工程设计与施工预压法用于挖河造堤的工程实例.docx

预压法用于挖河、造堤的工程实例
提 要：在饱和粘性土的基础上开挖河道、兴建堤防或用疏浚河道的淤泥造堤历来是软基上建设水利工程的难点。本文介绍的二项工程实例，成功地运用加载预压法和改进的真空预压法（称“低位真空预压软土地基加固法”），实施并完成了此类水工程建设。

目前，在软土地基上兴建或加固堤岸、开挖或整治河道，采用桩基础的处理办法十分普遍，工程造价高居不下，且有桩越用越多，地基处理的方法越来越单一的趋势。另外，对于疏浚河道或开挖基坑淤泥的处理和利用也渐成热门。为此，受局南沙水利办公室委托，笔者分赴浙江、福建两省实地考查了二宗用预压法固结软土挖河、处理淤泥造堤的工程实例，介绍如下，希望对我市工程的设计与建设有所启迪。
一、福建省莆田市木兰溪下游防洪工程
木兰溪为福建省中部沿海最大的河流，流域面积1732平方公里，因防洪工程建设需要，需开挖1.6公里长的新河，并在两岸分别兴建防洪堤，右堤捍卫莆田市，按100年一遇防洪标准设计（设计洪峰流量4540立方米/秒）；左堤按50年一遇标准构筑。新开河槽底宽55m，在原地面挖深7.5—8.0米，设计河岸坡为1：5---1：4，由于在淤泥和淤泥质土中挖河，施工难度大。设计推荐“以灌注桩、粉喷桩分层支护，充泥袋造坡，模袋混凝土护坡和充沙袋加压石护底的方案”，此方案可以满足稳定和河床抗冲的需要，但因桩长仍然较大，桩顶移位不易控制，加上造价高，迟迟不能开工。后请国内专家反复论证，决定采用堆载预压法固基。
1、河岸坡加固措施。在预定开挖新河岸坡的地段设置垂直排水体，选用沉管成孔灌注排水砂井，直径300mm，间距2m×2m，最大深度按最小抗滑稳定安全系数（1.15）时的滑动圆弧深度确定，井的长度5—15m，为中粗砂。水平排水体选用沙沟，横、纵向间距分别为4.0m、2.0m，横断面尺寸宽×深为500×250mm。预压的荷载为预挖河心的表层粘土（详见图1），堆土高度为3.0m，堆载时间90—150天，预计平均固结度80%。
2、加固效果。经排水固结法加固的土体，可按设计岸坡开挖成型，并达设计开挖深度；据工程检测，淤泥含水率减少了35%（平均），十字板剪切的不排水抗剪强度CW。由平均值8.5Kpa提高到20Kpa；fs由35—45Kpa提高到80Kpa；内摩角c由0—2度增加到8—10度；开挖河岸的固结土体还可用于筑堤；节约工程投资约0.4亿元。相片1、2。

新开挖的木兰溪河段全景

新开的河槽及新建的河堤
（平台上堆积固结淤泥土料）

此处的砂井，不仅是传统竖向排水系统，固结淤泥层，在开挖的河岸形成复合地基，同时砂井也是造土的一部分，有利改善原土结构，提高C、Φ值。
二、浙江省湖州市东苕溪导流工程滑坡堤段软土地基加固工程
东苕溪导流河道是将东苕溪流域2265平方公里的洪水排入太湖，保护杭（州）嘉（兴）湖（州）东部平原的防洪安全。2000年初开工的东苕溪导流河道拓浚及东大堤加高加固工程，是太湖流域综合治理十项骨干工程之一。施工中发生堤岸滑塌，位于故河道或鱼塘段，最短处约70M，最长处218M。为了不改变堤线，在原处复堤，有关单位想了很多办法，由于滑坡段的地基为粘土地基，渗透系数、承载力较小，一般地基处理方法很难奏效，后决定采用“低位真空预压软土地基加固法”专利技术进行处理。
1、关于低位真空预压软土地基加固法。该法是针对传统的真空预压法进行了以下三点改进：
①泥代膜。就地或就近取泥（本工程为东苕溪疏浚淤泥）吹填泥封层代替真空膜；②管代砂。传统的水平排水（砂垫层）系统由水平管网、真空集水井等管网取代；③改进抽真空系统。从而缩短了软土固结时间，降低了工程投资。
2、加固工程设计。简单地讲是分二次加固，第一次采用该法加固滑塌堤段河岸的地基，提高其承载力---固基；第二次在该基面上用此法固结疏浚河泥，形成防洪堤身---固土。
具体方案（详见图2）：
① 在滑塌河岸按5.50m高程整平，最大高差应小于20cm；筑第一次围堰，靠近河道一侧的围堰外坡脚应在原大堤的坡肩上，场地中心线（顺流向）即滑坡处大堤的中心线，内、外围堰的外坡脚相距33度米（垂直流向），围堰顶宽1m，底宽4m，高1m，围堰内坡1：1，外坡1：2，围堰内设隔离沟。完成后架设加固真空排水系统，之后向围内吹填河床淤泥，泥浆自然固结后的厚度为0.8m（即泥封层），泥面高程达6.30m，开始低位真空预压，时间约为70天，完成固结堤基基础作业；②第一次固结工程完毕后，从第一次围堰向内侧缩退5.0m，加高1.7m筑第二次围堰，堰顶高程为8.2m，向围内吹填河道清淤泥，高程达到7.2m，再架设真空排水系统，其塑料排水板底端插至4.8m，在上注入0.8m厚泥封层，高程达8.0m，进行抽真空作业，固结堤身淤泥，时间约为60天。
3、加固工程效果。本工程分别加固处理了三处滑塌堤段，滑塌段的长度为86.5m、218m、72m，均实现原位复堤，达到100年一遇洪水设计标准（原堤为50年一遇设计标准）。竣工后经检测其地基承载力和土的力学指标明显增长，其中不排水抗剪强度（CW）平均增加约40%；经复核堤身抗滑稳定系数达1.34—1.57（要求超过1.30）。预算工程投资170.14万元，折合每公里堤防造价458万元。（见相片3、4）

工程全景

堤脚处的坍落体

观后感：众所周知，预压法是通过加压系统和排水系统强制排出淤泥体中的孔隙水，随着土体孔隙的体积变小，土体密实了，从而增长其抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性，同时也减少了土体的压缩性，消除一定的沉降量。番禺等沿海堤防即运用此法建成，每次的堤身加培土方量（加载的预压荷载）力求堤基稳定为宜，反复运用堤身自重预压法（欠载），逐年分期分级加载到设计的堤身断面标准。在此过程中还可充分晒干淤泥，做为堤身填筑土料。应该讲此项技术是很成熟的，且优势显著。
预压法对施工工期要求较长，莆田市木兰溪开挖河槽的堆载预压时间为90～150天，软土层平均固结度达到80%以上，而低位真空预压法可显著缩短淤泥土固结时间，湖州市东苕溪导流河堤地基加固时间为70天，淤泥筑堤的固结时间为60天。另外在预压施工过程中，严格控制技术标准，检测土体各项指标参数也很重要。