深厚淤泥爆炸擠淤堤的穩(wěn)定性分析

摘要：在軟土上修建大型工程，地基處理是一項必需的措施。爆炸擠淤填石法具有施工快速、造價低、處理效果好等優(yōu)勢。文章以福州港可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位圍堤基礎(chǔ)軟基處理為例，對深厚淤泥爆炸擠淤堤的穩(wěn)定性進行了分析。

關(guān)鍵詞：深厚淤泥；爆炸擠淤堤；海岸工程

中圖分類號：TV641 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）12-0086-02

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，沿海一帶修建大型碼頭和防波堤等海岸工程設(shè)施的數(shù)量日益增多，而這一帶廣泛分布著深厚淤泥等軟土，在軟土上修建大型工程，地基處理是一項必需的措施。爆炸擠淤填石法因其施工快速、造價低、處理效果好等優(yōu)勢，已得到了廣泛應(yīng)用。

“爆炸擠淤法”雖在一般厚度（厚度通常小于15m）的淤泥等軟土地基處理中得到了成功應(yīng)用，相應(yīng)的處理機理與技術(shù)工藝也得到了一定的認(rèn)識。但對于深厚軟土，該項技術(shù)仍存在許多問題，具體表現(xiàn)在：許多工程的深層軟土難以完全置換，即存在泥石混合層，或仍存在一定深度的未置換軟土層，對圍堤穩(wěn)定性造成一定影響。本文依托福州港可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位軟基處理工程中的北圍堤（此圍堤為海側(cè)圍堤），對深厚淤泥爆炸擠淤堤的穩(wěn)定性進行了分析。

1 工程概況

1.1 地理與海況

福州港可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位圍堤工程位于福建省福州市連江縣境內(nèi)羅源灣的南岸，具體位于下宮鄉(xiāng)境內(nèi)，面海背山，其南面為山區(qū)，西面緊鄰門前嶼、圓嶼、長嶼三個島嶼，北面和東面均為羅源灣海域。

根據(jù)自然條件、地質(zhì)條件的特點，本工程北圍堤采用斜坡堤的結(jié)構(gòu)型式。淤泥層深厚，考慮到工程施工進度及經(jīng)濟性，圍堤采用爆炸擠淤填石法處理。北圍堤為海側(cè)圍堤，東西圍堤為接岸圍堤。北圍堤長667m，為永久性圍堤，樁號從K0+840～K1+504。

正常設(shè)計高水位：3.14m；設(shè)計低水位：-3.21m；極端高水位：4.65m；極端低水位：-4.31m。

1.2 地質(zhì)條件

巖土工程勘察報告揭示，該圍堤地層地質(zhì)狀況較差，地基土淤泥層深厚，從泥面開始淤泥層厚度達20～30m，土質(zhì)較差，對圍堤穩(wěn)定性影響較大。北圍堤的地層狀況為（以泥面為深度零點）：（1）0～3m，淤泥混砂，灰黃色；（2）3～30m，淤泥，深灰色；（3）30～39m，粉質(zhì)粘土，黃褐色，上部夾少量砂土；（4）39m以上，粉質(zhì)粘土，夾碎石。

1.3 北圍堤典型斷面形式

圖1 北圍堤典型斷面形式

2 爆炸擠淤原理

爆炸擠淤填石的方法是在拋石體外緣一定距離和深度的淤泥質(zhì)軟基中埋放炸藥包群、起爆瞬間產(chǎn)生的巨大壓力在淤泥中形成空腔，將淤泥破壞擠出去。當(dāng)空腔繼續(xù)擴大到一定范圍，靠水面薄弱處，能量釋放出去，同時拋石體借助自身重力，在受到震動后滑入空腔形成新的石舌，達到置換淤泥的目的。通過多次堤頭推進爆破，第一次爆破位置的堤心石才能在多次的爆破中不斷下沉，最后達到設(shè)計要求的堤心石基礎(chǔ)底標(biāo)高，完成石頭置換淤泥處理軟土地基的目的?？v向爆破一段距離后，在堤身兩側(cè)進行爆破填石可使圍堤達到設(shè)計斷面要求。

隨爆炸參數(shù)、淤泥厚度及淤泥性質(zhì)而異，這種“拋填-定向滑移下沉”過程將出現(xiàn)多次，直到拋石體接近下部硬土層為止。重復(fù)進行上述“拋填-定向滑移下沉”循環(huán)施工作業(yè)直至達到全堤設(shè)計要求。

因爆炸擠淤填石法在形成堤身斷面的過程中，經(jīng)過數(shù)十次上百次爆破震動，堤身的密實度較一般拋石堤密實

得多。

3 穩(wěn)定性分析

影響圍堤穩(wěn)定程度的因素較多，且各因素影響程度也不同。這些因素大致可分為三類，即圍堤本身填料與幾何性質(zhì)、地質(zhì)因素和海況。

3.1 爆炸擠淤置換效果

對于深厚淤泥層，由于受施工條件限制，淤泥填石的置換首先從圍堤上部開始，下部淤泥的置換是由上部填石滑入后形成的，所以上部置換率往往高于下部，這就造成了圍堤上部幾乎全部由填石所置換，下部可能為完全置換的泥石混合層和未得到任何置換的純淤泥層。不同置換效果的圍堤穩(wěn)定性不同，為研究圍堤置換效果對穩(wěn)定性的影響，對圍堤置換形式進行歸類，分為4種形式：（1）圍堤完全置換；（2）圍堤下部為完全置換，上部為完全置換的填石，下部為泥石混合層；（3）圍堤下部存在泥石混合層和淤泥層；（4）圍堤下部完全沒有得到置換。

采用鉆探的方法查明福州港可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位圍堤工程置換完畢后的置換效果，底層鉆探資料揭示，從堤頂往下底層狀況分別為：（1）填石：松散-稍密，深度從堤頂至泥面以下23～29m，填料主要由中風(fēng)化-微風(fēng)化花崗巖和輝綠巖的塊石、碎石組成，塊石和碎石間隙由角礫、粘性土和砂充填。爆炸擠淤堆填而成；（2）泥石混合層，由塊石、碎石、角礫、粘性土和淤泥共同組成，厚度在0～6.0m之間；（3）粘土層，黃褐色，上部夾少量砂土。

通過分析，該工程基本屬于置換形式（1）和（2），置換形式（2）中泥石混合層厚度大小不等，最大可達6.0m。

3.2 圍堤失穩(wěn)模式

深厚淤泥爆炸擠淤圍堤，在不同置換形式下，失穩(wěn)模式不同。結(jié)合圍堤的設(shè)計和施工以及底層情況、堤心石的置換形式，探討圍堤可能存在的失穩(wěn)模式。

3.2.1 滑移破壞，如圍堤內(nèi)側(cè)開山石和吹填砂的高度過大，則圍堤可在內(nèi)側(cè)填土的土壓力作用下發(fā)生滑移破壞，滑移破壞面為與外側(cè)泥面等高的一水平面。

3.2.2 局部滑動，該種失穩(wěn)模式可存在兩種情況，一是滑動面只經(jīng)過圍堤內(nèi)部，二是同時經(jīng)過圍堤內(nèi)部和周邊土體，前者稱為局部滑動I，后者稱為局部滑動II。

3.2.3 整體滑動，圍堤在內(nèi)側(cè)土壓力作用下，若圍堤下部或堤底土體強度較低，可沿堤底發(fā)生整體圓弧滑動破壞。

3.2.4 傾覆破壞，泥面以上的圍堤發(fā)生傾覆破壞。

3.2.5 地基承載力不足，如果圍堤底部土體性質(zhì)較差，或圍堤橫斷面尺寸過小，圍堤填土高度過大，可能因地基承載力不足，而發(fā)生沖剪破壞等，圍堤進而產(chǎn)生較大的沉降和側(cè)向變形。

3.3 安全穩(wěn)定性評價

根據(jù)安全系數(shù)評價方法，對各圍堤進行評價：

圍堤抗滑移破壞的安全系數(shù)：

局部滑動穩(wěn)定安全系數(shù)：

整體滑動穩(wěn)定安全系數(shù)：

抗傾覆滑動穩(wěn)定安全系數(shù)：

地基承載力計算公式：

北圍堤外側(cè)泥面以上填石坡角分別為11°，經(jīng)計算，圍堤的局部抗滑動安全系數(shù)分別為4.3，因此，北圍堤局部抗滑均判別為穩(wěn)定狀態(tài)。

圍堤以下淤泥未完全置換時對于圍堤局部滑動沒有影響。

安全系數(shù)法評價結(jié)果，除斷面K0+940處于較不穩(wěn)定狀態(tài)，K1+050、K1+252、K1+499三個斷面處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，其余各斷面處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在工程施工中，沿圍堤中心線處每隔一定距離布設(shè)沉降位移觀測點，布設(shè)間距均為50m，北圍堤共布設(shè)14個監(jiān)測點，西圍堤共布設(shè)18個監(jiān)測點，監(jiān)測圍堤沉降位移。根據(jù)自沉降量法評價，圍堤穩(wěn)定結(jié)果與安全系數(shù)法分析

相同。

3.4 其他因素對圍堤穩(wěn)定性的影響

3.4.1 護底塊石對穩(wěn)定性的影響。實際上在設(shè)計施工時，在坡角處設(shè)置了長15m、厚2m或長8m、厚1m的護底塊石層。該護底塊石層的設(shè)置可有效防止堤角沖刷侵蝕作用，對于提高圍堤整體滑動穩(wěn)定性也能起到一定作用。

3.4.2 極端海況對圍堤穩(wěn)定性的影響。在極端海況下，作用在圍堤和胸墻上的波浪力加大，潮流速度提高，威脅到圍堤的穩(wěn)定性。

對于福州港可門作業(yè)區(qū)圍堤工程，圍堤內(nèi)側(cè)的填土高度高于外側(cè)，形成了由內(nèi)向外的土壓力，極端海況下，波浪力作用在圍堤的外側(cè)，能夠平衡一部分土壓力，加之波浪力一般要小于同高度的土壓力，故波浪力的作用對于圍堤的穩(wěn)定性無不良影響。

4 結(jié)語

根據(jù)圍堤置換形式，圍堤的失穩(wěn)模式，通過安全系數(shù)法和自沉降量法對圍堤的穩(wěn)定性進行了分析。爆炸擠淤完成后，增加下部淤泥混合層的固結(jié)，圍堤的穩(wěn)定性有助于提高。在圍堤設(shè)置足夠厚度和長度的護底塊石層，也有助于提高圍堤的整體穩(wěn)定性。

作者簡介：周芝（1985—），女，湖南邵陽人，中交三航局廈門分公司助理工程師，研究方向：工程管理。

（責(zé)任編輯：文 森）