入海水道深淤段软土地基工程特性研究
时间：2023-06-12 13:50:14 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
占鑫杰，张 娟，黎 昱，杨守华，陈 浩
（1.南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210029；
2.水文水资源与水利工程科学国家重点试验室，江苏 南京 210029；
3.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏 扬州 225009；
4.江苏省工程勘察研究院有限责任公司，江苏 扬州 225002；
5.河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098）
淮河入海水道与苏北灌溉总渠平行，紧靠其北侧，西起洪泽湖二河闸，沿苏北灌溉总渠北侧向东，经淮安、阜宁，至滨海的扁担港入黄海，全长163.5 km。入海水道一期工程设计行洪流量2 270 m3/s，与入江水道、灌溉总渠和分淮入沂等工程配合，使洪泽湖达到100年一遇洪水的防洪标准［1-6］。入海水道一期工程在河道工程设计上，采用了与苏北灌溉总渠呈“两河三堤”布局，利用入海水道开挖南北两泓，保证了沿线洪水、污水、涝水各行其道；
工程水土保持与主体工程同步实施，大大改善了苏北地区的水利生态条件。入海水道二期工程通过全线扩挖深槽、扩建二河、淮安、滨海、海口等枢纽建筑物，改建淮阜控制工程，改建、扩建穿堤建筑物等，加高加固南北堤防等工程（图1），使洪泽湖防洪标准达到300年一遇，有效降低100年一遇洪泽湖洪水位。该工程的实施可加大淮河下游泄洪能力、提高洪泽湖及其下游防洪保护区的防洪标准。
图1 淮河入海水道二期工程总体布置
一期工程资料表明，入海水道阜宁段K85.5-90.5范围内，地基为深厚的淤泥质软土，地基强度低，压缩性高，工程设计人员形象地称之为“软豆腐”。本文针对深淤段南堤地基的工程特点，对控制堤防稳定和变形的关键土层，采用以勘察和原位测试为主，结合取土室内试验，获取深淤段地基的工程特性数据。原位测试重点开展十字板试验和双桥静力触探试验，现场取土采用敞口活塞薄壁取土器以取得低扰动的土样，室内试验重点开展基本物理特性、固结渗透和强度试验等。
根据淮河入海水道一期工程阜宁软土段的试验资料［3-6］，在南堤深淤段布置了3个试验断面，分别为桩号K87+250、K87+450、K87+650。为更好与一期资料进行对比，现场通过一期工程设计图纸索引以及固定建筑物（阜宁腰闸）的桩号等信息，采用GPS放样等方法确定了K87+250、K87+450、K87+650（一期桩号）3个断面的位置。
本次试验现场取土及原位测试的平面图如图2所示，其中取土孔为A1～A6，共6个；
十字板孔为V1～V6，共9个；
静力触探试验孔为J1～J6，共12个。K87+250断面试验孔位布置剖面图如图2所示，K87+450断面、K87+650断面孔位布置与K87+250断面基本一致。考虑到堤身下方和堤身坡脚外侧地基的性质有一定差异，因此在每个断面南堤堤顶和堤身坡脚外侧的平台位置处各布置1个试验孔（见图3试验位置）。
双桥静力触探试验主要用于测试不同深度地基的锥尖阻力和侧壁摩阻力，进而确定地基的分层，试验方法依据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）［7］进行。原位十字板试验主要用于测试不同深度地基的十字板强度，并与一期已有资料进行对比，试验方法依据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）进行［7］。钻孔取土数量和分布以保证室内试验需要作为控制原则，并兼顾各土层的分布。取土样采用敞口活塞薄壁取土器，以减少对试样的扰动［7］。在南堤K87+250、K87+450、K87+650断面开展钻孔取土试验，每个断面布置2个试验位置（图2、图3），1个位于南堤堤顶，1个位于堤身坡脚外侧。结合一期试验资料，取土试样以3-1层和3-1’层为主，辅以少量的A层和1-2层；
沿着深度方向，A层1个试样，1-2层1个试样，3-1层6个试样，3-1’层4个试样。室内试验主要用于测试不同分层地基的物理力学性质指标，室内试验方法依据土工试验方法标准（GB/T 50023—2019）［8］。
图2 淮河入海水道南堤原位测试及取土孔布置
图3 入海水道堤防典型剖面及现场试验位置（单位:m）
2.1 深淤段地基分层
根据现场钻孔取土描述以及典型的静力触探试验结果，结合一期工程试验资料，得到南堤堤顶位置的地层剖面如图4所示［9-11］。
从图4中可知：（1）深度0～9.2 m为堤身填土，灰黄色，局部含有植物根茎和碎砖块，可塑到硬塑状态；
（2）深度9.2～11.3 m为灰黄色粉质黏土夹粉土层（A层），局部薄层；
（3）深度11.3～12.9 m为棕黄色黏土（1-2层），软塑-可塑状态；
（4）深度12.9～28.8 m是灰色淤泥质黏土（3-1层），局部夹少量的粉土薄层；
（5）深度28.8 m以下为灰褐色粉质黏土（3-1’层），局部夹粉土层和碎贝壳，软塑状。
图4 南堤堤顶地层剖面（单位:m）
2.2 深淤地基的物理力学特性
3-1层（淤泥质黏土）的物理特性试验开展了36组，3-1’层（淤泥质粉质黏土）的物理特性试验开展了24组。经过统计分析，得到南堤位置深淤地基的物理力学特性指标，如表1所示。
从表1中可知，3-1层淤泥质黏土的含水率较高，为54.7%，为高液限黏土（CH）；
3-1’层淤泥质粉质黏土的含水率为35.9%，为低液限黏土（CL）。3-1层淤泥质黏土的黏粒含量（<0.005 mm）为38.6%；
3-1’层淤泥质粉质黏土的黏粒含量（<0.005 mm）为22.2%。高黏粒含量是制定3-1层淤泥质黏土地基处理方案的重要考量因素。
表1 南堤位置深淤地基的物理力学指标
2.3 深淤地基的固结渗透特性
深淤地基土层的固结渗透试验结果如表2所示。
从表2可知，3-1层和3-1’层淤泥质黏土地基的垂直渗透系数分别为0.59×10-6cm/s、11.2×10-6cm/s，虽然淤泥质黏土地基的黏粒含量很高，但现场勘察过程中发现淤泥质黏土试样的竖向层理中普遍存在粉土微薄层，这使得本工程中淤泥质黏土试样的渗透系数高于一般软土地基。同时3-1层和3-1’层地基的水平渗透系数显著大于其垂直渗透系数，约为100倍以上，这也与地基中的粉土（砂土）微薄层结构密切相关。
表2 深淤地基的固结渗透特性参数统计
以上测试结果基本反映了地基的排水固结特性。地基不做处理时，固结排水以竖向为主，进行固结计算时，可采用室内试验结果的cv值。地基进行竖向排水体处理时，固结排水以水平向为主，可考虑粉土（砂土）微薄层对固结排水的促进作用。
2.4 深淤地基筑堤过程中的强度变化
图5～7分别为南堤87+250断面、87+450断面、87+650断面堤身下方地基的十字板强测试结果，其中6#～11#试验孔为一期工程（2001年）南堤建设前地基的十字板强度。从图中可知，由于堤防堆载的附加应力作用（单向固结时间约为20 a），地基不同深度的十字板强度大幅提高。
图5 K87+250断面堤顶位置十字板剪切强度试验结果
图6 K87+450断面堤顶位置十字板剪切强度试验结果
图7 K87+650断面堤顶位置十字板剪切强度试验结果
为深入研究入海水道深淤段软土地基的工程特性，在南堤软土段布置3个典型断面，对控制堤防稳定和变形的关键土层，综合采用钻孔取土、原位测试和室内试验等手段获取软土地基的工程特性数据。原位测试重点开展十字板和双桥静力触探试验，现场取土采用敞口活塞薄壁取土器以取得低扰动试样，室内试验重点开展基本物理特性、固结渗透和强度试验等。综合本文研究工作，得到如下结论：
（1）深淤段地基是一种典型的河湖相淤泥质软土，其厚度大，压缩性高，含水率和黏粒含量高，淤泥地基沿深度方向普遍含有砂土和粉土夹层。
（2）深淤段淤泥质软土的灵敏度为3左右。由于取土，制样等环节会对淤泥质土产生不同程度的扰动，建议综合采用原位试验和低扰动的取土试样成果确定地基强度。
（3）一期工程堤防堆载后，南堤堤身下方淤泥地基强度提升明显，这对二期堤防扩建工程灌溉总渠侧的稳定是一个有利因素。
（4）针对深淤段淤泥地基的工程特性，二期工程深淤段堤防扩建工程应重点关注堤防、穿堤建筑物的工后变形和差异沉降等。
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