填方擠淤法處理深度吹填土效果分析

趙宏，孫濤

(1.中國海洋大學環(huán)境科學與工程學院，山東青島 266100；2.青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032)

填方擠淤法處理深度吹填土效果分析

趙宏1?，孫濤2

(1.中國海洋大學環(huán)境科學與工程學院，山東青島 266100；2.青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032)

針對深厚度的吹填土地基進行填方擠淤處理嘗試，采用變形監(jiān)測、孔壓監(jiān)測、動力觸探測試等多種手段對處理效果進行監(jiān)測，并對監(jiān)測效果進行了分析。實驗結(jié)果表明擠淤深度位置主要在5 m～6 m處，水平向影響范圍為20 m～30 m，約為填方路堤的2倍～3倍，而且處理路堤強度不同地方差異較大，后期沉降可能會較大。

填方擠壓法；吹填土；地基處理

1 引 言

吹填土又名沖填土，是在整治和疏通江河航道時，用挖泥船和泥漿泵把江河和港口底部的泥沙通過水利吹填而形成的沉積土。吹填土由于其抗剪強度低、高壓縮性和弱透水性，工程力學性能很差，直接影響工程的穩(wěn)定性和耐久性，因此，有必要對吹填土地基進行處理。本實驗場區(qū)需處理的吹填土地基局部地段淤泥層厚17 m，而采用傳統(tǒng)的拋石擠淤法，處理地基的范圍很有限，一般處理深度在3 m以內(nèi)。由于固結(jié)排水法時間長，而且造價較高，因此本文對深度較厚的吹填土進行填方擠淤地基處理現(xiàn)場實驗嘗試，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來探討填方擠淤在處理深度軟粘土地基的效果進行了分析[1，2]。

2 地基處理方案

2.1 工程地質(zhì)狀況

實驗場區(qū)主要處理土層為第①3層吹填淤泥，第⑥層粉質(zhì)粘土，其中第①3層吹填淤泥揭露層厚1.60 m～14.30 m，為新近回填淤泥，為流塑狀、欠固結(jié)、高靈敏、高壓縮性軟土，工程性狀極差。

2.2 處理方案

常用的地基處理方法有置換法、排水固結(jié)法、灌入固化物、振密擠密法、加筋等。其中適合軟粘土地基處理的常用方法有置換法中的擠淤置換法、排水固結(jié)法、深層攪拌法、高壓噴射注漿法等。但是擠淤置換法一般處理淺層淤泥質(zhì)土深層，攪拌法射注漿法成本較高。拋石擠淤法適用于常年積水的洼地，排水困難，泥炭呈流動狀態(tài)，厚度較厚度小于3 m的軟土。本文實驗地區(qū)欲處理的地區(qū)為深厚吹填土，本文采用填方擠淤置換方法處理深度吹填土，并對處理地基效果進行了現(xiàn)場監(jiān)測分析。

填方用料的粒徑不易過大，控制500 mm以內(nèi)，填方前期(設計填方基本穩(wěn)定至絕對標高2.5 m)，用料應為粗顆粒，后期用料可考慮現(xiàn)場土方情況，兼顧施工造價選擇填料，但盡量使用粗顆粒填料。

填方采用挖掘機進行，方法為進占法。首先由挖掘機在作業(yè)半徑內(nèi)均勻拋第一層填方，完成后，采用自重較大推土機及挖掘機來回走動進行碾壓，待填方沉入后，可進行第二層填方。完成后用同樣方法進行碾壓，若填方無明顯沉降，可向前延伸進行下一段施工，若填方沉降量仍較大，則需再拋一層填方進行碾壓，直至填方沉降量較小為止?；靥钔练胶穸鹊谝粚? m～2 m，其余各層根據(jù)施工情況厚度小于1 m，在施工至設定標高前每層碾壓1遍，施工至設定標高后碾壓2遍～3遍。填方邊坡坡率1∶1，計算石渣平均厚度約10 m，其中高出淤泥面石渣高度約1 m[3，4]。

2.3 監(jiān)測布設

為了探討填方擠淤法對處理深厚度吹填土地基的位移效果影響，對現(xiàn)場試驗進行了變形監(jiān)測(位移監(jiān)測)、應力監(jiān)測、強度監(jiān)測。其中變形監(jiān)測包括沉降監(jiān)測、水平位移監(jiān)測等；應力監(jiān)測布設了孔隙水壓力監(jiān)測點；強度監(jiān)測主要是對處理地基進行了動力觸探檢測。

為研究地基處理過程中，不同深度土層的變形情況，在試驗場區(qū)垂直石渣路堤方向布設深層水平位移監(jiān)測點，具體布設位置見圖1；為研究填方在淤泥內(nèi)的擠入深度及對淤泥的擠壓，在試驗場區(qū)布設沉降監(jiān)測點、隆起監(jiān)測點；為研究填方擠壓對淤泥的固結(jié)的影響，在試驗場區(qū)布設超孔隙水壓力監(jiān)測點(如圖1)。另外補充布設了圓錐動力觸探。

處理前地基土的基本特性指標 表1

圖1 填方擠淤法地基處理實驗監(jiān)測點布設圖

3 觀測與評價

3.1 沉降監(jiān)測

沉降監(jiān)測點為CN1～CN6，監(jiān)測點布設在石渣路堤兩側(cè)和中心位置[5]。

各監(jiān)測點主要沉降發(fā)生在填方完成后5天，在此時間內(nèi)沉降速率較快，平均沉降速率在1 m/日～2 m/日。最大單日沉降量為CN5，為4.251 m，最小單日沉降量為CN6，為1.895 m。在此期間機械車輛反復碾壓約5天，監(jiān)測點沉降開始趨于穩(wěn)定。其中CN2布設于試驗一階段淤泥勘察深度較淺處，而CN5布設于淤泥勘察深度較深處。CN5主要是由于位于路堤中部，受碾壓次數(shù)多于路堤兩側(cè)故沉降較多。

在土石方施工路面相對穩(wěn)定后，為監(jiān)測土石方地基的工后沉降，布設路面沉降點30個，編號S1～S30，布設點位如圖1所示。

各布設于路中心監(jiān)測點前期沉降速率一般較同排監(jiān)測點要大，這與車輛機械施工碾壓有關(guān)，但后期沉降量路兩側(cè)監(jiān)測點不一定比路中心監(jiān)測點小，說明雖然碾壓較少，但在堆填土方自重作用下，加之路基周邊側(cè)限較小，路基在車輛碾壓下有向兩側(cè)變形的趨勢，位移形式也反映在沉降上，故兩側(cè)沉降發(fā)生量依然不小。

圖2 CN1～CN6沉降時間曲線

圖3 部分監(jiān)測點沉降時間曲線

各監(jiān)測點沉降速率有減小，但沉降依然在發(fā)生。S1、S2(監(jiān)測時間25天)在車輛機械碾壓及自重作用下沉降出現(xiàn)收斂，但沉降仍在繼續(xù)，其余監(jiān)測點(監(jiān)測時間10天～13天)沉降并沒有明顯收斂的趨勢。

3.2 隆起觀測

在填方坡兩側(cè)共布設5排，每排6個，共計30個隆起監(jiān)測點，為DU1～DU30，監(jiān)測隆起水平位移和垂直位移，監(jiān)測點位布設詳見圖1。

圖4和圖5都反映出石渣路堤北側(cè)監(jiān)測點DU1、DU7、DU13、DU19、DU20的水平向位移比南側(cè)要大很多，主要原因為土石方施工起始，由于淤泥場區(qū)不利于土石方施工，土石方施工方向與試驗(一階段)方向有一定偏差，起始階段淤泥硬殼層滑裂面并非沿試驗(一階段)方向?qū)ΨQ，現(xiàn)場情況亦說明試驗場區(qū)北側(cè)硬殼層滑裂面范圍較大。如此，后期硬殼層沿初始滑裂面滑動，造成隆起監(jiān)測點南北平面位移的較大偏差。

圖4 隆起點點水平位移時間變化圖

圖5 隆起監(jiān)測點平面位移變化曲線

隆起點DU1～DU30，最大平面位移量為DU20—40.7 m，位于試驗一階段最遠端，最小平面位移量為DU6—1.7 m，位于試驗一階段開始位置。從平面位置上，隨著隆起監(jiān)測點與路基中心線距離的增加隆起監(jiān)測點的平面位移逐漸減小。從時間上，隨著時間的增加隆起監(jiān)測點的平面位移逐漸增大，在土石方施工前沿推過隆起監(jiān)測點，其平面位移逐漸穩(wěn)定。

在DU1～DU30監(jiān)測點的垂直位移中最大隆起量742mm，最小隆起量58 mm擠淤現(xiàn)象在垂直方向明顯，最大隆起量742 mm，最小隆起量58 mm，局部出現(xiàn)隆起包，隆起現(xiàn)象明顯。

3.3 深層水平位移監(jiān)測

為研究土石方施工下不同深度土層的位移情況，在垂直石渣推進路堤方向布設深層水平位移監(jiān)測點，共布設4排，每排3個，共計12個深層水平位移監(jiān)測點，編號C1～C12，深度為7 m～14.5 m(見圖1)隨著勘察淤泥的深度逐漸加深，深層水平位移分兩個方向監(jiān)測，方向一為A向，垂直于土石方推進方向，方向二為B向，平行于土石方推進方向。

圖6 C12—A、B深層水平位移時間曲線

圖6為典型的深層水平位移隨時間變化的曲線，從中可以看出C12約5 m深度以上位移至7月10日明顯拐點出現(xiàn)，此時沿土方推進方向土方推進邊界距離監(jiān)測點約30 m。至7月15日，土方推進試驗一階段長度約50 m，C12在A、B方向繼續(xù)發(fā)生位移，且5 m深度下基本未發(fā)生位移，說明7月10日～7月15日，土方推進約10 m長度應主要是深度5m上土石方，5 m下深度土方約8 m的推進在7月10日已經(jīng)發(fā)生或已相對穩(wěn)定。

3.4 超孔隙水壓力監(jiān)測

共布設了4排，每排4個共計16個孔隙水壓力監(jiān)測點，每排4個監(jiān)測點埋設深度為1個6 m，3個3 m。

圖7 孔隙水壓力變化曲線

從圖7中可以看出在監(jiān)測過程中，(1)孔隙水壓力基本沒有消散；(2)每排監(jiān)測點，最大孔隙水壓力均出現(xiàn)在深度6 m處，說明此深度左右淤泥的擠壓程度較高。

圖8 路堤中間位置的兩個動力觸探點

3.5 動力觸探檢測

圖8中兩個動力觸探點都位于堆填石渣路堤中間，檢測后期強度，從圖8中可以看到(1)堆填石渣為松散到密實，上層1 m左右強度較大；(2)不同堆填平面位置，堆填石渣強度差異大；(3)同一平面位置不同深度堆填石渣強度差異大；主要原因為①填料不均勻，自身強度差異大；②填方局部混有淤泥；③不同區(qū)域及深度填方施工碾壓程度不同。所以可以推測工后沉降會較大。

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)沉降監(jiān)測結(jié)合后期動力觸探強度資料，得出處理效果在路堤不同地段強度差異明顯，后期不均勻沉降較大。

(2)第①層吹填淤泥厚度在4 m～8.5 m，結(jié)合深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)和孔隙水壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)，被擠壓發(fā)生位移的主要為深度約5 m～6 m處，說明處理深度較一般的拋石擠淤法的大。

(3)根據(jù)隆起監(jiān)測點平面位移監(jiān)測及深層

水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，土石方以約10 m寬度推進，沿土石方推進方向，主要影響距離為20 m～30 m，約為2倍～3倍路堤寬度。土方推進過程中，沿土方推進方向，深度約5 m以下石渣在露出淤泥面石渣前約10 m先期達到相對穩(wěn)定。

(4)土石方擠淤效果明顯，隆起監(jiān)測點最大平面位移為約40 m，為路堤寬度的4倍。

[1] 蔣亞，張文淵.拋石擠淤綜合法在加固地基中的應用[J].土工基礎(chǔ)，2005(6)

[2] 曹國照，盧肇鈞.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1994

[3] 趙簡英，王健，吳京平.控制加載爆炸擠淤置換法在工程中應用[J].巖土力學，2006，27(2)

[4] 周勝，張巍，李平.拋石擠淤在軟土地基加強處理中的應用[J].山西建筑，2007(28)

[5] 劉富偉，韓麗馥，謝翰.拋石擠淤輔以強夯的軟土地基處治技術(shù)在沈大高速公路改擴建工程中的應用[J].遼寧交通高等?？茖W校學報，2005(9)

Analysis on the Effect of Deep Hydraulic Fill Improvement in Silt Displacement by Embankment Fill

Zhao Hong1，Sun Tao2
(1.College of Environmental Science and engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；2.Qingdao Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute，Qingdao 266032，China)

Silt displacement by embankment fill is used to try in hydraulic fills improvement，and the effects of the improvement is analyzed with the settlement monitoring，monitoring of horizontal displacement，water pressure monitoring，dynamic penetration test and other monitoring methods.The results show that the compaction depth of place is in the 5～6m department，and horizontal extent of the impact is range of 20 m～30 m，which is 2～3 times of the width of fill embankment.Intensity of different fill embankment is found to have a large respective divergence and post－settlement may be larger.

silt displacement by embankment fill；hydraulic fills；soil improvement

1672－8262(2010)06－170－04

TU753

A

2010—08—09

趙宏(1984—)，男，碩士研究生，主要從事樁基工程與基坑工程研究工作。