拋石干鋪法處理軟弱地基的探析與應(yīng)用

南曉飛

(河南黃河河務(wù)局濮陽黃河河務(wù)局，河南 濮陽 457000)

0 引言

小清河是山東省泄洪、排澇、通航、灌溉等綜合性大型人工河道，全長237 km，總流域面積10572 km2，是省內(nèi)唯一河海通航、水路聯(lián)運的河道。小清河濟(jì)南段位于濟(jì)南市區(qū)北部，境內(nèi)全長70.5 km，流域面積2792 km[1]，是濟(jì)南市主要的排水出口。

依據(jù)《濟(jì)南市小清河綜合治理工程東西外環(huán)(水利部分)工程地質(zhì)勘察報告》，濟(jì)南市小清河流域內(nèi)地形復(fù)雜，屬山區(qū)、丘陵、平原混合型。巖性層為灰色粘土和灰褐色、灰黑色壤土，含較多有機(jī)質(zhì)，主要為河流，湖泊沉積而成，局部夾雜砂壤土、黃褐色中粗砂[2]。工程的鋼筋混凝土岸墻主要功能為擋水，設(shè)計斷面寬度9.0 m，地基承載力的設(shè)計值為不小于160 kPa，而地質(zhì)勘察報告中的設(shè)計岸墻基礎(chǔ)地基承載力為90 kPa～120 kPa之間[1]，通過各類軟基處理方法的比選后，確定采用拋石基礎(chǔ)的施工方法來滿足承載力的要求。

1 與同類軟基處理方案的比選

當(dāng)?shù)鼗休d力不能滿足設(shè)計要求時，一般可選用如下軟基處理方案，見表1。

表1 軟基處理適用表

1.1 拋石擠淤法

這種方法是向流塑性的淤泥中拋投石料，擠出淤泥的方法，提高地基強(qiáng)度，形成碎石墩體，適用于厚度較小的淤泥和淤泥質(zhì)土地基。

該工程基礎(chǔ)屬山區(qū)、丘陵、平原混合型，且軟弱層厚度大、不是純淤泥質(zhì)土地基。故這種處理方法不適用該工程。

1.2 機(jī)械壓(夯)實

當(dāng)處在地下水位以上時，采用機(jī)械壓(夯)實方法進(jìn)行處理，有效深度可達(dá)1.2 m～1.5 m[3]，一般適用于對地基的變形要求不嚴(yán)的工程。

該工程處在設(shè)計河底水位下平均約2 m～3 m左右，汛期水位下5 m～6 m左右，且岸墻工程為重要的擋水建筑物，故這種方法不適用該工程。

1.3 堆載預(yù)壓、砂井真空預(yù)壓

采用堆載預(yù)壓方法時需要有預(yù)壓的時間和荷載條件及土石方搬運機(jī)械；對于真空預(yù)壓，預(yù)壓壓力達(dá)80 kPa，不夠時，可同時加上土石方堆載，真空泵需長時間抽氣，耗電較大[4]。

而該程工期緊，必須在當(dāng)年汛期前完工(5月底)，從工期角度這種方法不適用該工程。

1.4 砂樁、碎石樁、灰土樁

該方法適用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜質(zhì)土等地基，適用飽和粘土地基上對變形控制要求不嚴(yán)的工程[5]。

而該工程要求地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于160 kPa，且該工程基礎(chǔ)屬山區(qū)、丘陵、平原混合型，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜并含有大量碎石塊，是重要的擋水建筑物，從地質(zhì)情況和重要性方面分析，這種方法不適用該工程。

1.5 方案的確定

該工程為改建工程，需要拆除部分舊的漿砌石岸墻，故一方面可采用老岸墻拆除下來的塊石進(jìn)行基礎(chǔ)施工，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，可降低工程投資成本，另一方面拆除下來的塊石堆放在待施工的基槽沿線旁，施工便捷，能有效縮短工程工期，且適用性強(qiáng)。

綜合各種軟基處理的方法的比選，并從經(jīng)濟(jì)、工期和施工便捷性考慮，最終確定采用拋石干鋪法進(jìn)行軟弱地基處理，見圖1。

圖1 岸墻施工圖

2 拋石干鋪法處理淤泥軟弱地基工程的方法

在深井降水滿足施工要求后，開始對基槽進(jìn)行土方開挖，經(jīng)相關(guān)單位驗收合格后進(jìn)行拋石基礎(chǔ)施工。在進(jìn)行拋石前先選定試驗段對處理方法進(jìn)行檢驗，由監(jiān)理、設(shè)計和施工單位共同組成聯(lián)合檢驗小組，通過實驗確定施工順序、方法、有關(guān)參數(shù)，并編制作業(yè)技術(shù)指導(dǎo)書，作為相同地質(zhì)條件下對類似淤泥軟弱地基工程進(jìn)行施工和質(zhì)量控制的依據(jù)，經(jīng)檢測單位檢測，處理后的地基承載力達(dá)到設(shè)計要求。

2.1 基槽驗收

拋石施工前，對已完成的拋石基礎(chǔ)的基槽由業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計、施工單位進(jìn)行隱蔽工程驗收，主要對開挖成形的基槽進(jìn)行外觀和設(shè)計尺寸的測量驗收，滿足設(shè)計要求并驗收合格后，方可進(jìn)行拋石基礎(chǔ)施工。拋石厚度在滿足規(guī)范和設(shè)計要求的前提下可根據(jù)地質(zhì)情況現(xiàn)場確定。通過現(xiàn)場試驗確定降水后水位控制在拋石基礎(chǔ)底面0.5 m以下最為經(jīng)濟(jì)，但槽底的高程要嚴(yán)格控制，見圖2。

圖2 拋石基槽

2.2 拋石干鋪的探析、工藝和質(zhì)量控制

2.2.1 試拋

為取得第一手拋石基礎(chǔ)的技術(shù)參數(shù)，在全段施工前先在試驗段進(jìn)行試拋施工，通過試拋得以確定拋石的順序、碾壓設(shè)備的型號、碾壓方法、厚度、遍數(shù)、碾壓設(shè)備的走向等相關(guān)技術(shù)參數(shù)，通過試拋實驗段并檢測，能夠滿足地基承載力的設(shè)計要求。

2.2.2 人機(jī)結(jié)合干鋪法

按照拋石“作業(yè)技術(shù)指導(dǎo)書”說明，現(xiàn)場拋石采用機(jī)械施工為主、人工配合為輔進(jìn)行施工。拋石基礎(chǔ)底層采用人工擺放，見圖3。

圖3 人工擺放塊石

選擇大塊石料并排列整齊，形成塊石底面基層，從而形成持力層，持力層上部的塊石采用裝載機(jī)運輸、挖掘機(jī)攤鋪方式進(jìn)行，按設(shè)計要求厚度分層攤鋪，厚度控制在30 cm～50 cm之間，用挖掘機(jī)進(jìn)行初步整平，見圖4。

圖4 機(jī)械配合攤鋪塊石

2.2.3 拋石順序

拋石拋填方向根據(jù)試驗段的數(shù)據(jù)綜合分析采用基槽底部橫向漸次向兩側(cè)擴(kuò)展，進(jìn)行拋填。

2.2.4 “跳倉”干鋪

為保證開挖段整體的施工質(zhì)量，避免拋石基礎(chǔ)的不均勻沉降，采用跳倉式分段拋石施工，各段石料鋪筑長度超出兩端長度2 m左右，各段的鋪筑的石料均衡上升，形成“正梯形”的砌筑石體，可形成相鄰兩個填筑層之間錯縫搭接，這樣不但保證了搭接處的施工質(zhì)量，同時防止了已完成的成品造成的損壞。

2.2.5 沉降量差

施工過程中為便于控制碾壓機(jī)械形成的沉降情況，沿河道方向按間隔50 m布設(shè)觀測點，在施工過程中做好沉降點的保護(hù)工作，做到邊拋石、邊碾壓、邊測量并做好記錄，隨時觀測沉降量，做到勤檢勤記，掌握第一手觀測資料。

沉降量差的檢測方法：

1)在基層塊石鋪設(shè)完成并初步碾壓后進(jìn)行檢測，檢測前，按每100 m長度范圍內(nèi)梅花布置20個檢測點，每拋一層石料并到碾壓相對穩(wěn)定后，根據(jù)每層相同點位所檢測的前后兩次高差并統(tǒng)計所有點的高差，其平均數(shù)作為檢測段內(nèi)的沉降量差，見圖5。

圖5 沉降點的設(shè)置

2)各檢測點的選位應(yīng)為表面平整的大塊石的中心，前后兩次高程檢測時為同一點位。

3)通過試驗段的參數(shù)及施工中的經(jīng)驗，各檢測點的高差不能超過計算點平均數(shù)的25%，才能保證拋石基礎(chǔ)的相對穩(wěn)定；

4)為確保測點的精確性，盡量避免測點布設(shè)在較小的塊石上，若避不開時，可采用在測點處鋪設(shè)50 cm×50 cm墊板，以墊板上中心點的高差作為測點高差。

2.2.6 碾壓

根據(jù)試驗段的技術(shù)參數(shù)，使用18 t振動壓路機(jī)反復(fù)壓實，每層的碾壓遍數(shù)不小于4遍，每次碾壓時到邊到沿，防止漏壓，見圖6。

圖6 沉降點的碾壓

2.2.7 沉降點的檢測

預(yù)設(shè)好的沉降觀測點在碾壓之前用白灰做為記號后再進(jìn)行碾壓，同時進(jìn)行碾壓前后的高程測量，并填寫拋石基礎(chǔ)沉降量檢查記錄表，分析測量數(shù)據(jù)，只有當(dāng)每點次的沉降量小于3 cm時并驗收合格后方可鋪墊上一層塊石料，見圖7。

圖7 沉降點的檢測

2.2.8 填縫

當(dāng)最后一層石料攤鋪完成后，由于采用的是機(jī)械攤鋪的石料，石料之間的間隙大小不均，為確保工程質(zhì)量采用拋灑2 cm～4 cm的碎石子的方法進(jìn)行填縫、找平后進(jìn)行碾壓，碾壓采用穩(wěn)壓三遍且沉降量差小于5 mm時停止碾壓，然后再進(jìn)行高程測量，拋石頂高程按設(shè)計允許偏差應(yīng)小于-10 cm進(jìn)行控制。這種填縫隙的方法不但能解決拋石基礎(chǔ)穩(wěn)固性和密實性，還能保證其上部混凝土墊層的施工質(zhì)量，避免了混凝土澆筑材料的浪費。

2.3 承載力檢測

施工現(xiàn)場的地基承載力檢測是委托第三方檢測機(jī)構(gòu)采用淺層平板載荷試驗法檢測，根據(jù)地層情況至少進(jìn)行一次，每次隨機(jī)抽取3點。載荷加載時長24 h，見圖8。

圖8 承載力檢測

3 拋石基礎(chǔ)的檢測和驗收

檢測結(jié)果：經(jīng)山東省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全檢測中心站檢測，通過對隨機(jī)抽取的3個點的地基承載力的檢測及對檢測資料的計算分析，該3點的岸墻拋石基礎(chǔ)的承載力特征值均不低于162 kPa，滿足設(shè)計要求。

該拋石基礎(chǔ)分部工程通過了由項目法人主持，項目管理、質(zhì)量監(jiān)督、設(shè)計、監(jiān)理、施工等單位參加的隱蔽工程驗收，驗收合格，綜合評定為“優(yōu)良”分部。

4 結(jié)語

該工程的岸墻工程施工完畢后，經(jīng)年度的汛期過流洪水的沖刷后，對預(yù)設(shè)的多個沉降位移觀測點進(jìn)行了高程和坐標(biāo)的測量，結(jié)果是岸墻的高程沉降量均小于2 mm，也無任何位移的情況。因此采用拋石干鋪法處理淤泥軟弱地基，不但滿足規(guī)范、設(shè)計和運行要求，也可大大節(jié)省投資、施工方法簡便、質(zhì)量安全可控、工期也可縮短等優(yōu)點，對類似地基處理工程具有一定的借鑒意義。