深厚淤泥條件下爆炸擠淤圍堤質量檢驗方法探討

翁洪苞 張海元

深厚淤泥條件下爆炸擠淤圍堤質量檢驗方法探討

翁洪苞 張海元

中交三航局廈門分公司

該文依托福州可門港區4#、5#泊位圍堤爆炸擠淤軟基處理工程，對工程的質量檢驗指標及方法展開研究,除采取擠淤體積平衡法、鉆孔檢測法和物探檢測法外，利用現場圍堤沉降變形監測手段，增加自沉降量監測法來檢驗深厚淤泥爆炸擠淤圍堤的施工質量。

圍堤爆炸擠淤 自沉降量 質量檢驗

0 引言

對于一般厚度淤泥的爆炸擠淤圍堤，通過施工質量控制與合理設計，泥石置換效果往往比較理想。但在深厚淤泥地基中，爆炸擠淤效果受諸多因素影響，泥石置換效果可能不太理想。為了及時檢驗深厚淤泥中爆炸擠淤圍堤在施工期間以及工后質量，及時調整和控制拋填和爆破參數，確保堤身斷面的完整性，施工過程中需及時跟蹤監測圍堤沉降速率與沉降量，并采用傳統的體積平衡法、鉆孔檢測、物探檢測等方法對圍堤施工質量進行檢驗。

深厚淤泥爆炸擠淤的圍堤穩定性除了與爆炸完成后實際拋填土石方量有關，還與時間因素有關。隨著時間增長，圍堤逐漸趨于穩定的表現形式為不同時刻的圍堤沉降量。因此，可以通過監測不同時間圍堤的自沉量，同樣可以推算堤身的穩定性。為此，對圍堤自沉降量的監測分析預測圍堤的穩定性研究，具有重要的理論與實際應用價值。

1 依托工程的基本概況

福州港可門作業區4#、5#泊位圍堤工程位于福建省福州市連江縣境內羅源灣的南岸。根據自然條件、地質條件的特點，本圍堤工程采用斜坡堤的結構型式。淤泥層深厚，考慮到工程施工進度及經濟性，圍堤采用爆破擠淤填石法處理，其中北圍堤、西圍堤及部分東圍堤地基處理均采用此法。北圍堤為海側圍堤，東西圍堤為接岸圍堤。北圍堤長667m，為永久性圍堤，西圍堤長840m，港區東圍堤長度1164m，由于遠期東西側相鄰工程建成后將形成新的陸域，東、西圍堤為臨時性圍堤。本次爆破擠淤的樁號為：K000~K1+504、KE934~KE1+164，總長為1734m，爆破擠淤填石方量約為2885583 m3。

正常設計高水位：3.14m；設計低水位：-3.21m；極端高水位：4.65m；極端低水位：-4.31m。

巖土工程勘察報告揭示，該圍堤地層地質狀況較差，地基土淤泥層深厚，從泥面開始淤泥層厚度達10～37m，土質較差，對圍堤穩定性影響較大。

2 自沉降量監測法的基本原理

圍堤爆炸擠淤完成后，圍堤在自身重量作用下產生壓縮沉降，包括瞬時沉降、固結沉降和次固結沉降3部分。這些沉降由堤身自身壓縮、泥石混合層壓縮與混合層底部土體的壓縮組成。瞬時沉降，是在圍堤置換完畢后，圍堤本身和底部淤泥產生的彈性變形，在此沉降階段里，淤泥孔隙水來不及排出，孔隙體積尚未變化，淤泥僅發生彈性壓縮變形；固結沉降，是圍堤在自身重量作用下，底部淤泥孔隙水逐漸擠出，孔隙體積相應減小，土體逐漸壓密而產生的沉降；次固結沉降，此時淤泥孔隙水已經消散完畢，有效應力不再增長，由于土體蠕變等引起。從時間順序上看，瞬時沉降首先發生，固結沉降和次固結沉降分別依次發生。從時間長短上看，前者發生的時間較短，后兩者較長，與淤泥性質和圍堤荷載等有關。

研究表明，爆炸擠淤效果與圍堤的自沉降量存在如下關系：

（1）當擠淤效果較好時，即全部淤泥均被填石置換時，此時圍堤的沉降量較小，僅為圍堤本身的填石彈性壓縮和下部粘土的壓縮組成，自沉降量較小，且很快就能趨于穩定。這是因為圍堤本身的彈性壓縮，屬于彈性變形，瞬時發生，瞬時完成，由于填石的彈性模量較大，故整體壓縮量較小。下部粘土層的壓縮，其含水量不大，故排水固結沉降量較小，基本為彈性和塑性變形引起的，故壓縮量也較小。兩者導致圍堤的沉降量較小，沉降穩定時間較快。

（2）當擠淤效果較差時，即下部存在泥石混合層和純淤泥層時，此時圍堤的沉降量較大，沉降穩定歷時較長，自沉降量較大。這是因為淤泥的含水量較大，壓縮性較大，其壓縮主要是淤泥排水固結引起的，而淤泥的滲透系數較小，處于10-7~10-8cm/s數量級上，其排水固結需要較長時間，通常情況下需要歷時幾個月甚至幾年時間，壓縮模量低，達1.0～2.0MPa，導致沉降量也較大。

3 自沉降量監測法的應用

圍堤的自沉降量與圍堤穩定性密切相關，當擠淤效果較差時，自沉降量較大，反之，則自沉降量較小。通過觀測北圍堤和西圍堤不同時間的沉降量，圖1、圖2可以看出，爆炸擠淤圍堤在初期時沉降量較大，穩定性較差，隨著固結時間，沉降量逐漸減小，圍堤逐漸趨于穩定。自沉降量可以定義為：

自沉降量并非定值，而是隨著時間逐漸變化，其大小與穩定性有關。穩定沉降量與時間的關系可以劃分為四個階段：

（1）不穩定階段。圍堤淤積完畢后，仍有較大的自沉降量，超過1cm/d，圍堤仍有較大空間的沉降，圍堤處于不穩定狀態，圍堤上部對沉降要求嚴格的建筑物或構筑物不能夠施工。

（2）較不穩定階段。對于北圍堤，爆炸擠淤完成后40天內，圍堤處于較不穩定狀態，自沉降量大，處于1.5～4.0mm/d之間；對于西圍堤，爆炸擠淤完成后160天內，圍堤處于不穩定狀態，自沉降量大，處于1.0～1.8mm/d之間。

（3）基本穩定階段。對于北圍堤，爆炸擠淤完成后40～140天內，圍堤處于基本穩定狀態，自沉降量較大，處于0.1mm/d左右；對于西圍堤，爆炸擠淤完成后160～380天內，圍堤處于基本穩定狀態，自沉降量較大，處于0.1～1.0mm/d之間。

（4）穩定階段。當沉降量小于0.1mm/d時，處于穩定狀態。

圖1 北圍堤沉降量隨時間的變化關系

圖2 西圍堤沉降量隨時間的變化關系

利用自沉降量觀測法判別圍堤穩定性，通過上面的分析，得到表1中的判別標準。

表1 自沉降量觀測法評價標準

4 圍堤施工質量綜合檢驗方法

4.1 體積平衡法

爆炸擠淤填石施工的質量控制重要方法之一是體積平衡法，通過對每一次堤頭爆的土石方量進行統計及側爆、爆后的堤頂補拋土石方量的統計，結合爆前、爆后斷面測量，計算分析實際拋填土石方量和設計土石方量的差異程度，推算堤身形成的完整性。

4.2 鉆孔檢測法

利用鉆探檢驗爆炸擠淤圍堤施工質量是最直觀、最可靠的方法，沿堤身縱向鉆探取樣，通過鉆孔可查明堤身落底深度、堤身下臥土層地質結構及堤身密實度等情況，除對施工情況進行檢驗外，同時還可對原始地層資料進行驗證。

4.3 物探檢測法

該法也稱為淺層地震反射波法，應用最多的儀器是地質雷達，是根據地震波或電磁波的透射原理來確定堤身底界面，方法簡便易行?？蛇M行全堤縱、橫斷面的測量，但其精度稍差，且必須結合鉆孔結果分析。

4.4 自沉降量監測法

通過打設沉降管和設置沉降觀測樁結合水準儀的方法對不同斷面的圍堤沉降進行監測。通過間斷觀測每次的沉降量，來判別圍堤的穩定性。

5 圍堤施工質量綜合檢驗方法的應用與結果

5.1 體積平衡統計結果

通過比較實際拋填土石方量和設計土石方量的差異程度，判定拋填比例?，F場按每50米堤身的拋填比例，根據實際統計與設計量比算，每一控制樁號拋填比例基本處于103.9%～138.6%之間，均超過100%，滿足設計要求。

5.2 鉆孔檢測結果

沿圍堤縱向布設鉆孔，利用鉆孔檢驗擠淤施工質量。在每一斷面上，布設3個鉆孔，分別為沿軸線和位于軸線兩側的3個位置處。從現場檢測結果看出，鉆孔檢驗擠淤效果良好，泥石混合層厚度小于設計允許厚度2.5m，幾乎不存在完全沒有得到置換的淤泥層；里程數K0+940、K1+050 、K1+252與K1+499擠淤處理的泥石混合層厚度相對較大，但仍在設計允許的2.5m范圍之內。

5.3 物探檢測結果

采用面波法檢驗擠淤施工質量，面波點間距為20m，面波波速基本處于200～600m/s之間，單獨采用該法來判斷爆炸擠淤填石情況效果欠佳，需結合鉆孔檢測進行對比分析。

5.4 自沉降量監測結果

沿圍堤中心線處每隔一定距離布設沉降位移觀測點，布設間距均為50m，北圍堤共布設14個監測點，西圍堤共布設18個監測點，監測圍堤沉降位移。北圍堤和西圍堤沉降量隨時間的變化關系如圖1和圖2所示，可以看出，對于北圍堤，爆炸擠淤完成后40天內沉降量較大，40天后趨緩，但一直持續增大；對于西圍堤，擠淤完成后200天內沉降速率較大，200天后趨緩。（注：北圍堤沉降中系列1,2,3,…里程數分別為K0+900, K0+950, K1+000, …；西圍堤沉降中系列1,2,3,…里程數分別為K0+000, K0+050, K0+100, …）

根據表1給出的自沉降觀測法判別不同時刻的圍堤穩定性標準，得出圍堤各斷面在爆炸擠淤完成后的初期，均處于較不穩定；隨著時間的持續，爆炸擠淤完成后約經歷3個月后，圍堤各斷面基本上均處于基本穩定狀態；約經歷1年后，圍堤各斷面均處于穩定狀態。

6 結論

6.1 通過研究擠淤效果與自沉降量的關系，首次提出圍堤穩定性檢驗方法——自沉降量監測法判別圍堤的穩定性。

6.2 采用本文介紹的圍堤自沉降量監測分析預測圍堤穩定性的方法，對于深厚淤泥的控制加載爆炸擠淤處理軟基是有效的，其結果對于實際工程具有重要的指導意義。

6.3 作為深厚淤泥爆炸處理工程的質量保障技術，其判定的方法達到客觀、正確地評價工程質量，完善規范、檢驗標準相關條款之目的。

6.4 自沉降量監測法與體積平衡法、鉆孔法、物探法一并，綜合四種方法且各方法充分發揮各自優點，對施工質量進行綜合評價，從而進行全面、動態控制深厚淤泥爆炸擠淤軟基處理質量。

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