不同工況對深層爆破擠淤拋石堤的位移影響

武霄，白帆

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術交通行業(yè)重點試驗室，天津市港口巖土工程技術重點試驗室，天津 300222；2.中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

隨著我國圍堰、防波堤的大量形成，各種結構形式的圍堰、防波堤隨之出現(xiàn)，如大圓筒式、浮箱式、爆破擠淤拋石式、地基處理加充填袋式等。爆破擠淤拋石結構具有工藝簡單、工期短、價格低廉等優(yōu)點，尤其適用于石料充足的地區(qū)。

深厚淤泥爆破排淤填石的方法是在拋填堤頭泥-石交點前方1～2 m距離，深度在0～0.45倍的淤泥層厚度的位置埋置藥包。爆炸將淤泥擠向四周壓縮成坑，在爆炸負壓與震動作用下，鄰近的拋石體定向滑至爆坑。強大的爆炸壓力將深層淤泥擾動，使其強度大大降低，造成了深層淤泥沿軸線方向定向滑移的條件。爆后拋填時，隨拋填自重荷載的增加，當被爆炸強擾動的深層淤泥內的剪應力超過其抗剪強度時，拋石體沿滑移線朝軸線方向定向滑移下沉，實現(xiàn)泥石置換。和爆炸法處理淺薄淤泥一次性達到堤心石置換淤泥效果不同的是，深層淤泥在用爆炸法處理地基時一般須通過5～6次堤頭推進爆破，第一次爆破位置的堤心石才能在這5～6次甚至更多次的爆破中不斷下沉，最后達到設計要求的堤心石基礎底標高，完成塊石置換淤泥的目的[1]。

1 依托工程概況

本次研究所依托的工程為連云港港旗臺港區(qū)25萬噸級礦石接卸碼頭工程，本工程北側圍堰與兩側圍堰在施工期作為陸域形成的防護圍堰，使用期作為永久性的碼頭駁岸和后方陸域的圍護建筑。總長度約為2 421 m，其中北側圍堰長度約為900 m。本次研究對象為北側圍堰，北側圍堰拋石堤淤泥的置換深度達20 m以上，圍堤形成后堤頂標高為+7.00 m，堤前水深為-19.00 m（碼頭港池開挖水深），堤身拋石落底約為-17.00 m，堤身下臥層中尚存在厚度為5.00～8.00 m的軟弱黏土③-3層，該土層埋置深度約為-30.00 m，抗剪強度低，壓縮性較高。圍堤斷面圖如圖1所示。

2 工程地質概況

圍堤所在場區(qū)勘探深度范圍內地層為第四系松散堆積物，按其成因時代、成因類型、巖性特征及其物理力學指標從上至下分為4個工程地質層，各工程地質層及亞層土體特征自上而下簡要分述。

圖1 圍堤斷面示意圖

2.1 全新統(tǒng)地層

①-1淤泥：淺灰色，飽和，流塑，土質均勻，該層厚度 4.50～10.20 m，層底標高-10.16～-6.20 m。

①-2淤泥：灰色，飽和，流塑，含少量貝殼碎片及少量腐爛植物。層底標高-23.00～-13.55 m。

2.2 上更新統(tǒng)地層

2.2.1 上更新統(tǒng)上段地層

②黏土、粉質黏土：灰黃色、褐黃色夾灰褐色，軟塑～可塑，夾粉土及粉砂薄層，層底標高-23.01～-20.21 m。

2.2.2 上更新統(tǒng)中段地層

③-1粉質黏土、黏土夾砂：深灰色，軟塑，夾粉細砂薄層，層底標高-33.92～-27.04 m。

③-2粉砂、局部為細砂：灰色、局部灰白色，飽和，中密，層底標高-31.29～-29.12 m。

③-3黏土：深灰色，飽和，軟塑，局部近水平層理，局部夾粉土薄層，該層場區(qū)普遍分布，揭露厚度1.60～9.10 m，層底標高-38.27～-34.06 m。

該層主要物理力學指標：含水量w=47.7%，天然密度ρ=1.75 g/cm3，天然孔隙比e=1.307，塑性指數IP=28.4，液性指數IL=0.74，壓縮系數a0.1-0.2=0.34 MPa-1，壓縮模量Es=6.79 MPa，快剪黏聚力C=47 kPa，內摩擦角φ=5.5°，固結快剪黏聚力C=50 kPa，內摩擦角φ=9.2°，三軸不固結不排水剪黏聚力Cuu=51 kPa，內摩擦角φuu=3.31°，三軸固結不排水剪黏聚力Ccu=31kPa，內摩擦角φcu=14.0°，垂直滲透系數Kv=0.78×10-7cm/s、水平滲透系數Kh=2.75×10-7cm/s，黏粒含量Mc＝58.4%。

該層在場地中普遍分布且連續(xù)，厚度變化大，場區(qū)西段厚，東段相對較薄，土性隨地層厚度變大而力學性質有所降低，含水量較高，孔隙比大，中至高壓縮性，力學強度低，屬軟黏土，其容許承載力f=90 kPa。

2.2.3 上更新統(tǒng)下段地層

④粉質黏土：褐黃色、灰黃色夾藍灰色，可塑～硬塑，局部夾粉土及粉砂薄層，層底標高-45.33～-36.36 m[2]。

3 監(jiān)測儀器位置、數量及穩(wěn)定控制指標

3.1 監(jiān)測儀器的位置、數量

本次監(jiān)測項目為深層側向水平位移（測斜）觀測，監(jiān)測數量為9組。本次監(jiān)測儀器布置如圖2所示。

圖2 監(jiān)測儀器布置平面圖（單位：m）

3.2 穩(wěn)定控制指標

1）堤身深層側向水平位移最大值小于4 mm/d；

2）堤身深層側向水平位移連續(xù)5 d的累計位移量小于15 mm[3]。

3.3 主要監(jiān)測設備

加拿大ROCTEST公司產RT-20M型測斜儀2臺。

3.4 側向位移監(jiān)測數據約定

深層側向水平位移監(jiān)測數據以向海側（北）位移為正，向陸側（南）位移為負。

4 深層側向水平位移監(jiān)測結果及分析

4.1 圍堤形成概況

圍堤自2006年4月初開始施工，截至2007年4月底結束。

4.2 各監(jiān)測點總位移量

圍堤的深層側向水平位移監(jiān)測于2007年12月開始，截至2009年6月各點深層水平位移量最大值244 mm，最小值144 mm；各監(jiān)測點最大水平位移數據見表1。

表1 深層水平位移數據一覽表mm

4.3 堤岸坡挖泥期間位移監(jiān)測結果及分析

圍堤北側岸坡挖泥自2007年開始到2008年4月底結束，岸坡挖泥期間圍堤位移量見表2。

表2 岸坡挖泥期間圍堤位移量一覽表

從表2中可以看出岸坡挖泥期間發(fā)生的位移量基本占總位移量的26.6%～78.7%，由此可知岸坡挖泥是圍堤發(fā)生側向位移的最大影響因素。

4.4 南側陸域吹填期間圍堤位移監(jiān)測結果及分析

圍堤南側陸域吹填自2008年2月初開始到2008年4月結束，陸域吹填期間圍堤位移量見表3。

表3 陸域吹填期間圍堤位移量一覽表

從表3中可以看出此期間發(fā)生的位移量基本占總位移量的11.9%～42.7%，所以陸域吹填也是影響圍堤發(fā)生側向位移的主要因素之一。

4.5 圍堤南側側爆針對性觀測數據分析

為了了解圍堤內側側爆是否對圍堤的穩(wěn)定性有影響，2007年12月31日在對圍堤南側進行側爆的同時，進行了針對性觀測。側爆區(qū)域與3號點對應，圍堤南側側爆期間圍堤位移量見表4。

表4 圍堤側爆期間位移量一覽表

由表4數據可知側爆對圍堤穩(wěn)定性影響較小，不會造成圍堤失穩(wěn)。

4.6 圍堤北側碼頭預制樁沉樁期間針對性觀測數據分析

圍堤北側碼頭預制樁沉樁于2008年3月初開始到8月底完成，期間為了了解圍堤北側碼頭預制樁沉樁是否對圍堤的穩(wěn)定性有影響，于2008年5月2—25日進行了針對性觀測（針對5號、6號觀測點對應區(qū)域沉樁），圍堤位移量見表5。

表5 碼頭沉樁期間圍堤位移量一覽表

由表5數據可知碼頭預制樁沉樁對圍堤穩(wěn)定性影響較小，不會造成圍堤失穩(wěn)。

4.7 潮水漲落期間針對性觀測數據分析

為了了解潮水漲落對圍堤的位移影響程度，于2008年1月31日至2008年5月18日對圍堤進行了針對性觀測，圍堤位移量見表6。

由表6數據可知潮水漲落對圍堤穩(wěn)定性影響較小，潮水漲落期間圍堤的位移方向沒有規(guī)律，位移量較小，分析原因為該拋石堤為透水堤。

4.8 圍堤南側陸域堆載期間針對性觀測數據分析

圍堤南側陸域采用施打排水板+堆載預壓方法進行地基處理。加載于2009年1月開始到2月底結束，加載期間圍堤發(fā)生了較大的位移，隨著加載結束圍堤逐漸趨于穩(wěn)定，加載區(qū)域對應1號～2號、4號～6號，加載期間圍堤位移量見表7。

表6 潮水漲落期間圍堤位移量一覽表

表7 陸域加載期間圍堤位移量一覽表

從表7中可以看出陸域加載期間發(fā)生的位移量占總位移量的10.2%～43.1%，由此可知陸域加載也是圍堤發(fā)生位移的主要影響因素之一。

5 結論

通過對圍堤各項大量監(jiān)測數據的分析可知各種工況與圍堤側向位移的關系：

1）對圍堤穩(wěn)定性影響最大的工況條件是圍堤北側岸坡挖泥與南側陸域吹填及加載，圍堤深層側向水平位移大部分發(fā)生在這一期間。

2）圍堤南側側爆、北側海域碼頭打樁、潮水的漲落對圍堤穩(wěn)定性影響較小。

深層淤泥爆破擠淤拋石堤工藝比較成熟，能達到做為臨時圍堰和永久性圍護建筑的要求，在復雜工況下，動態(tài)監(jiān)測的控制可以保證圍堤的穩(wěn)定。

[1]連云港港旗臺港區(qū)25萬噸級礦石接卸碼頭工程初步設計[R].中交第三航務工程勘察設計院，2007.

[2]連云港港25萬噸級礦石接卸碼頭圍堤工程地質勘察報告（施工圖設計階段）[R].江蘇省水文地質工程地質勘察院，2005.

[3]JGJ79-2002，建筑地基處理技術規(guī)范[S].