拋石擠淤施工技術(shù)研究現(xiàn)狀

徐 海 波

(1.安徽省(水利部淮河水利委員會)水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000； 2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 231000)

1 概述

拋石擠淤是處理軟弱地基的一種方法，主要通過在地基中部向兩側(cè)拋投一定數(shù)量的碎石，將淤泥擠出工程區(qū)域范圍，達到置換淤泥的目的，提高地基的承載力[1,2]。目前對于拋石擠淤的理論研究和施工技術(shù)研究方面相關(guān)成果較少，且適用范圍多局限于淤泥層厚度較小的地區(qū)。拋石擠淤技術(shù)從原理上屬于一種純粹的置換方法，通過施工把工程區(qū)域內(nèi)的軟弱淤泥全部替換成硬度較大的石頭，進而提高原有地基的承載力。因此可以說采用拋石擠淤是地基處理最直接也最安全穩(wěn)妥的一種方法。對于沿海地區(qū)，由于泥沙、海洋、地質(zhì)等的共同綜合作用，沿海灘涂地區(qū)往往具有較厚的軟弱淤泥層，采用拋石把淤泥全部置換掉不現(xiàn)實也不經(jīng)濟；沿海道路工程實踐表明，對于淤泥較厚的地區(qū)，通過拋石擠淤可以在淤泥表層形成一個一定厚度的“人造硬殼層”，可以滿足施工和路基變形穩(wěn)定要求。本文詳細闡述了拋石擠淤技術(shù)的基本原理、施工工藝以及近年來該技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出了在沿海淤積地區(qū)拋石擠淤技術(shù)亟需解決的問題。

2 拋石擠淤原理與施工工藝

2.1 基本原理

淤泥是一種具有高含水量、高壓縮性、強度極低的土體，常處于流塑或流動狀態(tài)。由于淤泥的高壓縮性，石頭與淤泥先接觸后，在石頭自重作用下對淤泥豎向和側(cè)向產(chǎn)生擠壓作用，將淤泥推擠離開原有位置。對于淤泥層較厚的地區(qū)，由于淤泥在石塊下落過程中的阻力，石塊雖不一定穿越整個淤泥層，但由于淤泥上部置換成石塊，上部荷載變大，促使底部的淤泥加快固結(jié)排水過程，進而提高殘留淤泥的力學(xué)性質(zhì)。

石塊在淤泥中的下沉過程可以近似作為一種落體運動，只不過在落體運動過程中，拋石會受到淤泥的阻力作用，直到石頭自重與阻力相等時下落停止。因此，拋石擠淤的處理厚度是有限制的，與淤泥狀態(tài)、塊石大小、地質(zhì)條件等因素有直接相關(guān)，淤泥的流動性越強，石塊的下落距離就越長，拋石擠淤的處理厚度也越大。

2.2 施工工藝過程

拋石填料主要是開山石料。塊石以它特有的棱角以及自身的重量，可以不經(jīng)外力作用就擠入淤泥中一定深度，是靠填石自身的重量來實現(xiàn)對淤泥的擠動，達到置換淤泥的目的。拋石擠淤基本都采用開挖淤泥，然后直接傾倒塊石，待填石到一定厚度后用補充細料人工找平，并根據(jù)情況進行碾壓。早期，拋石擠淤多采用上述施工方式進行施工，相應(yīng)的設(shè)計也是原則性的概述，沒有進行詳細的論證、試驗等，圖1為拋石擠淤施工工藝流程圖。近年來，施工工藝較以前有所改進，如在填石面上進行強夯，保證填石直接作為承載層時具有一定的承載能力和滿足變形要求，最大程度的改善下伏殘留淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)。

3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，國家頒布的相關(guān)規(guī)范中，JTG F10—2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范對拋石擠淤施工做了如下規(guī)定[3]：

1)選用的石頭不易，厚度或直徑不宜小于300 mm；

2)根據(jù)地層平坦、淤泥狀態(tài)等選用從中線向兩側(cè)拋石或從高側(cè)坡腳向低側(cè)坡腳填筑等施工方式；

3)對拋石表面用小石塊整平夯實。水利行業(yè)規(guī)范SL 260—2014堤防工程施工規(guī)范中對拋石填料、拋石順序作了一些簡單規(guī)定[4]：拋石擠淤應(yīng)使用塊徑不小于30 cm的堅硬石塊，當(dāng)拋石露出土面時，改用較小石塊填平壓實，再在上面輔設(shè)反濾層并填筑堤身；提出了在陸域和水域采用拋石筑堤的施工方法，陸域即在緊靠拋石棱體的背水側(cè)向堤身擴展，水域即采用吹填法施工。但上述規(guī)范僅規(guī)定了石料粒徑、硬度和拋投順序，沒有明確拋石擠淤的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。黃繼友[5]介紹了幾種施工中非常實用的填、挖施工方法，并從各自的施工工藝流程、適用范圍及施工注意事項等方面進行綜合分析比較。王東升[6]通過工程實例，從拋石施工方法和拋石填料成分兩方面對處理效果作了比較分析，認為填料中大直徑塊石含量應(yīng)在50%以上，并盡可能少用或不用粘土、砂土。

在拋石擠淤處理軟土地基的效果評價研究方面，朱彥鵬等[7]通過對蘭永公路工程的數(shù)值模擬和監(jiān)測數(shù)據(jù)，對比分析了未做處理和經(jīng)拋石擠淤處理的地基變化情況，認為處理后地基沉降和水平位移明顯減小，整體性強度大幅度提高，孔隙水壓力消散時間變小，加快了土體的固結(jié)過程。張琪[8]介紹了拋石擠淤和填砂礫層處理過濕地基及路基的施工原則和工藝，提出按總沉降量和路基填筑中沉降速率來評價地基處理的效果。賈德華等[9]借鑒填石路基，對分層拋石擠淤提出采用沉降差和日沉降量對施工質(zhì)量進行控制，并提出通過沉降觀測與鉆孔探摸相結(jié)合的方法檢驗處理效果。靳九貴[10]提出利用承載板試驗檢驗拋石擠淤地基承載力。劉富偉等[11]提出拋石后的地基應(yīng)采用強夯進行處理，通過強夯的施工參數(shù)進行質(zhì)量控制，并提出夯擊后的拋石層達到中密至密實狀態(tài)。

4 研究方向

拋石擠淤法作為軟基處理中的一種置換方法，在濱海地帶以及內(nèi)陸湖泊的軟土地基地區(qū)具有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)和實用價值，特別在塊石資源豐富(或相對使用成本低)的地方，采用拋石擠淤法是一種簡單、可靠而且經(jīng)濟的軟基處理方法。

但任何一種方法的使用，除了有先進完善的理論體系和精心設(shè)計外，施工過程的質(zhì)量也是決定拋石擠淤具有最佳處理效果的決定性環(huán)節(jié)。為此，拋石擠淤法在較厚淤泥層地區(qū)的應(yīng)用仍存在以下問題：

1)淤泥開挖的施工控制。

淤泥含水量極高，多呈流塑狀淤泥，開挖過程中會因自重出現(xiàn)局部或整體性坍塌和失穩(wěn)現(xiàn)象，同時拋石過程中石塊對淤泥向外側(cè)推擠，增加了淤泥的不穩(wěn)定因素。因此，如何對淤泥進行開挖及其施工工藝需要進行深入研究。

2)合理拋石厚度的確定。

由于不同路段軟土分布不同，填土高度不同，交通量也不同，因此，為達到一定要求的地基承載力和沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，拋石處理的厚度也應(yīng)有所不同。

3)拋石填料成分對擠淤效果的影響。

眾所周知，拋石填料中石塊含量的多少對擠淤效果的影響相當(dāng)大，但砂子由于顆粒粒徑小的影響對拋石擠淤的效果影響較小。因此，采用拋石擠淤法對軟土地基處理時，正確選取填料的級配極其重要。實踐證明，拋石擠淤的填料成分盡量單一，應(yīng)保證大直徑塊石的數(shù)量，盡量避免用粘土、砂土等顆粒細小的土體。

5 結(jié)語

本文根據(jù)近年來拋石擠淤施工技術(shù)工程應(yīng)用和理論研究成果，闡述了拋石擠淤的作用機理、施工工藝流程，歸納了拋石擠淤技術(shù)理論研究成果，并給出了在厚淤泥軟土地區(qū)該技術(shù)在應(yīng)用過程中需要解決的技術(shù)問題，主要結(jié)論如下：

1)拋石擠淤工作機理明確，施工工藝簡單，投資較低，在軟土及塊石豐富的地區(qū)具有較好應(yīng)用價值；但軟土厚度、塊石大小、級配對處理效果影響較大。

2)相關(guān)規(guī)范對拋石的施工工序、施工工藝等方面給予規(guī)定，部分學(xué)者提出采用載荷試驗、沉降量控制等方法評價拋石擠淤處理效果。

3)在厚淤泥地區(qū)，拋石擠淤技術(shù)仍需要對淤泥開挖施工控制、拋石厚度的選取、拋石填料的組成成分等問題進行深入研究。