头平台间坡顶设5m绿化带， 控制完工后前两年的坡顶荷载， 待土体固结、 沉降稳定后， 再撤去绿化带； 2） 项目施工期、 运营期应加强观测， 发现岸坡失稳迹象时， 应及时采取应急措施， 如削坡、 坡脚压载、 坡顶减载等措施； 3） 素填土为高压缩性土体， 力学性能指标较差， 挡土墙及地坑等建筑物沉降较大时应及时处理， 护坡设置深层测斜仪， 监测土体位移变化； 4） 施工单位应根据设计要求的施工程序、施工进度， 结合现场实际条件， 做好对应的施工组织设计， 严格按照施工方案进行施工， 把控质量关， 争取做优质工程； 5） 有关质量检验、 竣工验收等方面要求应按国家有关法律、 规程、 规范等有关文件执行， 按法定程序推进项目建设。

5 结语

1） 软土因土的抗剪强度低、 水流作用、 顶部荷载等因素， 会导致土体破坏、 基础塌陷、 边坡失稳等严重后果。 对于港池临河护坡而言， 软土危害因素较多， 更易发生破坏， 需要综合考虑护坡结构及地基处理措施； 2） 软土处理方法较多， 应因地制宜选择合适的措施满足地基承载力、 变形和稳定性的要求， 涉及到岸坡时， 需要增加额外的边坡处理措施； 3） 码头接岸处软土坡脚及后方道路软土路基所处的自然条件及荷载条件复杂， 文中以此工程为例， 介绍适合于本工况条件下的岸坡及地基处理措施， 可以供类似项目参考。