海涂圍墾工程中懸掛式爆＊破擠淤基礎(chǔ)處理技術(shù)探討

王文杰,趙微人,郭加根

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;

2.杭州市水利水電勘測設(shè)計院 蕭山分院,浙江杭州 311201)

浙江省東南沿海海床底質(zhì)基本上為軟土,其厚度一般達15～40m,軟土地基最為鮮明的特點是：靈敏度高,含水量大,承載力低,因此,在這類地基上進行工程建設(shè)首先必須對地基進行處理。就圍涂工程而言,基礎(chǔ)處理通常采用的方法有塑料排水板和爆破擠淤。塑料排水板造價較低,目前施工技術(shù)也比較成熟,不論軟土層厚薄均可實施,其缺點是施工工期長,工后沉降大;爆破擠淤由于采用拋石充填料置換軟土,所需石方量較大,因此,工程造價較塑料排水板而言要高一些,但其明顯的優(yōu)勢是施工進度快,工后沉降小。正因為兩種方法各有其優(yōu)缺點,我省沿海圍涂工程地基處理中兩種方法都有采用?？傮w而言,塑料排水板應(yīng)用較為廣泛,但爆破擠淤技術(shù)應(yīng)用實例也越來越多,如溫州、舟山等地均在應(yīng)用。軟土地基爆破擠淤基礎(chǔ)處理一般分落底式和懸掛式兩種,所謂落底式系指爆破后被置換的爆填石料底高程達到持力層,如粉質(zhì)粘土,砂質(zhì)粉土或砂礫石層等,這種斷面設(shè)計技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟,通常軟土層厚度不大(如15～20 m)的區(qū)域均可采用落底式;而懸掛式則不同,由于軟土層深厚(一般達20～40 m),通常難以將其全部置換掉,如全部予以置換,不僅造價太高,就工程本身而言一般也沒有必要。因此,為了進一步改進懸掛式爆破擠淤基礎(chǔ)處理技術(shù),盡可能減小工后沉降,有必要進行總結(jié),供同行今后設(shè)計工作中參考。

1 問題的提出

對于落底式爆破擠淤基礎(chǔ)處理而言,一般爆填堤心石的底高程(土石混合層)落在持力層之上,所謂持力層系指土層地質(zhì)力學(xué)指標(粘距離C,摩擦角 φ)高,承載力好(一般達100 kPa以上),因此,壩體的工后沉降小(一般幾厘米);而懸掛式爆破擠淤基礎(chǔ)處理由于軟土層深厚,爆填堤心石底高程不能落到持力層之上,而是“懸浮”于軟土之中,由于軟土地基的土體力學(xué)性質(zhì)差,含水量高,承載力低,因此,如果爆填堤心石斷面設(shè)計不合理,壩體產(chǎn)生的沉降可能會比想象的要大的多,給后期堤頂預(yù)留超高值的確定帶來很大的困難,須引起高度重視。本文擬通過工程實例加以闡述并提出改進的措施。

2 工程簡介

楊文圍涂工程(分東、西圍區(qū),本文僅涉及東圍區(qū))位于浙江省溫州市洞頭縣洞頭島東北的嶼仔島與內(nèi)瑾、嶼仔島與柴岙之間,界于 27°51′07″～27°51′40″N,121°09′28″～ 121°10′20″E之間。圍涂的北側(cè)為洞頭島與三盤島之間的水道,南側(cè)為洞頭島陸域,東側(cè)為洞頭客運碼頭(水桶擂碼頭),參見圖1。

圖1 楊文圍涂工程位置圖Fig.1 The location of Yangwen reclamation engineering

2.1 自然條件

楊文圍涂工程東圍區(qū)的涂面稍陡,東西向長1 000m左右,涂面高程在-1.7～0.5m(假定基面,下同)之間,平均為-0.84m,平均坡度為1：180。

洞頭附近海區(qū)的潮汐屬正規(guī)半日潮。根據(jù)洞頭潮位站1985—2002年實測資料統(tǒng)計,最高高潮位5.27 m(發(fā)生在1994年9417號臺風(fēng)期間),多年平均高潮位3.03m;最低低潮位-2.72 m,多年平均低潮位-1.08 m(1990年);多年平均潮位0.97 m;最大潮差6.77 m(1996年),最小潮差1.13 m(1987年),平均潮差4.09m;平均漲潮歷時6.17 h,平均落潮歷時6.08 h。

工程區(qū)域多年平均風(fēng)速4.8 m/s,最大風(fēng)速34.0 m/s,最大風(fēng)力12級以上,8級以上大風(fēng)多年平均約31.6 d,6—8月盛行東南到西南風(fēng),11月—次年3月盛行北到東北風(fēng)。

根據(jù)現(xiàn)有海圖資料和鄰近海洋測站資料分析,本工程主要受外海傳入的波浪影響,因而采用波浪數(shù)學(xué)模型進行計算,堤前波要素如表1。

本工程圍堤堤基軟土層深厚,軟土層底板標高在-25 m以下,如圖2所示。因此,若采用爆破擠淤法進行基礎(chǔ)處理,則只能采用懸掛式爆破擠淤。

表1 50年一遇堤前波要素匯總表Table1 Wavematrix elements of once in 50 year return wave in the front of seaw all

圖2 工程地質(zhì)典型剖面圖(m)Fig.2 A typical profile of engineering geology(m)

2.2 圍堤斷面結(jié)構(gòu)擬定

圍堤為3級建筑物,按50 a一遇高潮位加50 a一遇風(fēng)浪爬高(允許越浪)和安全加高進行設(shè)計。

1)堤頂高程確定

圍堤堤頂高程同時滿足同頻率的潮位與波浪組合作用的要求,經(jīng)計算得到圍堤的堤頂高程堤9.3 m(擋浪墻高程)。

2)圍堤地基處理

對于軟土地基,基礎(chǔ)處理一般不外乎兩種方法：塑料排水板和爆破擠淤。由于本工程堤基面向東北向開闊海面,東北方向的波浪很大,加上涂面又較低,因此,塑料排水板施工難度較大,再加上施工工期較長,沉降也大,難以滿足業(yè)主急于開發(fā)的要求;而爆破擠淤填石法進行地基處理,雖然一次性投資較排水板要大些(約10%左右),但由于施工進度快,工后沉降小,所以經(jīng)綜合比較推薦采用。根據(jù)堤身整體穩(wěn)定要求,爆破填心石(混合過渡層)底高程為-26.5 m,底寬24.4m,坡比1∶0.8。具體斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 圍堤典型斷面結(jié)構(gòu)圖(m)Fig.3 A typical diagram of an embankment cross-section(m)

2.3 存在的問題

本工程于2004年8月20日開工,2005年3月25日完成堤基爆炸擠淤填石。爆填堤心石完成后,經(jīng)過物探單位對爆填堤心石部分勘查,土面以下部分爆破體斷面形式基本與設(shè)計斷面一致。經(jīng)過一段時間的沉降觀測,認為基本上也沒有沉降產(chǎn)生(2～3個月僅幾個mm)。于是,給我們認識上帶來了誤區(qū)：認為爆破處理的地基,其上部結(jié)構(gòu)基本不會發(fā)生沉降。但為了確保擋浪墻高程不低于設(shè)計高程,決定在擋浪墻和堤頂路面施工中預(yù)留小量的沉降超高值,即10 cm。擋浪墻完工后,不斷進行高程測量,發(fā)現(xiàn)沉降并無有收斂的跡象,經(jīng)近1 a左右時間,非但把預(yù)留部分全部沉完,還略低于原設(shè)計高程,這是始料未及的事情。圍堤堤頂擋浪墻沉降觀測成果如表2。從表可知,其最大沉降值較預(yù)留值大出近20 cm。為此,又對墻頂進行加高處理。

表2 堤頂擋浪墻沉降觀測記錄＊Table 2 Subsidence data observed at the top of dike w all

3 結(jié) 語

對于懸掛式爆破擠淤基礎(chǔ)處理技術(shù),目前還處于摸索階段,本文通過工程實踐認識到工后沉降問題不容忽視。在不增加工程量的前提下,爆填堤心石部分的斷面結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量考慮采用“矮胖”型斷面,即加大腰寬,減小落底深度,可以有效降低堤頂工后沉降。除此以外,筆者認為,對于懸掛式爆破擠淤基礎(chǔ)處理,其上部結(jié)構(gòu)的水平外移和結(jié)構(gòu)傾斜問題也必須引起重視,加強原位觀測工作,以防患于未然。

[1] 楊岸英.爆破擠淤法填筑海堤[J].遼寧師專學(xué)報：自然科學(xué)版,2003,5(4)：91-93.

[2] 吳建星,梅甫定.水下爆破擠淤處理軟基技術(shù)[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2007,5：27.