引堤工程中地基處理方案的設計優(yōu)化及總結

陳波，周鑫強

摘 要：引堤工程中地基處理的方法很多，選定合理的地基處理方案對工程造價影響巨大。結合印尼爪哇7號燃煤電廠配套碼頭及取排水設施工程，通過多方案比選，最終運用開挖及推填塊石擠淤結合強夯的方案對引堤的地基進行處理，縮短了工期，節(jié)省了造價，通過施工后的鉆孔檢測及沉降位移觀測數(shù)據分析，對于軟土層厚度約10m的引堤工程，部分開挖后對留下的不超過4m厚的淤泥層進行擠淤是可行的，通過強夯既可以使塊石落底，減少堤底存留淤泥，又可以密實回填的塊石，減少工后沉降，取得了良好的效果。推填塊石擠淤施工中應及時清除擠出的淤泥包，最后再理坡形成斷面，并要求擠淤塊石應級配良好，對設計方案及施工方法進行分析總結。

關鍵詞：引堤;開挖;推填擠淤;強夯

中圖分類號：U674.18 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）11-0069-03

地基處理方法的選定，應考慮土質條件及加載方式、建筑物類型及適應變形能力、施工條件、材料來源和處理費用等眾多因素，必要時可聯(lián)合應用多種地基處理方法，水運工程常用的地基處理方法有換填法、爆破法、排水固結法、強夯法、砂樁法、水泥攪拌樁法等，這些方法有各自的適用范圍，根據水運工程地基設計規(guī)范，換填法一般適用于不大于4m的軟土[1]。一般情況下，利用填筑體自身的重力置換4m以內的淤泥是可行的，但若淤泥厚度超過4m，填筑體一般無法接底，使堤體成為懸浮式結構，不利于堤身穩(wěn)定，因此，必須根據殘留淤泥的厚度及埋深等情況，采用強夯、反壓護腳或部分清淤等方法對拋石區(qū)進行處理，以加強堤身安全，降低工后沉降。

1 工程概況

印尼爪哇7號燃煤發(fā)電工程是響應“一帶一路”合作倡議的投資項目，新建機組是目前印尼單機容量最大的機組，配套碼頭及取排水設施工程為電廠配套項目，建設規(guī)模為2個14000DWT卸煤泊位、2個4000HP拖輪泊位、1個1000DWT重件泊位、一座1431m長的輸煤棧橋、一座2268m長的輸煤引堤（兼做隔熱堤）及相應的取排水設施。

本工程位于西爪哇島西北角的萬丹灣，處于爪哇海與巽他海峽的交匯處，設計平均水位標高約0m，引堤段地形標高約在0m～-5m之間。依據水深不同，將引堤劃分為兩個區(qū)：深水區(qū)標高約-3m～-5m;淺水區(qū)標高約0m～-3m。深水區(qū)引堤先挖除部分淤泥，開挖邊坡為1：3，采用推填塊石擠淤的地基處理方式，擠淤塊石的厚度為3.0m～4.0m，推填塊石擠淤后緊接著進行強夯處理，單點夯擊能量為2000kN.m～4000kN.m。引堤為斜坡堤結構，采用陸上推填1～500kg堤心石，設計頂高程2.0m，堤頂凈寬8.9m，北側采用700～800kg護面塊石，南側采用200～300kg護面塊石，頂部兩側現(xiàn)澆擋浪墻，引堤面設置有路面結構和管帶機圈梁基礎，圈梁基礎橫梁高0.6m，設置有3根聯(lián)系縱梁，縱梁高0.4m，引堤深水區(qū)典型斷面圖見圖1。淺水區(qū)引堤地基處理與深水區(qū)相同，上部結構采用陸上推填1～500kg堤心石，里段采用100～200kg護面塊石，兩側現(xiàn)澆擋浪墻，擋浪墻頂高程為3.0（2.5）m，引堤過渡段北側采用300～400kg護面塊石，南側采用200～300kg護面塊石，兩側現(xiàn)澆擋浪墻，引堤淺水區(qū)典型斷面圖見圖2。

2 地基處理方式的優(yōu)化設計

2.1地質條件

依據地質勘察報告，工程場地復雜程度等級為二級（中等復雜場地），地基復雜程度等級為一級（復雜地基），主要巖土層有：全新世海陸交互相沉積層（Q4mc）、上更新統(tǒng)（Q3al+pl）沖洪積層及火成巖層[2]。本工程引堤處淤泥、淤泥質土層具有壓縮性大、強度低、承載力低等不良工程特性，需要經過加固處理方能滿足引堤使用要求，平均厚度約10m，下臥土層主要為粘土～粉質粘土層和砂層，巖層埋深較深。

引堤處主要土層物理力學指標統(tǒng)計表見表1。

2.2方案比選

2.2.1方案比選

依據地質情況分析，若全斷面采用開挖換填塊石的方案，肯定能滿足穩(wěn)定和工后沉降的需求，但此時工程費用已不再經濟，可先挖除一部分淤泥，使剩余淤泥不超過4m厚，再進行推填塊石擠淤，在利用石料自重進行初步擠淤后，此時再采用強夯的方法進行疊加處理，即在推填塊石擠淤和整平碾壓后，采用點夯，對置換的堤芯塊石進行強夯，在壓縮、密實堤芯塊石的同時排開淤泥，使塊石穿透淤泥層落底，起到擠密、提高地基承載力的作用。

在項目的初步設計階段，對引堤的設計方案進行了多方案比選[3]，各結構方案優(yōu)缺點分析詳見下表2。

上述結構方案均能滿足引堤的使用要求，從引堤結構的后期沉降、造價及施工方面綜合比較分析，開挖推填塊石擠淤方案具有使用船機設備少、施工速度快、后期沉降量小、工程造價低等優(yōu)點，因此引堤結構推薦開挖推填塊石擠淤方案。

2.2.2推薦方案

在水運工程中，推填塊石擠淤用于處理淤泥厚度小于4m的地基是比較常見的。但是如本工程這樣長距離推填塊石擠淤處理深厚的軟土地基的設計和施工在印尼水運工程中尚屬首例。

（1）堆載高度確定。擠淤深度一般按拋石層底的壓力和軟土層的地基承載力相平衡的原理進行計算，但這種方法計算較繁瑣，計算結果也不夠精確。本工程采用地基處理手冊[4]推薦的壓載法計算公式：

（1）

式中： 為淤泥十字板抗剪強度（kPa）; ?分別為淤泥及換填堆石密度（10-3 kg/m3）;B為換填體的寬度（m）;D為換填體在淤泥中下沉深度（m）。

換填體高出淤泥面的高度：

（2）

經計算拋石擠淤的堆載高度為+2.0m。

（2）強夯。在利用堤芯塊石自重進行初步擠淤后，此時采用強夯的方法進行疊加處理，單點夯擊能量為2000kN.m ～4000kN.m，第一遍夯點與第二遍夯點均按正方形布置，夯點間距5m，單點夯擊10擊，滿夯1遍，單擊夯擊能量為1000kN.m，每點3擊，夯印搭接1/4。實際夯點擊數(shù)及夯點間距應按試夯所得夯擊擊數(shù)和夯沉量關系曲線確定，同時滿足以下條件：①單擊夯擊能<4000kN.m時，最后兩擊平均夯沉量不大于50mm，單擊夯擊能為4000kN.m時，最后兩擊平均夯沉量要求不大于100mm;②夯坑周圍地面不應發(fā)生過大的隆起;③不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

為保證施工順利進行，加強處理效果，強夯施工前須進行現(xiàn)場強夯工藝試驗以檢驗設計參數(shù)和處理效果，確定最佳夯擊能量、強夯工藝及控制標準，指導全場的設計和施工。試夯范圍：單塊試驗區(qū)長度50m，試夯夯錘底面積為5m2，錘重約20～26t，落距約為15m～20m，視單擊夯沉量確定適宜的夯擊數(shù)和遍夯間歇時間等參數(shù)。試夯結束后，間隔兩個星期進行檢測，以檢驗強夯加固效果和加固深度。試夯效果檢測采用現(xiàn)場載荷板試驗，載荷板試驗在交工面進行，載荷板尺寸1.5mx1.5m，每個試驗區(qū)布置1個試驗點，要求處理后回填層的承載力容許值不小于200kPa。

（3）施工要求。推填塊石擠淤總體由陸側向海側推進，擠出淤泥、施工呈條帶狀，施工中擠出的淤泥將對已處理區(qū)域形成反壓作用，減弱后續(xù)區(qū)域擠淤效果，因此，嚴防回填料把拱起的淤泥包裹形成淤泥包，造成回填層的不均勻，應及時清除擠出的淤泥包。

在施工中，為使擠淤達到設計深度，應盡可能快速、連續(xù)、全斷面推填堆高塊石擠淤體，最后再理坡形成斷面，并要求堤芯塊石應級配良好，本項目堤芯石具有良好的級配，10kg以下的塊石含量和含泥、砂量均小于10%，堤芯石最大重量不大于500Kg。

3 地基處理效果

3.1鉆孔檢測

引堤整體穩(wěn)定性的需要，推填塊石擠淤應處理至軟土層底部。通過鉆孔檢測來查明塊石的落底情況，主要是通過鉆探查明巖土（拋石體、混合層）分布，依據施工勘察報告，引堤施工完成后地基土從上至下劃分為以下土層：①-2層拋石體、混合層，成分主要為玄武巖塊石，少量碎屑及砂填充，塊石粒徑大于200mm，堆積年限0.5～1.0年，拋石體巖性成分為玄武巖，抗風化能力較強，邊坡較穩(wěn)定;拋石體的下臥土層為②-3層粉質粘土和②-4層細砂[5]。拋石體均落底，滿足設計要求。

為確定地基處理加固效果，強夯施工結束后，進行了現(xiàn)場施工質量檢測。檢測手段主要為現(xiàn)場載荷板試驗，尺寸1.5mx1.5m，檢測點布置原則為每400m布置1個載荷板試驗點。依據試驗檢測報告，處理后引堤地基承載力特征值不小于200kPa，滿足設計要求。

3.2沉降位移觀測

觀測工后沉降是檢驗地基處理效果的一個有效方法，因此堤身填筑完成后，選擇若干個觀測斷面埋設沉降觀測點進行工后沉降觀測，依據引堤水工建筑物位移觀測記錄，引堤大部分最后100d的沉降速率小于0.04mm/d[6]，依據規(guī)范判斷沉降已經達到基本穩(wěn)定狀態(tài)，工后沉降較小。

4 結語

（1）對于軟土層厚度約10m的引堤工程，開挖后對留下的不超過4m厚的淤泥層，采用推填塊石擠淤結合強夯的地基處理方案，通過本項目的鉆孔檢測及工后沉降位移觀測數(shù)據分析，塊石落底情況良好，工可沉降較小已經達到基本穩(wěn)定狀態(tài)，方案可行并且是比較經濟。

（2）開挖推填塊石擠淤后，通過強夯既可以使塊石落底，減少堤底存留淤泥，又可以密實回填的塊石，減少工后沉降，具體的夯擊能量可通過現(xiàn)場試夯確定。

（3）推填塊石擠淤總體由陸側向海側推進，應盡可能快速、連續(xù)、全斷面推填堆高塊石擠淤體，施工中應及時清除擠出的淤泥包，最后再理坡形成斷面，并且擠淤塊石要求應級配良好。

參考文獻：

[1] JTS147-2017，水運工程地基設計規(guī)范[S].

[2] 中交第四航務工程勘察設計院有限公司.神華國華印尼爪哇7號2×1050MW燃煤發(fā)電工程巖土工程勘察報告（初步設計、施工圖設計階段）[R].廣州：中交第四航務工程勘察設計院有限公司，2016年10月.

[3] 中交第四航務工程勘察設計院有限公司.神華國華印尼爪哇7號2×1050MW燃煤發(fā)電工程配套碼頭工程初步設計[R].廣州：中交第四航務工程勘察設計院有限公司，2016年10月.

[4] 龔曉南. 地基處理手冊[M].第三版. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2008.

[5] 核工業(yè)金華工程勘察院.神華國華印尼爪哇7號2×1050MW燃煤發(fā)電工程配套碼頭工程及取排水設施工程（引堤）施工勘察報告[R]，核工業(yè)金華工程勘察院，2018.4.27.

[6] JGJ8-2016，建筑變形測量規(guī)范[S].