广州南沙新区明珠湾区（横沥岛尖）海岸及滨海景观带建设项目堤防工程软基处理措施及稳定性分析

栗佳辉 广东红海人力资源有限公司

李灿松 华林安 湛江市中粤岩土工程检测有限公司

1.工程概况

本堤防工程位于广州市南沙区西部，对原有堤防进行重建，新建堤防的防洪（潮）设计标准为200年一遇，设计洪水位为8.48m（广州高程系），对应堤防工程的级别为1级，堤型为临水面多级斜坡及低矮直墙结合的复合式堤型。

根据钻探揭露，场地的土层由上至下为人工填土、粘土、淤泥质土、淤泥质粉细砂、淤泥质土、砂质粘土、粉细砂、中粗砂、粘土，下伏基岩为全风化花岗岩，其中工程区地基下卧层的深厚淤泥层厚度在5～40m范围内，主要地层土的物理力学指标（详见表1），可以看出场地深厚淤泥层物理力学指标较差，具有承载力较低、压缩性高、渗透系数较大等的特性，是典型的珠江三角洲软土[1]。

表1 各土层物理力学指标表

2.堤防工程地基处理

2.1 地基处理区域

本项目堤防工程需进行地基处理区域主要为堤身填土区及新建护岸挡墙。

（1）堤身填土区。

本项目堤身填土高度平均约4m，堤身宽度较大，属于大面积的堆载。经沉降计算，堤基最终沉降量将达到0.94m～1.63m。如此大的沉降量若不进行处理，任由工后自然固结沉降的话，首先将导致堤身上部防浪墙、景观平台、景观建筑物出现较大的沉降变形；再者，随着沉降量逐渐变大，由于沉降土体的下拉作用力，还将可能导致堤岸沉箱、堤岸挡墙等堤岸建筑物变形，影响堤岸的防洪稳定安全。因此，需对地基进行处理。

（2）子堤处的堤坡。

本次工程设计段子堤外侧河道深泓逼岸，紧靠河岸的河床边坡较陡，最陡处为1∶3，且河床为深厚的淤泥质土。按照堤防的整体稳定计算成果，此处因河岸边坡较陡，堤防的整体稳定安全系数不满足规范要求，需对边坡的整体抗滑稳定进行处理。

（3）新建护岸挡墙。

新建护岸挡墙区为后期景观设计栏杆基础，且该挡墙为堤防景观带“第一道碎浪结构”，为避免后期沉降过大影响堤岸及步道景观效果，需对该区域地基进行处理。

2.2 地基处理方案

（1）堤身填土区。

在珠江三角洲深厚软土地区采用塑料排水板堆载预压处理软基的效果是非常显著的，也是非常经济的[2]。本工程堤身部分填土施工时，首先在现有地面上铺设粗砂排水垫层，然后将塑料排水板打设在粗砂排水垫层上用来加速地基固结，接着继续填筑堤身至设计高程，并预留沉降超高。塑料排水板间距取1.1m×1.1m且入深至淤泥层下限，在堤身填土堆载预压时间达4个月后，软基固结度可达到70%～82%。

（2）堤坡整体抗滑。

当堤岸修筑在地质条件较差的软基上且整体抗滑稳定性和承载力经计算不满足要求时，水泥搅拌桩加固作为一种有效而经济的地基处理方法常被使用。本工程在堤身填土范围采用水泥搅拌桩以确保软土边坡整体抗滑稳定满足要求。为了提高水泥搅拌桩抗滑效果，水泥搅拌桩采用格栅式布置。

（3）新建护岸挡墙。

该区域在景观带堆载预压时期先采用超载1m填筑的处理方案进行基础处理，从增大堤基的承载力的角度出发，选取预制小方桩进行二次加固处理，预制小方桩截面尺寸为0.25m×0.25m，长4m，间距为1.0m×1.0m。

3.堤防工程稳定计算

3.1 堤防边坡稳定计算

根据本工程堤防的断面型式、地形情况及地质情况，选取桩号为BD0+200（3#鱼塘）和BDD0+500（5#鱼塘）两断面对堤防迎水坡进行稳定计算。计算方法采用瑞典圆弧滑动法，计算工具使用岩土计算软件。

瑞典圆弧滑动法的有效应力法公式如下所示：

式中：K为抗滑稳定安全系数；W1i为第i个土条浸润线以上的土体的天然重量，kN；W2i为第i个土条浸润线与外坡水位线之间的土体的饱和重量，kN；W3i＇为第i个土条外坡水位线以下的土体的浮重量，kN；αi为第i个土条底面中点的径向与竖直方向的夹角，(°)；φi＇、Ci＇为第i个土条底部土体的有效抗剪强度指标，(°)、kPa；bi为第i个土条的宽度，m；ui为第i个土条底部的孔隙水压力，kPa；γW为水的容重，kN/m3；Zi为坡外水位高出第i个土条底面中点的距离，m。

计算选取以下3种工况进行分析：

选取以下3种工况进行稳定计算分析：①设计水位工况（正常运用工况）；②水位骤降工况（正常运用工况）；③施工期工况（非常运用工况Ⅰ）。本工程堤防工程的级别为1级，进行海堤整体抗滑稳定计算时，堤防的整体抗滑稳定安全系数允许值在正常运用条件和非常运用条件Ⅰ下分别为1.30和1.20。经计算，桩号BDD0+500处在地基处理前满足整体抗滑稳定要求；桩号BD0+200处在地基处理前施工期工况计算所得抗滑稳定安全系数仅为0.578，采取地基处理措施后，该断面安全系数满足要求（详见表2）。

表2 地基处理前后断面边坡整体稳定计算成果表

3.2 沉降计算

（1）地基处理前。

根据工程各堤段的填土高度、地质条件情况，桩号BD0+200、BDD0+200、BDD0+500断面土堤进行沉降计算。

计算公式：

式中：S为最终沉降量（mm）；n为压缩范围的土层数；e1i为第i土层在平均自重应力作用下的孔隙比；e2i为第i土层在平均自重应力和平均附加应力共同作用下的孔隙比；hi为第i土层的厚度（mm）；m为修正系数，一般堤基的m＝1.0，对于软土地基可采用1.3～1.6，本工程取1.6。

经计算，各计算断面土堤最终沉降量成果（详见表3）。由表可知，土堤沉降量大。如此大的沉降量若不进行处理，任由工后自然固结沉降，将导致堤身上部防浪墙、景观平台、景观建筑物出现较大的沉降变形；并且随着沉降量逐渐变大，受沉降土体的下拉作用力，还将可能导致护岸挡墙等建筑物变形，影响堤岸的防洪稳定安全。因此，计算表明需对土堤堤基进行处理。

表3 土堤最终沉降量计算表

（2）地基处理后。

在排水预压荷载作用下，地基土中某点某一时间的抗剪强度及固结度可按以下式计算：

式中：τftcu为t 时刻，该点土的抗剪强度（kPa）；τf0为地基土的天然抗剪强度（kPa）；Δσz为预压荷载引起的该点的附加竖向应力（kPa）；φcu为三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角（°）；Ut为该点土的固结度。为t时间地基的平均固结度；qi 为第i级荷载的加载速率（kPa/d）；ΣΔp为各级荷载的累加值（kPa）；Ti，Ti-1为分别为第i级荷载加载的起始和终止时间(从零点算起)（d），当计算第i级荷载加载过程中某时间t的固结度时，Ti改为t；α，β为参数，根据地基土排水固结条件采用。

经预压固结计算结果显示，塑料排水板间距设为1.0m×1.0m且深至淤泥层下限以上1m，堤身填土堆载预压时间为4个月时，软土地基的固结度可达到70%～82%。施工期即可完成约84%～88%的沉降量且施工结束后的沉降量较小，满足堤防的正常使用要求，为方便预留沉降施工，统一工后沉降量为0.10m。各计算断面土堤工后沉降量成果（详见表4）。

表4 土堤最终沉降量计算表

4.监测成果

堆载预压处理区沉降监测采用沉降板形式，在打设排水板后立即安装。沉降量监测用以掌握软土层在荷载作用下沉降与时间的关系，从而合理控制整个施工进度。沉降测点安装完成后即取得初始值，在加载初期每天观测1次；堆载结束后依沉降速率情况，每月观测1～5次，每个鱼塘选取典型断面监测数据进行分析，分析时段为2019年7月至2020年7月。根据监测数据绘制沉降量时间关系曲线（如图1所示）。由监测数据可以看到在各鱼塘沉降量均没有超过稳定计算推算的成果，且施工期内为主要沉降时期，沉降速率基本保持稳定，说明该地基处理措施达到了预想的效果。

图1 各鱼塘典型断面沉降曲线图

5.结语

边坡稳定及沉降计算表明，工程地质条件为特性较差的深厚淤泥层时，通常沉降量较大，自然固结对堤防工程的稳定安全有一定影响，需对堤基进行处理。

根据软土地基存在的多种工程问题，针对性的提出解决方案，单一处理方案不能满足软土地基的稳定和沉降要求时，可以采用多种处理措施组合运用。本工程采用塑料排水板堆载预压、水泥搅拌桩加固以及在护岸挡墙处超载填筑并埋设方桩。

结果表明，在珠江三角洲深厚淤泥层地质工程上采用多种处理措施组合运用后，提高抗滑稳定能力，在施工期可完成大部分的沉降量，实现工后较小的沉降量，有效解决边坡不稳定和沉降量大引起的工程问题，为同类工程提供借鉴。