浸水路堤軟基處理及防災減災技術研究

蘭金陵

(廣東省長大公路工程有限公司,廣東廣州 511431)

浸水路堤軟基處理及防災減災技術研究

蘭金陵

(廣東省長大公路工程有限公司,廣東廣州 511431)

文章主要是針對受潮汐影響的海灣地區(qū)浸水路堤,項目選擇“拋石擠淤+三角沖擊夯碾壓”的方法對軟基進行處理。文章簡述了海陵大堤浸水路堤受潮汐影響的工程特點,分析了拋石擠淤地基處理原理,指出了拋石擠淤加固軟土地基的優(yōu)點,詳細地介紹了施工方法,并通過設置6個斷面埋設沉降板對大堤處理后的沉降進行觀測,發(fā)現路基沉降較小且基本連續(xù),保證工程實體質量,縮短了工期,實現了良好的防災減災的效果。

浸水路堤 軟基處理 拋石擠淤 強夯 防災減災

隨著我國公路建設的不斷發(fā)展,在工程建設中不斷涉及到軟基處理問題,尤其是受潮汐影響的海灣地區(qū)。根據潮汐影響、工程重要性、工期要求、工程投資限制、軟土性質及空間分布等情況,合理地選擇處理方法及制定施工方案對路基進行處理顯得格外重要。

1 應用環(huán)境

**大堤為連接大陸與海陵島的唯一通道。工程所在地勘察區(qū)為沖擊地貌類型,其上覆土層為第四系全新統至晚更新統碎屑建造層。工程地質勘察報告揭示：擬建工程區(qū)上覆土層為第四系全新統至晚更新統淤泥類土或砂層、花崗巖風化殘積層、下伏燕山期全風化花崗巖、強風化花崗巖,中風化花崗巖、微風化花崗巖。其中第四系濱海相沉積土為淤泥,分布于沿線路基的上部和下部,有的埋藏淺或露出地面,有的埋藏深,厚度變化大層位不太穩(wěn)定?？辈靺^(qū)軟土具有如下特點：天然密度小,含水量高,孔隙比大,地基土在較高路基的荷載下有較大的變形。滲透系數小,透水性大,土基固結時間較長。壓縮系數大,可縮性,建造的路基沉降量大。抗剪強度低,粘聚力小,雖然在排水固結后,土基抗剪強度可以提高,但由于排水固結過程緩慢,抗剪強度增長也很緩慢,很難在短期內提高土基的穩(wěn)定性。

圖1

圖2 拋石擠淤強夯置換加固軟弱地基施工示意圖

圖3

圖4

表1

2 **大堤受潮汐影響的工程特點

**大堤因受地形條件和水文條件的限制,乃拋石填筑而成的浸水路堤。浸水路堤是指受到季節(jié)性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等。**大堤兩側長期浸水,需要承受水位漲落給路堤帶來的壓力。眾所周知,浸水路堤失穩(wěn)常常和水位的漲落息息相關,而**大堤左側為外海,水面標高受漲落潮影響較大;右側為圍海養(yǎng)殖段,水面標高受漲落潮影響不大。主要的原因有：

(1)水位急速上升時,浸水路堤的浸潤曲線左高右底,土體除承受豎向的向上浮力外,還承受滲透動水壓力的作用,作用方向指向土體內部,有利于土體穩(wěn)定,經過一定時間的滲透,土體內水位趨于平衡,不再存在滲透動水壓力。(2)水位驟然下降時,浸潤曲線左底右高,滲透動水壓力的作用方向指向土體外,這將劇烈破壞路堤邊坡的穩(wěn)定性,并可能產生邊坡凸起和滑坡,不利于土體穩(wěn)定,但經過一定時間的滲透,土體內水位也會趨于平衡,不再存在滲透動水壓力。（如圖1）

圖5 軟基分布及觀測斷面布置圖

圖6 被“黑格比”吹襲后的＊＊大堤

圖7 “尤特”過后的其它海堤

圖8 “尤特”過后的＊＊大堤

可見,水位的驟然下降引起的動水壓力是誘發(fā)浸水路堤失穩(wěn)的重要原因。所以,在工程上必須解決這個問題,工程上選用一個合理可行的施工工藝和方案對工程具有積極的意義。

3 **大堤改建工程軟基處理方法的選擇

根據**大堤改建工程的地質勘察結果,本工程東側新建路基及護坡范圍存在較厚的軟弱土層。大堤東側路基及護坡范圍包括舊路堤的拋石層和未受拋石障礙的兩部分區(qū)域,未受拋石障礙區(qū)域需先進行基底處理,以消除沉降,提高地基承載力。

由于該路段的右幅路基以前進行過拋石擠淤處理,路基下部存在著一定厚度的拋石層,且拋石為未風化硬質巖石,大多數的軟基處理方法和施工機械都無法穿透該拋石層,且為確保路基基底的穩(wěn)固,特別是新老路基的緊密結合,防止新填路基過大沉降,引起路面開裂,造成路基病害,加之道路施工期短,必須嚴格控制工后沉降。

由于本工程施工環(huán)境的限制,粉噴樁以及傳統的地基加固的方法無法滿足工程的要求。從施工可控性、地基處理效果、工期以及綜合造價等多方面因素考慮,經綜合比選,在眾多的地基處理方法中,采用拋石擠淤與強夯法相結合。該處理不僅能夠穿透該拋石層,其處理后的地基穩(wěn)定性要優(yōu)于其它復合地基處理方法,完全可以滿足工程的地基處理要求。

4 拋石擠淤+強夯法 地基處理的原理及優(yōu)點

根據本項目的工程特點,首先采用拋石擠淤法對軟基進行處理。拋石擠淤是對含水量高、孔隙比大、透水性弱、抗剪強度低的軟土路基,利用振動碾壓機器,加入片石,對片石進行振動碾壓,淤泥質粘土由于受振動、擠壓、擾動等原因,土的結構產生破壞,當片石背擠入后,土顆粒重新調整,孔隙水通過片石排出,孔隙壓力逐漸消散,使下臥層的淤泥質粘土的性能得以改善。通過置換擠密作用,使片石充分擠填到軟土中,以提高地基承載力,減少沉降。經過片石填充后片石層下的淤泥質淤泥結構經重新調整,且片石本身就具有良好的透水性,因此可加速地基固結,使淤泥質粘土的結構強度得以恢復和提高。

拋填片石后再進行強夯地基,可降低地基土的孔隙度、減少壓縮性,增加地基土的壓縮模量,增加地基的均勻性,從而提高地基的承載力。其加固的施工效果如圖2所示。

拋石擠淤具有工序簡單、施工方便、加強效果明顯、經濟效益顯著等特點,是工程中進行軟土地基加強處理常采用的方法。強夯法具有效果顯著、設備簡單、施工方便、適用范圍廣、經濟易行和節(jié)省材料等優(yōu)點。

5 拋石擠淤+強夯法 施工技術方案

5.1 準備工作

(1)組織技術人員認真閱讀設計圖紙和技術資料,熟悉合同文件和技術規(guī)范。(2)組織有關人員對水準點及控制樁等進行全面的調查、核對。(3)做好現場布置及臨時設施的施工、維護、修建施工便道。

(4)恢復路線中、邊線,拋填片石平面位置、打樁標明后報監(jiān)理工程師檢查。(5)將拋填的原材料(如片塊石)經自檢合格后上報監(jiān)理工程師審批。

5.2 施工工藝流程圖(如圖3)

5.3 測量放樣

導線復測完畢后,對導線點及中樁進行加密,按照圖紙進行拋投片石的施工放樣。即先按拋投片石設計標高計算出拋投片石路段頂面的路基寬度,定出拋石路基頂面的邊樁和路線中樁。

5.4 拋投片石

拋石料徑下大上小原則,較大粒徑石料拋于淤泥底基。用自卸汽車將石料運至拋投現場路基平臺處(嚴禁直接向軟基中直接傾倒),先用挖掘機進行分選拋投,第一層拋石的片石尺寸適當加大,宜為30～80cm。直至片石露出淤泥面或水面50cm,然后由推土機將小粒徑的碎石推平嵌縫。拋投路線采用占進法,采用推土機和挖掘機配合進行,從平臺往中間拋投,并使淤泥從里往外擠出。為保證路基穩(wěn)定,防止路基豎向沉降過大和側向滑移或傾覆,需要對路基邊坡線以外的水工部分加拋塊石護底,作為路基的反壓護道和軟基拋石的襟邊寬度。

5.5 碾壓

拋石擠淤段：拋投過程中首先由自重較大的推土機及挖掘機來回走動進行碾壓,使片石沉入基本穩(wěn)定。待作業(yè)面展開后,再用自重18T以上的振動式壓路機進行碾壓,一般碾壓次數不少于20遍,碾壓過程中,用人工將片石空隙以小石或石屑填滿鋪平,直至拋石層頂面平整無明顯孔隙。在振動壓路機初壓后,采用符合圖紙設計要求三邊形沖擊壓路機(沖擊勢能≥25Kj,如圖4)進行增強補壓,碾壓篇數不少于20遍,使所拋石塊不能下沉為止,即前后兩次碾壓層厚變化不大于5cm。加拋段塊石：用自重18T以上的振動式壓路機進行碾壓,一般碾壓遍數不少于15遍,使所拋石塊不能明顯下沉為止,前后兩次碾壓輪輒不大于9cm。

5.6 壓實檢測

壓實程度檢測采用沉降觀測法,以重型振動壓路機壓實,當壓實層頂面穩(wěn)定,無輪跡,可判為密實狀態(tài)。在檢測路段選擇檢測點,用白灰做出明顯標記,先記錄初始高程,然后用壓路機振動壓實2遍后,再觀測檢測點的高程,如前后兩次檢測點高程差在3mm以內,可判定沉降穩(wěn)定,壓實度滿足要求。沉降觀測檢測點的抽檢頻率參考灌砂法的檢測頻率。拋石擠淤軟基處理檢驗合格后方可進行下道工序的施工。如檢驗后不符要求,查明原因,采取措施或繼續(xù)碾壓,直到合格。

5.7 沉降觀測

(1)監(jiān)測目的：①拋石擠淤厚度;②路堤及路面結構層完成后,在重力荷載作用下拋石擠淤處沉降量;③填石路堤下承層(無軟基部分)在路堤及路面結構層重力荷載作用下沉降量;④路基護坡坡腳線外頂面加拋塊石沉降量,此外,加拋塊石以外護底的沉降量以后再根據試驗方法確定。

(2)監(jiān)測方法：根據勘探報告,軟基處理段平均軟基深度約為8.7m,以此為依據在全線選取具有代表性的6個斷面,分別為K63+880,K63+300,K62+875,K62+575,K61+975,K64+485,此6個斷面的平均軟基深度約為8.7m(如圖5)。

每個橫斷面埋設沉降板,沉降板由鋼板和圓鋼組成,鋼板尺寸為350mm×350mm×20mm,直徑為28mm長3m的圓鋼焊接在鋼板中心上,埋設時沉降板周圍石頭先用人工配合挖機壘好,保持沉降桿豎直。

(3)質量檢查：①沉降板及沉降桿、外套管的構件加工制作符合鋼結構加工技術要求。②沉降板埋設應用水準儀嚴格檢查水平度。③沉降桿及套管埋設的垂直度誤差應≤10mm。④長期觀測所用水準基點要保護好,嚴格控制其水準高程。

(4)觀測周期：沉降觀測在沉降板埋設完成后每天觀測記錄一次,連續(xù)觀察一個月,待沉降數據基本穩(wěn)定后,每個月觀測一次,直至路面瀝青面層完工。每次設置及觀察沉降板要有具體負責人員到現場才能安排進行,在沉降觀測點附近應埋設能長期保持穩(wěn)定的水準點用于觀測。有關觀察設備、儀器在每次觀察時進行校核檢查,確保數據準確性。每個觀察點的每次沉降觀測應準確記錄時間及數據,由專人負責整理,現場簽認。

(5)觀測成果：根據沉降觀測成果顯示：經過軟基處理后,各個沉降觀測點無異常沉降,路基范圍內沉降數值小且連續(xù),符合設計及規(guī)范要求。

6 效果分析

工程建設領域中軟土路基的處理方法多種多樣,但一些施工方法存在著施工期長、工藝繁雜、投資費用高等缺點,而拋石擠淤處理濱海地區(qū)軟土路基,不僅能夠很好地克服以上缺點,且達到以下效果：

6.1 防災減災

陽江市地處廣東省西南沿岸,屬南亞熱帶季風氣候區(qū),常年受臺風等災害的影響。據相關統計,影響陽江市的臺風平均2-3個/年,其中嚴重影響的1.5個/年,影響時間最早的為4月(2008年),最晚影響時間為11月(1993年),而6-9月是臺風影響陽江市的主要時期。臺風往往具有著移動速度快,毀滅性嚴重,人力不可抗拒并且常伴有大暴雨等特點。臺風過程中帶來的暴雨和風暴潮造成嚴重的洪澇和風暴潮等災害,將嚴重影響著陽江市的交通以及日常生產。陽江市的近海養(yǎng)殖業(yè)今年來有著明顯的發(fā)展,但是由于堤壩的防洪能力低,每當汛期,洪水沖垮堤壩時有發(fā)生,并造成重大經濟損失。

(1)臺風“黑格比“;受2008年第十四號臺風“黑格比”的影響,**大堤跨海段被巨浪沖擊路基護坡,造成**大堤損壞十分嚴重。主堤路段共十四處路基形成缺口(全毀),共長1188m的路基整體被沖毀;另有16處(長632m)路基半幅被毀;右側護坡全部被毀,左側約一半的護坡被毀,兩側的波形梁鋼護欄及纜索護欄全部被毀。遭到強臺風“黑格比”的襲擊后,海陵島頓時成為一座“孤島”,島上10萬余人被困。島內交通、電力、供水和通訊一度中斷,造成重大影響(如圖6)。

(2)臺風“尤特“;于2013年8月14日15時50分,強臺風“尤特”正面從該市登陸,臺風登陸時中心附近最大風力為14級,最大風速為42米/秒。而此次的**大堤正處于改建期,大大提高了海堤的防御標準,并增強了抵抗風暴潮的能力。確保了**大堤工程和人民群眾的生命安全,大堤依然堅如磐石,使災害損失減少到最低限度(如圖7、圖8)。

兩個正面登陸臺風破壞強度對比如表1。

6.2 施工效果

(1)片石拋填后,利用片石間的擠密咬合作用,使其地基整體性好,能明顯提高地基的抗剪強度,增大地基的承載力;(2)片石間大孔隙滲透性好,能形成排水面,加速下臥軟弱土層固結;(3)片石具有良好的水穩(wěn)定性,壓縮性較低,可有效消除地基壓縮導致的地基沉降;(4)片石間的空隙大,毛細水無法上升,能有效防止毛細水上升侵蝕路基;(5)施工工藝簡單,能較好的達到高速優(yōu)質的施工效果。

6.3 節(jié)約成本

施工過程中,利用片石自重進行擠淤,不僅收到良好的擠淤效果,且能夠減少機械設備投入,節(jié)約施工成本。

7 結語

**大堤改建工程的軟基處理部分已經圓滿完成,且此次的軟基處理耗時160天,相對于其它施工方法大大縮短了工期。根據本工程實例的施工效果表明,拋石擠淤+強夯法地基處理效果顯著,地基承載力得到有效提高,不均勻沉降的隱患消除,并且隨時間的推移,孔隙水逐漸消散,地基承載力可進一步提高。再采用三邊形沖擊壓路機進行強夯,效果再次得以提高,有效的達到拋石擠淤,提高路基壓實度。拋石擠淤+強夯法施工達到加強地基,效益高,速度快,無污染且工程造價低,施工周期短,達到了理想的效果,可為以后的類似工程,盡早發(fā)現問題,以及解決問題,保障工程的質量和進度提供寶貴的經驗,作借鑒作用。

蘭金陵(1987.01.27-),男,籍貫：湖南,學歷：本科,職稱：助理工程師,研究方向：公路橋梁。