拋石擠淤在擋潮閘工程地基處理中的應(yīng)用

金瑞芳

（青島西海岸新區(qū)水務(wù)發(fā)展中心，山東 青島 266500）

1 拋石擠淤技術(shù)原理

拋石既包括單純以石料為置換物，又包括以石料為主的其他置換物。就字面意思理解，拋石擠淤技術(shù)就是通過(guò)拋投石料及以石料為主的其余置換物，擠動(dòng)并置換淤泥，并達(dá)到地基加固目的。所以拋石擠淤技術(shù)在理論上并不復(fù)雜，與其他置換技術(shù)最大的不同之處在于，拋石擠淤是一種純粹的置換，將淤泥盡可能全部置換成石料等置換物以徹底改變地基土性質(zhì)，達(dá)到軟基處理及地基加固的目的。

淤泥主要表現(xiàn)為流塑狀態(tài)，受到側(cè)向及豎向等外力擠壓后必然發(fā)生移動(dòng)，通過(guò)拋石處理向其施加側(cè)向的外力作用，并形成具有一定厚度填石層。如果淤泥層呈軟塑狀態(tài)或厚度過(guò)大，則底部必然存在難以擠動(dòng)的殘留淤泥，則在填石層自重預(yù)壓下底部淤泥會(huì)發(fā)生固結(jié)排水，使殘留淤泥物理力學(xué)性質(zhì)得到改善。拋石過(guò)程屬于自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程，拋石料入水后因受到水體、淤泥等的阻力影響而速度減緩，最終停止下落。所以，拋石擠淤處理厚度與淤泥狀態(tài)直接相關(guān)，一般情況下，淤泥液性指數(shù)越大，則拋石下落距離也越長(zhǎng)，所對(duì)應(yīng)的拋石擠淤處理厚度也越大，對(duì)于流塑狀淤泥，拋石擠淤處理厚度應(yīng)控制在15 m以內(nèi)。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

李村河、張村河下游綜合整治工程擋潮閘工程位于青島市市北區(qū)、李滄區(qū)、嶗山區(qū)李村河、張村河下游。擋潮閘位于李村河入?？谏嫌?10 m，工程共23 孔，單孔凈寬10 m，閘門(mén)高4×10 m，擋潮閘閘孔總凈寬230 m。擋潮閘上游蓄水深度0.80～2.50 m，蓄水面積47.50 萬(wàn)m2，形成蓄淡水79 萬(wàn)m3，過(guò)閘流量1 090 m3；市政道路路面寬6 m、長(zhǎng)400 m，河道清淤約12 萬(wàn)m3。

在上游C20 細(xì)石混凝土砌石護(hù)底以及下游C20 細(xì)石混凝土砌石海漫段基礎(chǔ)采用拋石擠淤地基處理，采用反鏟挖掘機(jī)將尺寸≥30 cm、塊重50～150 kg 的亂石拋投進(jìn)護(hù)底及海漫底部淤泥層中，通過(guò)推土機(jī)推平、預(yù)壓，挖掘機(jī)配合，再用13 t 振動(dòng)壓路機(jī)碾壓。擠淤結(jié)束后在其上按護(hù)底及海漫設(shè)計(jì)要求施工，拋石至淤泥層底，上下游拋石擠淤厚度均在2.50 m 以上，以滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試夯

在李村河、張村河下游綜合整治工程擋潮閘工程拋石擠淤施工前，必須進(jìn)行試夯操作，以確定各項(xiàng)施工參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)取值，該擋潮閘工程試夯沉降曲線與夯實(shí)擊數(shù)之間的關(guān)系詳見(jiàn)圖1。從圖中可以看出，當(dāng)采用三種重量分別為5、8、10 t 的重錘進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的沉降量基本均在12 擊左右達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。所以，該擋潮閘工程地基加固拋石擠淤?gòu)?qiáng)夯處理的最大夯擊能按照12擊確定。

2.3 大面積強(qiáng)夯

該擋潮閘工程拋石擠淤所用石料粒徑均不超出500 mm，較粗顆粒通常用在施工前期，施工后期應(yīng)選用粒徑較小的石料顆粒，并避免采用粘性土含量高的土方為填料。通過(guò)挖掘機(jī)及進(jìn)占法進(jìn)行填方施工，首先通過(guò)裝載機(jī)將土石料從原料堆放處運(yùn)輸至施工區(qū)域，再通過(guò)挖掘機(jī)進(jìn)行第一層拋投料的均勻拋填，結(jié)束后改用大自重推土機(jī)和挖掘機(jī)行走碾壓，直至填方料沉入后開(kāi)始第二層拋填；拋填完成后通過(guò)同樣方式碾壓處理，此時(shí)若填方料無(wú)明顯沉降，則可進(jìn)行下一段施工；如果填方料存在較大沉降，必須再拋填一層填方料后再行碾壓，直至填方沉降量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。首層回填石料厚度為1～2 m，其余層回填料厚度則根據(jù)工程實(shí)際控制在1 m 以內(nèi)，在達(dá)到交工標(biāo)高前每層碾壓1 遍，達(dá)到交工標(biāo)高后每層碾壓2～3 遍。

值得注意的是，該擋潮閘工程拋石擠淤施工主要是向吹填淤泥區(qū)拋填石料，必須通過(guò)挖掘機(jī)將裝載機(jī)所運(yùn)輸?shù)降氖蠏佁钪劣倌鄥^(qū)，以便保護(hù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并確保表層淤泥無(wú)較大相對(duì)移動(dòng)的情況下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。工程區(qū)內(nèi)主要為土質(zhì)性狀極差的吹填淤泥，必須控制施工進(jìn)度，待碾壓完成標(biāo)高和交工標(biāo)高高差不超出0.50 m時(shí)方可繼續(xù)填方施工至交工標(biāo)高。

3 地基處理效果監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

考慮到該擋潮閘工程土質(zhì)性狀極差，拋石料自身沉降量必然較大，并且拋石料還會(huì)不斷排擠周邊淤泥質(zhì)土體，導(dǎo)致周邊一定深度范圍內(nèi)土體因受擠壓而變形，表現(xiàn)出隆起和側(cè)向變形。為此必須在拋石擠淤過(guò)程中進(jìn)行試驗(yàn)段淤泥深層水平位移、沉降、周邊隆起及孔隙水壓力等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，并增設(shè)補(bǔ)充勘測(cè)點(diǎn)、重型動(dòng)力觸探點(diǎn)。

沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)采用相對(duì)高程系，通過(guò)水準(zhǔn)儀引測(cè)，以監(jiān)測(cè)拋石擠淤施工前后軟土地基沉降量，并分析不均勻沉降及后期沉降規(guī)律，為擋潮閘工程地基處理質(zhì)量及效果評(píng)價(jià)提供依據(jù)；深層水平位移點(diǎn)的布設(shè)則主要用于施工期間及工后周邊填方土體水平位移量的監(jiān)測(cè)，以便進(jìn)行周邊土體擠密深度、范圍及程度受地基處理影響的分析；通過(guò)隆起點(diǎn)的布設(shè)進(jìn)行地基處理對(duì)周邊土體擠密影響的監(jiān)測(cè)，并分析影響范圍及規(guī)律；應(yīng)用振弦式孔隙水壓力計(jì)進(jìn)行孔隙水壓力測(cè)量，并對(duì)拋石擠淤處理軟弱地基過(guò)程中土體孔隙水壓力消散情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷土體固結(jié)程度；重力觸探試驗(yàn)主要監(jiān)測(cè)擋潮閘工程地基加固處理后地基土強(qiáng)度、深度等參數(shù)取值變化。

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

考慮到此次試驗(yàn)主要監(jiān)測(cè)對(duì)象為試驗(yàn)段淤泥沉降，為保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠，客觀真實(shí)描述試驗(yàn)段實(shí)際沉降，在2020 年7-8月該擋潮閘工程拋石擠淤試驗(yàn)段施工過(guò)程中，分別在場(chǎng)區(qū)吹填淤泥區(qū)及已拋石回填區(qū)設(shè)置2 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)展開(kāi)觀測(cè)。所得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)具體見(jiàn)表1。

表1 擋潮閘工程場(chǎng)區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降觀測(cè)結(jié)果表 （單位：mm）

該擋潮閘工程淤泥質(zhì)土體在拋石擠淤加固處理前處于超飽和狀態(tài)，流動(dòng)性強(qiáng)，含水量大，且表面存在一層薄層硬殼。拋石擠淤處理過(guò)程中因無(wú)規(guī)律地拋投，且無(wú)任何側(cè)限，致使薄層硬殼下方的淤泥受到擠壓后向四周偏移，薄層硬殼上所設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)受到帶動(dòng)后也隨之一起移動(dòng)，淤泥表面也隨之形成隆起狀。監(jiān)測(cè)結(jié)果還表明，拋石擠淤施工過(guò)程中淤泥表層表現(xiàn)出較大的推移，且沿推進(jìn)方向和垂直方向所發(fā)生的推移10 m以上，淤泥表面的隆起最大達(dá)到700 mm；拋石沉降值最大為14 m，最小5.40 m；已回填區(qū)所測(cè)沉降值為80～115 mm。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，該工程拋石擠淤過(guò)程存在較大的隨意性，既造成拋填料資源方面的過(guò)大消耗，又導(dǎo)致加固處理后淤泥厚度分布嚴(yán)重不均，沉降量較大，但基本符合《水電工程軟弱土地基處理技術(shù)規(guī)范》要求。

考慮到該擋潮閘工程拋填石料粒徑不超出500 mm，故后期監(jiān)測(cè)采用的是適用于碎石土、砂類土的重（2）型動(dòng)力觸探及超重型動(dòng)力觸探結(jié)合方法。在已鋪設(shè)道路的兩邊及中間布設(shè)12 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行下部淤泥在上部石料影響下屬性變化程度監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示的填料厚度最大最小值分別為12.80 m和5.60 m，且淤泥從表層向下以6～7 m為界被分為兩個(gè)亞層：界面以上為形狀極差的灰褐色淤泥，界面以下為性狀較差的灰黑色淤泥。分別設(shè)置在以上兩個(gè)亞層的1#測(cè)點(diǎn)和3#測(cè)點(diǎn)錘擊數(shù)與深度的關(guān)系具體見(jiàn)圖2和圖3。結(jié)果表明，在深度分別達(dá)到8 m和8.50 m處時(shí)，錘擊數(shù)突然增多，說(shuō)明該處所拋填的石料已經(jīng)達(dá)到淤泥層底部。

擋潮閘工程大面積采用拋石擠淤處理技術(shù)，必然會(huì)在工后在石料底層留下厚度不均的淤泥層，雖然拋石處理會(huì)在一定程度上改善淤泥性質(zhì)，但殘留淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)仍存在較大離散性和不均勻性，必然會(huì)成為后期地基處理的薄弱環(huán)節(jié)；此外，擋潮閘工程河道整治過(guò)程中所拋投的是粗大石料，必然增大后期可能進(jìn)行的基坑開(kāi)挖、樁基礎(chǔ)等施工難度，增大工程處理成本。為此，必須結(jié)合該河道綜合整治工程擋潮閘工程規(guī)劃，只有在該河道未來(lái)不用于建筑物、橋梁等工程建設(shè)的情況下，才可以進(jìn)行拋石擠淤加固處理。

4 結(jié)論

綜上所述，李村河、張村河下游綜合整治工程擋潮閘工程河道整治所采取的拋石擠淤方案基本可行。施工過(guò)程中拋填石料粒徑基本控制在500 mm 以內(nèi)，且石料內(nèi)所含粘性土料較少，并嚴(yán)格按照拋填方式施工，在拋填材料和施工方法方面得以保證。結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，拋石擠淤技術(shù)通常適用于淤泥面積小、淤泥層厚度較小的軟弱地層，若應(yīng)用于面積大且淤泥層厚度大的工程，必須采取土工布及土工格柵等輔助性方法，控制拋石料拋投的隨意性，并保證淤泥厚度分布的均勻性。