機(jī)械戽水密實(shí)粉砂技術(shù)在紹興縣標(biāo)準(zhǔn)海塘工程中的應(yīng)用

來移年,宋 波,周 烽

(紹興縣水利局,浙江 紹興 312000)

1 工程概況

紹興縣口門丘北堤標(biāo)準(zhǔn)海塘工程位于錢塘江尖山河段南岸,全長(zhǎng)5.85 km,工程位置平均高潮位3.48 m(1985國(guó)家高程基準(zhǔn),下同),多年平均低潮位-1.14 m,漲落潮垂線平均流速分別為2.97,3.35 m/s,漲落潮垂線平均含沙量為3.0～4.0 kg/m3。據(jù)實(shí)測(cè)資料,工程區(qū)涌潮流速可達(dá)6～8 m/s。根據(jù)對(duì)工程區(qū)近年來塘前沖刷高程的測(cè)量和分析,此工程塘前灘地沖刷高程在-5.0～-8.0 m,涌潮動(dòng)力強(qiáng)勁,粉砂土松散易沖是工程區(qū)的主要特點(diǎn)。根據(jù)省定錢塘江治理規(guī)劃線,至2007年該段海塘已完成圈圍,具備了建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)海塘的條件。口門丘北堤分為東、中、西3片,其中中、東2片于2003年完成圈圍,西片于2007年完成圈圍。圍涂時(shí),整個(gè)北堤均采用拋石促淤圍成,堤基灘涂低,土壤松散,自2003年以來的6 a時(shí)間中東片北堤度汛斷面堤頂下沉近1 m。同時(shí),標(biāo)準(zhǔn)海塘施工以原圍墾度汛斷面為施工圍堰,新堤軸線距離原度汛斷面軸線30多米,減少新堤填筑后的沉降量成為標(biāo)準(zhǔn)海塘施工質(zhì)量的關(guān)鍵 (根據(jù)初步設(shè)計(jì),海堤計(jì)算沉降量東段為45 cm、中段為53 cm、西段為47 cm。)

2 工程地質(zhì)

塘身地質(zhì)勘探結(jié)果表明,海塘堤基可分為3個(gè)工程地質(zhì)層:

(1)①-2層砂質(zhì)粉土,灰黃色,濕,稍密～中密,具微層理,鱗片狀結(jié)構(gòu),中等壓縮性,低液限,黏粒含量一般小于10%,具搖振反應(yīng),層頂高程5.25～4.15 m,標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)試驗(yàn)平均錘擊數(shù)9.0擊。

(2)②-1層黏質(zhì)粉土,深灰～灰黃色,濕,松散～稍密,中等至高壓縮性,黏粒含量一般為10%～15%,具搖振反應(yīng),標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)平均擊數(shù)6.3擊,層頂高程3.40～2.23m。②-2層砂質(zhì)黏土,灰黃色,濕,稍密～中密,中等壓縮性,黏粒含量一般小于10%,具搖振反應(yīng),層頂高程1.24～-0.27 m,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)平均錘擊數(shù)9.8擊。②-3層砂質(zhì)粉土,中等至密實(shí),中等至低壓縮性,低液限,黏粒含量一般小于10%,層頂高程-0.75～-2.07 m,層厚13.7～18.6 m,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)平均錘擊數(shù)13.5擊。

(3)③層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,灰色,流塑,高壓縮性,層頂高程-15.05～-20.05 m,層厚6.20～9.30 m。

根據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)堤沉降變形的分析,堤頂沉降的原因一方面是堤基整體沉降所致,即-15.0 m以下高壓縮性軟黏土層的壓縮變形,另一方面大的沉降來自于堤基②-1～②-2層稍密的粉砂層以及新填筑的堤身土,如能使②-1層和②-2層通過地基處理達(dá)到中密 (標(biāo)貫15擊)以上,而新填筑土亦達(dá)到中密(標(biāo)貫15擊)以上,則不僅堤頂?shù)某两底冃慰梢缘玫娇刂?而且堤身外護(hù)坡的變形值亦將大幅減小,從而達(dá)到確保標(biāo)準(zhǔn)塘建設(shè)質(zhì)量的目的。

3 挖掘機(jī)機(jī)械戽水密實(shí)的原理、方法及效果

3.1 戽水密實(shí)的原理

粉砂土是一種介于砂性土和黏性土之間的中間土,粉砂土雖然松散易沖而且易液化,然而,它同時(shí)亦具有承載力高,排水固結(jié)快的特性。20世紀(jì)70年代,蔣緯等[1]曾試驗(yàn)采用人工開溝戽水密實(shí)來提高人工筑堤的防滲性能,效果良好。其方法就是通過粉砂土開溝灌水和人工擾動(dòng)促其液化并排水固結(jié),達(dá)到密實(shí)粉砂的效果。隨著施工機(jī)械的大量應(yīng)用,考慮對(duì)堤基和新填筑土,通過灌水和用挖掘機(jī)擾動(dòng)粉砂土層使其液化,使液化土體內(nèi)顆粒重新組合并產(chǎn)生超靜水孔隙水壓力[2],自土體內(nèi)向上冒起,通過反復(fù)擾動(dòng)液化使土體中孔隙率和含水率顯著降低,達(dá)到密實(shí)粉砂土堤基和堤身的目的。

3.2 堤基戽水密實(shí)處理

根據(jù)堤基狀況,確定堤基處理深度為-0.5 m。根據(jù)挖掘機(jī)在類似地基戽水密實(shí)處理的實(shí)踐,有效的處理深度為3 m,首先將堤基土1.5 m(耕作土層不易擾動(dòng))用泥漿泵挖除,堆放至堤身內(nèi)側(cè),然后,劃分每400 m一段,用水泵將水灌入粉砂層浸泡,從第2天開始,采用PC200挖掘機(jī)進(jìn)行戽水作業(yè),作業(yè)方式就是將挖掘機(jī)抓斗插入土中,前后搖動(dòng),使土體逐漸液化成水樣,5 min后 (要求達(dá)到液化深度3 m以上)移動(dòng)位置進(jìn)行異地作業(yè),直到將處理地塊全部液化。

液化后的土體,約10 min后開始冒氣泡,約20 min后冒水并出現(xiàn)砂粒流出且出水量相當(dāng)大,排出的水體,經(jīng)排水溝匯集后抽排或引出。第1次戽水后,土體并未達(dá)到處理效果,故間隔12 h后進(jìn)行第2次,直至土體中的水大部分排出,土體難以液化為止。一般處理次數(shù)為7～10次,時(shí)間5～7 d。

3.3 堤身密實(shí)處理

堤身土采用泥漿泵吹填粉砂土而成,歷次圍涂吹填實(shí)踐表明,粉砂土吹填后的干密度為1.18～1.61 g/cm3,差異非常大,這種差異將導(dǎo)致堤身沉降變形。為此,根據(jù)堤身較寬的實(shí)際,將挖掘機(jī)直接開進(jìn)吹填區(qū),邊吹填邊戽土。一般在吹填土厚度達(dá)到1.0～1.5 m后進(jìn)行挖掘機(jī)戽土,挖掘機(jī)在吹填區(qū)來回走動(dòng),并利用挖掘機(jī)進(jìn)行吹填區(qū)域筑小子堤等輔助吹填作業(yè),邊吹填邊戽水雖然影響吹填進(jìn)度,但可達(dá)到節(jié)省人力和密實(shí)土堤的目的。一般每400 m安排1臺(tái)PC200挖掘機(jī)。

3.4 土堤戽水密實(shí)的效果

為檢測(cè)堤基和堤身戽水密實(shí)的效果,委托浙江省水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站對(duì)口門丘東片標(biāo)準(zhǔn)海塘堤基和堤身質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),成果見表1。經(jīng)過挖掘機(jī)機(jī)械戽水密實(shí)處理,粉砂土層全部達(dá)到標(biāo)貫15擊以上,即中密以上,平均干密度達(dá)到1.52 g/cm3,最小干密度達(dá)到1.44 g/cm3,相對(duì)密實(shí)度堤基達(dá)到0.72以上,堤身達(dá)到0.79以上,平均相對(duì)密實(shí)度達(dá)到0.885,遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)指標(biāo)0.67。

表1 機(jī)械戽水密實(shí)前后土體指標(biāo)對(duì)照表

經(jīng)對(duì)東、中堤完工(東堤完工期為2010年11月30日,中堤完工期為2010年12月31日)后的6次堤頂實(shí)測(cè),東堤10個(gè)月總沉降量為3.4～4.5 cm,中堤9個(gè)月總沉降量為3.0～3.6 cm(見表2)。由于處理方式僅消耗機(jī)械臺(tái)班而不消耗物力,因此,堤身和堤基戽水密實(shí)成本僅為1.0元/m3左右。

表2 東、中片標(biāo)準(zhǔn)海塘完工后堤身沉降實(shí)測(cè)成果表

4 結(jié) 語

在錢塘江強(qiáng)潮河口粉砂土地基筑堤施工中,采用挖掘機(jī)戽水密實(shí)施工,具有成本低、時(shí)間短、不消耗物料等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)處理后的堤身堤基密實(shí)度高,工后沉降變形小,提高了標(biāo)準(zhǔn)塘的施工質(zhì)量。

由于錢塘江沿岸粉砂土的顆粒組成不盡相同,戽水密實(shí)的處理時(shí)間、工藝和處理效果還需進(jìn)一步深化研究。

[1]蔣緯.土堤戽水密實(shí)實(shí)驗(yàn)[R].杭州:浙江省河口海岸研究所,1979.

[2]來移年.閘基測(cè)壓管水位異常分析 [J].水利管理技術(shù),1996(1):51-52.