抛石换填在洋河口橡胶坝设计的应用

鲁虎成

鲁虎成

（河北省水利水电第二勘测设计研究院，石家庄050021）

摘要：抚宁洋河口橡胶坝采用抛石+山皮土换填有效的解决了地基液化、承载力不足的问题。修建后与已建海堤组成非汛期海堤防线，对解决非汛期的潮水倒灌，尤其是拦蓄淡水、淡咸水分离作用较大，同时解决周边群众的饮水安全。

关键词：洋河口；橡胶坝；地基液化；抛石换填

1工程概况

抚宁县位于河北省东北部，地处京津唐经济区和秦唐沧沿海开放区。南临渤海，北靠长城，东部与秦皇岛和辽宁接壤，西与昌黎、卢龙两县相邻。境内海岸线全长21.1km，西起与昌黎县交界处老河口，东至戴河入海口。洋河是冀东沿海河流中的第二大河，河流全长100km，流域面积1109km2，洋河干流河宽100～250m，海口附近逐渐开阔到400～600m。由于洋河大桥上游有河无堤，大桥下游已建海堤还不能充分发挥挡潮作用，潮水顺河而上，小潮小淹，大潮大淹。

2工程地质

根据勘察查明，在钻探深度范围内场地地层岩性为第四系全新统海陆交互相沉积的中砂、粉质粘土、中粗砂层(Q4mc)；第四系全新统冲积、冲洪积形成的粉质粘土(Q4al)、粗砂层(Q4al+pl)。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)圈定，抚宁县地震动峰值加速度为0.10g(相当于地震基本烈度7度)，地震动反映谱特征周期为0.35s。

表层的淤泥质砂土的承载力偏低，①，②1为中等液化，④1轻微～中等液化，考虑到建基面以下的淤泥质砂土的层厚在0.5~1.9m之间，下部则为承载力较高的③粉质粘土。

3设计标准

依据《防洪标准》(GB50201-94)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》，按照河北省政府《河北省城市化“十一五”发展规划》和《河北省海堤规划报告》，确定抚宁县洋河河口海堤工程等别为Ⅲ等。

根据河口两岸厂矿企业、村庄等保护对象的重要性，按照《海堤工程设计规范》(SL435-2008)和《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)，确定该段海堤堤防为3级，拦河橡胶坝为3级建筑物。

4建筑物型式选择

河道蓄水、挡潮工程中，用于节制水位的建筑物常用水力自控翻板闸门、橡胶坝、挡潮闸等型式。

各方案优缺点对比见表1。

方案优点缺点

水力自控

翻板闸门①泄洪灵活，不影响行洪；

②闸门结构简单，受力明确，制作标准化，便于控制质量；

③施工简单，整块购买，装置；①泄洪时，河道漂浮物容易卡住闸门而使闸门回门不畅。对所使用河道条件要求较高；

②不适用多泥沙河流，闸前淤积后自控失效；

③受冰冻影响大，容易受冰冻封闭失效

橡胶坝①施工简单，坝体可由厂家提供；

②结构简单，工程造价较低；

③使用操作方便，施工期短，抗震性能好；

④可以冲沙，保持坝前的水深①河道漂浮物或卵石易损坏坝体，适合用于少卵石和无大型漂浮物；

②坝袋使用寿命相对较短，需要更换

挡潮闸①使用寿命长；

②操作灵活，方便增加闸门和启闭设备，投资高，投资和金属结构维护费用高

洋河口段地基条件较差，地基处理的费用较高，拦河挡潮蓄水建筑物应选择对地基条件要求较低的建筑物型式。橡胶坝总高度小，地基应力较小；施工简单，施工期短，工程造价较低；且使用操作方便，坝高可调整；抗震性能好，运行灵活。因此，本工程泄洪挡潮建筑物选择橡胶坝。

5地基处理

工程区属于地震7度区，橡胶坝(含船闸)场地主要为粉质粘土、中砂，根据地质勘察成果，地基中砂存在中等液化，且土体压缩模量较小，承载力偏低。根据《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97，需进行地基处理以减轻或消除地基土液化，提高地基承载力，减小建筑物的不均匀沉降。

根据工程特点、地质情况和工程经验，地基处理措施考虑了换填法、振冲法、混凝土板墙围封法、强夯法、水泥土搅拌桩。由于居民楼距橡胶坝较近(约30m)左右，如采用强夯，会对周边建筑物和居民生产、生活产生不利影响，因此强夯方案不可行。

(1)振冲碎石桩法

振冲挤密法通过在强烈的高频强迫振动下使处于饱和状态的松散砂土，产生液化并重新排列致密，且在桩孔中填入大量的粗骨料后，被强大的水平振动力挤入周围土中，这种强制挤密使砂土的相对密实度增加，孔隙率降低，干密度和内摩擦角增大，土的物理力学性能改善，使地基承载力大幅度提高。由于地基密度显著增加，相对密实度也相应提高，因此抗液化的性能得到改善。振冲碎石桩法中碎石桩是良好的排水通道，可以快速消散地震引起的超孔隙水压力，防止砂土液化，加速地基的排水固结。

橡胶坝左岸场地及右岸边墙采用振冲碎石桩径0.8m，桩长8m，桩间距2.0m。该方案直接费318万元。

(2)混凝土板墙围封法

通过对液化土层用混凝土板及顶上加盖围封，限制液化土层中超孔隙水压力的排出达到消除液化。

场地处理范围内采用钢筋混凝土连续墙围封，并与橡胶坝的铺盖边墙护坦铰接并设止水。钢筋混凝土连续墙厚0.6m，深8m。该方案直接费332万元。

(3)水泥土搅拌桩

水泥土搅拌法适用于处理正常的淤泥及淤泥质土，它是利用水泥作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂强制搅拌，使软土粘结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基的强度和增大变形模量。根据固化剂参入状态的不同，分为浆液搅拌和粉体喷射搅拌两种，本工程采用浆液搅拌。

橡胶坝左岸场地及右岸边墙采用水泥土搅拌桩，桩径0.7m，桩长6m，桩间距1.2m。该方案直接费308万元。

(4)换填法

换填法适用于浅层软弱地基及不均匀地基，依靠块石自重强制置换淤泥质、粉细沙等软土，达到消除地基土液化，提高地基承载力的目的，应进行施工设备、换填材料等综合分析。

基础下换基范围根据淤泥质土深度沿坝底板(或挡墙、边中墩、船闸底板)宽度以25°角向下扩散并向两侧各加宽1m。视清基情况，基底液化土层（中粗砂）底界高程低于-3.30m时，开挖至-3.30m高程后，按液化土层体积的9%抛填块石并压实，上部回填粉质粘土（山皮土）。进行地基处理后基础坐落在粉质粘土上，处理后解决了地基液化、承载力不足、不均匀沉降等一系列问题。该方案投资直接费约175万元。

以上四个方案均可达到减轻液化影响、提高地基承载力的作用。考虑到围封法施工期长，排水费用高，且不能解决地基松散的问题，而振冲法先期施工碎石桩，形成密实地基，减小了场地内的排水费用，但是破坏了不透水层，可能导致形成渗漏通道。水泥土搅拌桩施工费用稍高，不适宜在冬季施工。

根据地质情况，属于浅层软弱地基和浅层液化，设计采用抛石换填法，既经济又方便施工。

6结语

由于本工程施工期在冬季，温度较低，采用抛石+山皮土换填处理地基液化和承载力不足的问题，较好的解决了施工期限制、节省了工程成本、加快了施工进度。修建橡胶坝后，完善了海堤工程，能有效的防止海水倒灌，改善沿海地区的生态环境，保证洋河河口广大地区的防风暴潮安全，促进沿海地区经济可持续发展。

参考文献：

[1]SL435-2008海堤工程设计规范[S].

[2]GB50286-2013，堤防工程设计规范[S].

[3]SL227—98，橡胶坝技术规范[S].