深厚淤泥條件下爆炸擠淤圍堤質(zhì)量檢驗方法探討

翁洪苞 張海元

深厚淤泥條件下爆炸擠淤圍堤質(zhì)量檢驗方法探討

翁洪苞 張海元

中交三航局廈門分公司

該文依托福州可門港區(qū)4#、5#泊位圍堤爆炸擠淤軟基處理工程，對工程的質(zhì)量檢驗指標及方法展開研究,除采取擠淤體積平衡法、鉆孔檢測法和物探檢測法外，利用現(xiàn)場圍堤沉降變形監(jiān)測手段，增加自沉降量監(jiān)測法來檢驗深厚淤泥爆炸擠淤圍堤的施工質(zhì)量。

圍堤爆炸擠淤 自沉降量 質(zhì)量檢驗

0 引言

對于一般厚度淤泥的爆炸擠淤圍堤，通過施工質(zhì)量控制與合理設(shè)計，泥石置換效果往往比較理想。但在深厚淤泥地基中，爆炸擠淤效果受諸多因素影響，泥石置換效果可能不太理想。為了及時檢驗深厚淤泥中爆炸擠淤圍堤在施工期間以及工后質(zhì)量，及時調(diào)整和控制拋填和爆破參數(shù)，確保堤身斷面的完整性，施工過程中需及時跟蹤監(jiān)測圍堤沉降速率與沉降量，并采用傳統(tǒng)的體積平衡法、鉆孔檢測、物探檢測等方法對圍堤施工質(zhì)量進行檢驗。

深厚淤泥爆炸擠淤的圍堤穩(wěn)定性除了與爆炸完成后實際拋填土石方量有關(guān)，還與時間因素有關(guān)。隨著時間增長，圍堤逐漸趨于穩(wěn)定的表現(xiàn)形式為不同時刻的圍堤沉降量。因此，可以通過監(jiān)測不同時間圍堤的自沉量，同樣可以推算堤身的穩(wěn)定性。為此，對圍堤自沉降量的監(jiān)測分析預測圍堤的穩(wěn)定性研究，具有重要的理論與實際應(yīng)用價值。

1 依托工程的基本概況

福州港可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位圍堤工程位于福建省福州市連江縣境內(nèi)羅源灣的南岸。根據(jù)自然條件、地質(zhì)條件的特點，本圍堤工程采用斜坡堤的結(jié)構(gòu)型式。淤泥層深厚，考慮到工程施工進度及經(jīng)濟性，圍堤采用爆破擠淤填石法處理，其中北圍堤、西圍堤及部分東圍堤地基處理均采用此法。北圍堤為海側(cè)圍堤，東西圍堤為接岸圍堤。北圍堤長667m，為永久性圍堤，西圍堤長840m，港區(qū)東圍堤長度1164m，由于遠期東西側(cè)相鄰工程建成后將形成新的陸域，東、西圍堤為臨時性圍堤。本次爆破擠淤的樁號為：K000~K1+504、KE934~KE1+164，總長為1734m，爆破擠淤填石方量約為2885583 m3。

正常設(shè)計高水位：3.14m；設(shè)計低水位：-3.21m；極端高水位：4.65m；極端低水位：-4.31m。

巖土工程勘察報告揭示，該圍堤地層地質(zhì)狀況較差，地基土淤泥層深厚，從泥面開始淤泥層厚度達10～37m，土質(zhì)較差，對圍堤穩(wěn)定性影響較大。

2 自沉降量監(jiān)測法的基本原理

圍堤爆炸擠淤完成后，圍堤在自身重量作用下產(chǎn)生壓縮沉降，包括瞬時沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降3部分。這些沉降由堤身自身壓縮、泥石混合層壓縮與混合層底部土體的壓縮組成。瞬時沉降，是在圍堤置換完畢后，圍堤本身和底部淤泥產(chǎn)生的彈性變形，在此沉降階段里，淤泥孔隙水來不及排出，孔隙體積尚未變化，淤泥僅發(fā)生彈性壓縮變形；固結(jié)沉降，是圍堤在自身重量作用下，底部淤泥孔隙水逐漸擠出，孔隙體積相應(yīng)減小，土體逐漸壓密而產(chǎn)生的沉降；次固結(jié)沉降，此時淤泥孔隙水已經(jīng)消散完畢，有效應(yīng)力不再增長，由于土體蠕變等引起。從時間順序上看，瞬時沉降首先發(fā)生，固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降分別依次發(fā)生。從時間長短上看，前者發(fā)生的時間較短，后兩者較長，與淤泥性質(zhì)和圍堤荷載等有關(guān)。

研究表明，爆炸擠淤效果與圍堤的自沉降量存在如下關(guān)系：

（1）當擠淤效果較好時，即全部淤泥均被填石置換時，此時圍堤的沉降量較小，僅為圍堤本身的填石彈性壓縮和下部粘土的壓縮組成，自沉降量較小，且很快就能趨于穩(wěn)定。這是因為圍堤本身的彈性壓縮，屬于彈性變形，瞬時發(fā)生，瞬時完成，由于填石的彈性模量較大，故整體壓縮量較小。下部粘土層的壓縮，其含水量不大，故排水固結(jié)沉降量較小，基本為彈性和塑性變形引起的，故壓縮量也較小。兩者導致圍堤的沉降量較小，沉降穩(wěn)定時間較快。

（2）當擠淤效果較差時，即下部存在泥石混合層和純淤泥層時，此時圍堤的沉降量較大，沉降穩(wěn)定歷時較長，自沉降量較大。這是因為淤泥的含水量較大，壓縮性較大，其壓縮主要是淤泥排水固結(jié)引起的，而淤泥的滲透系數(shù)較小，處于10-7~10-8cm/s數(shù)量級上，其排水固結(jié)需要較長時間，通常情況下需要歷時幾個月甚至幾年時間，壓縮模量低，達1.0～2.0MPa，導致沉降量也較大。

3 自沉降量監(jiān)測法的應(yīng)用

圍堤的自沉降量與圍堤穩(wěn)定性密切相關(guān)，當擠淤效果較差時，自沉降量較大，反之，則自沉降量較小。通過觀測北圍堤和西圍堤不同時間的沉降量，圖1、圖2可以看出，爆炸擠淤圍堤在初期時沉降量較大，穩(wěn)定性較差，隨著固結(jié)時間，沉降量逐漸減小，圍堤逐漸趨于穩(wěn)定。自沉降量可以定義為：

自沉降量并非定值，而是隨著時間逐漸變化，其大小與穩(wěn)定性有關(guān)。穩(wěn)定沉降量與時間的關(guān)系可以劃分為四個階段：

（1）不穩(wěn)定階段。圍堤淤積完畢后，仍有較大的自沉降量，超過1cm/d，圍堤仍有較大空間的沉降，圍堤處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍堤上部對沉降要求嚴格的建筑物或構(gòu)筑物不能夠施工。

（2）較不穩(wěn)定階段。對于北圍堤，爆炸擠淤完成后40天內(nèi)，圍堤處于較不穩(wěn)定狀態(tài)，自沉降量大，處于1.5～4.0mm/d之間；對于西圍堤，爆炸擠淤完成后160天內(nèi)，圍堤處于不穩(wěn)定狀態(tài)，自沉降量大，處于1.0～1.8mm/d之間。

（3）基本穩(wěn)定階段。對于北圍堤，爆炸擠淤完成后40～140天內(nèi)，圍堤處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，自沉降量較大，處于0.1mm/d左右；對于西圍堤，爆炸擠淤完成后160～380天內(nèi)，圍堤處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，自沉降量較大，處于0.1～1.0mm/d之間。

（4）穩(wěn)定階段。當沉降量小于0.1mm/d時，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 北圍堤沉降量隨時間的變化關(guān)系

圖2 西圍堤沉降量隨時間的變化關(guān)系

利用自沉降量觀測法判別圍堤穩(wěn)定性，通過上面的分析，得到表1中的判別標準。

表1 自沉降量觀測法評價標準

4 圍堤施工質(zhì)量綜合檢驗方法

4.1 體積平衡法

爆炸擠淤填石施工的質(zhì)量控制重要方法之一是體積平衡法，通過對每一次堤頭爆的土石方量進行統(tǒng)計及側(cè)爆、爆后的堤頂補拋土石方量的統(tǒng)計，結(jié)合爆前、爆后斷面測量，計算分析實際拋填土石方量和設(shè)計土石方量的差異程度，推算堤身形成的完整性。

4.2 鉆孔檢測法

利用鉆探檢驗爆炸擠淤圍堤施工質(zhì)量是最直觀、最可靠的方法，沿堤身縱向鉆探取樣，通過鉆孔可查明堤身落底深度、堤身下臥土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)及堤身密實度等情況，除對施工情況進行檢驗外，同時還可對原始地層資料進行驗證。

4.3 物探檢測法

該法也稱為淺層地震反射波法，應(yīng)用最多的儀器是地質(zhì)雷達，是根據(jù)地震波或電磁波的透射原理來確定堤身底界面，方法簡便易行?？蛇M行全堤縱、橫斷面的測量，但其精度稍差，且必須結(jié)合鉆孔結(jié)果分析。

4.4 自沉降量監(jiān)測法

通過打設(shè)沉降管和設(shè)置沉降觀測樁結(jié)合水準儀的方法對不同斷面的圍堤沉降進行監(jiān)測。通過間斷觀測每次的沉降量，來判別圍堤的穩(wěn)定性。

5 圍堤施工質(zhì)量綜合檢驗方法的應(yīng)用與結(jié)果

5.1 體積平衡統(tǒng)計結(jié)果

通過比較實際拋填土石方量和設(shè)計土石方量的差異程度，判定拋填比例?，F(xiàn)場按每50米堤身的拋填比例，根據(jù)實際統(tǒng)計與設(shè)計量比算，每一控制樁號拋填比例基本處于103.9%～138.6%之間，均超過100%，滿足設(shè)計要求。

5.2 鉆孔檢測結(jié)果

沿圍堤縱向布設(shè)鉆孔，利用鉆孔檢驗擠淤施工質(zhì)量。在每一斷面上，布設(shè)3個鉆孔，分別為沿軸線和位于軸線兩側(cè)的3個位置處。從現(xiàn)場檢測結(jié)果看出，鉆孔檢驗擠淤效果良好，泥石混合層厚度小于設(shè)計允許厚度2.5m，幾乎不存在完全沒有得到置換的淤泥層；里程數(shù)K0+940、K1+050 、K1+252與K1+499擠淤處理的泥石混合層厚度相對較大，但仍在設(shè)計允許的2.5m范圍之內(nèi)。

5.3 物探檢測結(jié)果

采用面波法檢驗擠淤施工質(zhì)量，面波點間距為20m，面波波速基本處于200～600m/s之間，單獨采用該法來判斷爆炸擠淤填石情況效果欠佳，需結(jié)合鉆孔檢測進行對比分析。

5.4 自沉降量監(jiān)測結(jié)果

沿圍堤中心線處每隔一定距離布設(shè)沉降位移觀測點，布設(shè)間距均為50m，北圍堤共布設(shè)14個監(jiān)測點，西圍堤共布設(shè)18個監(jiān)測點，監(jiān)測圍堤沉降位移。北圍堤和西圍堤沉降量隨時間的變化關(guān)系如圖1和圖2所示，可以看出，對于北圍堤，爆炸擠淤完成后40天內(nèi)沉降量較大，40天后趨緩，但一直持續(xù)增大；對于西圍堤，擠淤完成后200天內(nèi)沉降速率較大，200天后趨緩。（注：北圍堤沉降中系列1,2,3,…里程數(shù)分別為K0+900, K0+950, K1+000, …；西圍堤沉降中系列1,2,3,…里程數(shù)分別為K0+000, K0+050, K0+100, …）

根據(jù)表1給出的自沉降觀測法判別不同時刻的圍堤穩(wěn)定性標準，得出圍堤各斷面在爆炸擠淤完成后的初期，均處于較不穩(wěn)定；隨著時間的持續(xù)，爆炸擠淤完成后約經(jīng)歷3個月后，圍堤各斷面基本上均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；約經(jīng)歷1年后，圍堤各斷面均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)論

6.1 通過研究擠淤效果與自沉降量的關(guān)系，首次提出圍堤穩(wěn)定性檢驗方法——自沉降量監(jiān)測法判別圍堤的穩(wěn)定性。

6.2 采用本文介紹的圍堤自沉降量監(jiān)測分析預測圍堤穩(wěn)定性的方法，對于深厚淤泥的控制加載爆炸擠淤處理軟基是有效的，其結(jié)果對于實際工程具有重要的指導意義。

6.3 作為深厚淤泥爆炸處理工程的質(zhì)量保障技術(shù)，其判定的方法達到客觀、正確地評價工程質(zhì)量，完善規(guī)范、檢驗標準相關(guān)條款之目的。

6.4 自沉降量監(jiān)測法與體積平衡法、鉆孔法、物探法一并，綜合四種方法且各方法充分發(fā)揮各自優(yōu)點，對施工質(zhì)量進行綜合評價，從而進行全面、動態(tài)控制深厚淤泥爆炸擠淤軟基處理質(zhì)量。

[1] 徐新躍，方德勝. 灰色Verhulst 模型預測軟土地基建筑物的沉降[J]. 地下空間，2001，21(5)：515-520.

[2] 吳劍，張迎春. 軟基路堤最終沉降量的灰色預測[J]. 西部探礦工程，2003，15(7)：30-33.