懸浮式整體拋石擠淤法在水利工程中的應(yīng)用

沈 建

（江蘇文天水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，南京 210000）

0 前 言

拋石擠淤法是向靈敏度高的流塑狀淤泥表面集中拋填大量土石料，利用自重?cái)D開淤泥，強(qiáng)行置換地基中飽和軟土的地基處理法。

拋石擠淤法通常用于厚度4m 以下，且挖除表層硬殼后具有觸變性的流狀飽和淤泥或淤泥質(zhì)土的處理。拋石擠淤法可分為整體壓載擠淤和散式擠淤二種擠淤方法。

整式壓載擠淤的填筑體一起沉入淤泥中，除淤泥的交界面外，填筑體內(nèi)部不混有淤泥。整體壓載擠淤的形式有接底式和懸浮式等，整體擠淤結(jié)構(gòu)整體性好，承載力高，又以接底式穩(wěn)定性更好。在淤泥較薄的情況下，應(yīng)盡可能使填筑體擠至層底硬土層面上。在上部荷載較小且沉降方面的要求不高的情況下，懸浮式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也較廣泛[1]。

1 工程概況

政和縣七星溪（外屯段）安全生態(tài)水系建設(shè)項(xiàng)目位于政和縣外屯鄉(xiāng)，項(xiàng)目涉及范圍為七星溪及其支流湖屯溪、古元溪，河道總長(zhǎng)度 13.911km。本項(xiàng)目區(qū)生態(tài)護(hù)岸位于洋屯段以及下游生態(tài)休閑段，其中下游生態(tài)休閑段河道中心線樁號(hào)Q10+654~Q12+435，起于8#滾水壩，止于蛙巖，新建生態(tài)防洪堤2347m，其中左岸長(zhǎng)1984m，右岸長(zhǎng)363m。

2 工程區(qū)地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察鉆探資料揭露，區(qū)內(nèi)主要巖土層情況如下：

2.1 人工填筑層

1）素填土: 褐色、褐黃色，稍濕，松散，主要由粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂等組成，有機(jī)質(zhì)含量較高，局部夾有植物根系，厚度為0.6m 左右，該層主要分布河床岸坡上農(nóng)田中，為新近人工填土，分布不均，差異性較大。

2.2 沖洪積層

1）-1 粉細(xì)砂：黃褐色、褐色，松散狀，飽和，粒徑小于0.075mm 含量80%，局部夾有少量的卵石，含泥量較高，該層揭露厚度1.5~6.2m，厚度差異性較大。

2）-2 淤泥質(zhì)粉土：灰色、深灰色，飽和，流速-軟塑，干強(qiáng)度一般，韌性一般切面光滑，局部含較多粉砂，含少量有機(jī)質(zhì)，有臭味。標(biāo)貫為1~2 擊，力學(xué)性能較差，壓縮性較高。該層沿線均有分布，厚度2.6~16.4m，厚度差異性較大，分布不均。

3）-3 中粗砂：褐色、灰褐色，稍密，飽和，局部位置夾有少量分粉砂，鉆孔揭露厚度0.6~5.2m，分布不均。

4）-4 砂卵石：雜色、灰色，最大卵石粒徑達(dá)10cm，重力觸探擊數(shù)11~14 擊/10cm，未鉆穿。

3 基礎(chǔ)處理方式及要求

新建生態(tài)護(hù)岸的基礎(chǔ)均處于淤泥質(zhì)粉土層，根據(jù)地質(zhì)勘察成果，該層承載力特征值為60kPa，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，且淤泥質(zhì)粉土層厚度較厚，采用換填及樁基礎(chǔ)的處理方式均不具備可行性。經(jīng)多方面比選后，決定采用拋石擠淤方案進(jìn)行地基加強(qiáng)處理，以提高地基承載力。同時(shí)為減小基礎(chǔ)沉降對(duì)新建護(hù)岸產(chǎn)生的影響，新建護(hù)岸采用格賓石籠柔性擋墻結(jié)構(gòu)。

4 新建護(hù)岸結(jié)構(gòu)斷面型式

本工程結(jié)合項(xiàng)目區(qū)具體情況，下游生態(tài)休閑段河道左岸新建生態(tài)護(hù)岸采用生態(tài)格網(wǎng)擋墻復(fù)合式堤坊的斷面形式。下部采用拋石拋至常水位以上1m，拋石頂寬3.5m，坡比1:1.5，拋石粒徑≥0.5m，面層理砌。拋石面以上采用五絞網(wǎng) 墊， 尺 寸 為 厚2000mm×2000mm×400mm，以上采用生態(tài)格網(wǎng)擋墻，分為兩層，下層尺寸為2000mm×1500mm×1000mm， 上 層 尺 寸 為2000mm×1000mm×1000mm，網(wǎng)墊及擋墻后設(shè)置與砂碎石反慮層，厚300mm，并設(shè)置一層反濾土工布（400g/m2）。擋墻以上采用三維網(wǎng)墊草皮護(hù)坡至防洪堤堤頂，坡比1:2，堤頂設(shè)置3.5m 寬親水步道。

新建生態(tài)護(hù)岸典型斷面見圖1。

圖1 新建生態(tài)護(hù)岸典型斷面圖

5 穩(wěn)定計(jì)算

5.1 計(jì)算方法

生態(tài)護(hù)岸擋墻穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正設(shè)計(jì)研究所《理正擋土墻設(shè)計(jì)軟件》進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，本工程護(hù)岸擋墻按5 級(jí)水工建筑物標(biāo)準(zhǔn)控制，在基本荷載組合條件下抗滑和抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)<1.20，在特殊荷載組合條件下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于1.05。

5.2 計(jì)算工況

生態(tài)格網(wǎng)擋墻高度為2.4m，選取擋墻高度2.4m作為典型計(jì)算斷面。計(jì)算工況選取3 種工況：即①設(shè)計(jì)水位工況；②不利中水位工況；③完建情況。

5.3 計(jì)算參數(shù)

生態(tài)護(hù)岸擋墻巖土層主要計(jì)算參數(shù)見表1。生態(tài)格網(wǎng)擋墻墻體容重g=18kN/m3，墻背填土容重g±=16kN/m3；墻背回填土的等效內(nèi)摩擦角φ=35°，土體與墻背間的摩擦角δ=φ/2；擋墻基底坐落在拋石上，摩擦系數(shù)采用f=0.4，地基承載力取320kPa。

表1 巖土層主要計(jì)算參數(shù)

5.4 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，生態(tài)護(hù)岸擋墻在各工況下的安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足規(guī)范要求。各工況穩(wěn)定計(jì)算成果見表2。

表2 各工況穩(wěn)定計(jì)算成果表

6 基礎(chǔ)處理施工方法

本工程采用拋石擠淤法對(duì)河道淤泥質(zhì)粉土軟土地基進(jìn)行處理，其基本原理就是在淤泥中拋入擠淤片塊石填體。隨著項(xiàng)目施工進(jìn)度的不斷進(jìn)展，所拋塊石逐漸下沉，不斷擠壓淤泥質(zhì)基礎(chǔ)，淤泥質(zhì)基礎(chǔ)因受到擠壓產(chǎn)生對(duì)拋石塊體的阻滑力和上托力，當(dāng)該力與所拋石塊體的自身下沉力相等時(shí)，拋石塊體與其周圍的淤泥質(zhì)基礎(chǔ)將處于相對(duì)平衡的狀態(tài)，所拋石塊亦不再下沉。拋石塊體周圍淤泥質(zhì)基礎(chǔ)中的超孔隙水壓力隨著時(shí)間的推移而逐漸排出，有效應(yīng)力逐漸增大，淤泥質(zhì)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也逐漸提高，承載能力逐漸增大，使拋石體形成懸浮在淤泥質(zhì)基礎(chǔ)中的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成新建生態(tài)護(hù)岸擋墻的基礎(chǔ)平臺(tái)。

關(guān)鍵施工要點(diǎn)如下：

拋石擠淤原材料片塊石的強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

拋石之前，拋填范圍應(yīng)使用挖掘機(jī)進(jìn)行清表，同時(shí)配以人工清理。對(duì)于地勢(shì)低洼、不易清淤的坑塘，應(yīng)修筑圍堰進(jìn)行抽水，優(yōu)先清除雜草。

向基坑拋入不同粒徑的片塊石，小片石應(yīng)充分填塞大片石的間隙，同時(shí)注意排除泥漿質(zhì)和積水，并配以人工理砌。

達(dá)到一定拋填量后，用履帶式推土機(jī)進(jìn)行穩(wěn)壓，之后再次拋入一層片塊石并進(jìn)行穩(wěn)壓，按序重復(fù)至無明顯沉降為止。

本次七星溪安全生態(tài)水系新建護(hù)岸擋墻采用格賓石籠柔性結(jié)構(gòu)，以減少因基礎(chǔ)不均勻沉降造成的擋墻破壞。為避免河道水流對(duì)拋石體造成沖刷，本次設(shè)計(jì)對(duì)拋石基礎(chǔ)表面所拋塊石進(jìn)行人工理砌，厚度0.5m，增加拋石體的抗沖刷能力。

7 結(jié) 語(yǔ)

政和縣七星溪安全生態(tài)水系工程施工期為半年，完工后已安全運(yùn)行多年，所建護(hù)岸未發(fā)現(xiàn)明顯的沉降變形、開裂等現(xiàn)象，項(xiàng)目區(qū)河道防洪功能完好，同時(shí)展現(xiàn)了良好的生態(tài)景觀效果。實(shí)踐證明，采用懸浮式整體拋石擠淤處理河道工程中深度較大的淤泥質(zhì)基礎(chǔ)，工期短、效果可靠。