拋石擠淤法在農安縣兩家子水庫壩下公路工程中的應用

曲 楠

1.吉林大學建設工程學院，吉林 長春 130061;2.吉林省城市供水有限公司, 吉林 長春 130061

軟土的概念：軟土是淤泥和淤泥質粘土的總稱。它是在靜水或非常緩慢的流水環境中沉積，經生物化學作用形成。主要是第四紀后期形成的海相、潟湖相、三角洲相、湖沼相的粘性土沉積物或河流沉積物［1，2］。它的特點是天然含水量大、有機質含量多、壓縮性高、天然孔隙比大、滲透系數小、在外荷載作用下承載能力低，地基變形大，不均勻變性也大。廣泛分布于我國東南沿海和部分內地地區。隨著經濟發展和城市化水平的提高，在工程建設過程中不斷涉及到軟土地基加固。根據軟土的性質和空間分布，一般可通過排水固結、振沖擠密、強夯置換、拋石擠淤［3］等方法進行加固處理。

與其他加固方法相比，拋石擠淤法施工方便快捷、工藝簡單、不用抽水、不用挖淤，通過向軟土中拋入較大的塊石，使塊石強行擠出軟土并占據其位置，以此來提高地基承載力，減小沉降量，提高土體的穩定性。這種施工方法施工迅速，不用抽水挖淤，特別適用于軟弱地基表面存在大量積水無法排除，具有觸變性的流塑狀的飽和淤泥土的處理。對施工區域附近石料豐富，運輸距離較短的情況，采用拋石擠淤法進行軟基處理，可以有效節約施工成本，縮短工期。

拋石擠淤法原理：從理論上來講，淤泥一般為流塑狀甚至流態狀，在受到一定的外力擠壓時，在無側限的條件下，必然要發生移動。外力有側向的，也有正向的，拋石給予的基本是屬于側向的外力作用，在形成一定厚度的填石層后，也會產生正向的壓力，但對淤泥擠動影響最大的是側向的外力作用，在形成一定厚度的填石層后，也會產生正向的壓力，但對淤泥擠動影響最大的是側向的外力作用。如果淤泥層厚度過大或淤泥呈軟塑狀態，底部將有一定厚度無法擠動的殘留淤泥。那么，填石層的自重預壓與填實之間的縫隙將使底部淤泥有一個固結排水的過程，也可以改善殘留淤泥的物理力學性質［4］。由于擠淤拋填體必須下沉到底層的硬土層，故其一般適用于不排水抗剪強度小，四周為封閉的稀淤泥及塊石能沉達底部的泥沼或厚度不超過4 m 的軟土。

1 工程概況

農安縣兩家子水庫位于農安縣農安鎮北1 km處，壩址坐落在伊通河支流兩家子溝下游，水庫大壩地理坐標為東經125°15′，北緯44°30′。

該水庫始建于1973 年，于1974 年竣工，水庫控制集水面積150 km2,總庫容1 062 萬立方米，是一座以城市供水為主，結合防洪、養魚為一體的中型水庫。兩家子水庫大壩為均質土壩，全長1 450 m，最大壩高12 m，壩頂寬8 m,壩頂為農安縣城至靠山鄉公路，現已鋪砌了7 m 寬的柏油路面，屬于三級公路。

兩家子水庫為農安縣城主要供水水源地，為保護水源地環境，避免受交通生活垃圾給水庫水源帶來嚴重的污染，同時為避免壩頂公路超載運行對水庫安全構成威脅，現將該公路兩家子水庫壩頂公路段改線，新建公路選線布置在壩下游壩坡處，公路總長1 389 m，路中心線與壩頂公路中心線相距約20 m，跨消力池處新建54.05 m 長交通橋1 座。

2 工程地質條件

2012 年5 月11 日，設計、地質勘查人員到現場，會同業主、監理、施工單位等有關人員，進行現場挖探坑檢測，在壩下公路樁號0+800 處和1+100 處挖探坑深1.2 m 左右，2 h 后觀測，坑內積滿水，水位上升至地表以下14.6～20 cm 左右。

經過現場檢查，壩下公路樁號0+250～0+320區間，長70 m； 樁號0+450～0+770 區間，長320 m；樁號0+880～1+155 區 間，長275 m 和樁號1+155～1+250 區間，長95 m，共四段總長760 m 范圍內，地下水豐富，地基土屬淤泥質土，在施工機械進入現場時沉陷量很大，施工機械無法進入進行進行清基和渣石攤鋪、碾壓。

通過地基土質和工程運行情況分析，兩家子水庫存在壩基接觸滲漏問題至今未得到處理。而且自2012 年春節以來，農安縣兩家子水庫從中部城市供水系統每日飲水4.0 萬立方米水量入庫，持續到施工期，水庫水位最高上升至171.58 m 高于平常庫水位1.42 m。這些因素均導致壩后地下水位抬高。為保證工程質量和施工進度，經業主、監理、設計和施工單位現場共同研究，為提高地基承載力，有必要采取工程加固措施。

2.1 加固方案比選

地基加固設計考慮三個方案進行方案比較，方案一：攤鋪土工格柵法；方案二：換填法；方案三：拋石擠淤法；

各方案分析比較見表1。

通過上述三個方案的技術經濟比較，設計選用施工進度快，投資較省的拋石擠淤方案三，拋石擠淤工程數量見表2。

3 施工方法

3.1 施工順序

施工準備→測量放線→地表清基→施工降排水→清底→驗槽→拋填塊石→重型碾壓→沉降觀測→檢查驗收→鋪設反濾層→驗收合格后方可進行路基填筑。

3.2 施工準備

（1）材料拋石擠淤設計采用堅硬、不易風化的塊石，設計要求在石料運抵現場前必須取樣作試驗，要求其浸水抗壓強度不小于20 MPa，塊石粒徑尺寸不應小于30 cm，允許有20%較小的塊石，但粒徑不小于15 cm。塊石準備、送檢合格后，報請監理工程師進行檢查，簽字后方可使用。

（2）設置好觀測點，實測地面高程，測量路基回填邊線。

（3）地表清理，拋石之前，路基范圍內的草木殘株及種植土、有機土、建筑垃圾、草皮、樹墩、樹根等表層土要用挖掘機清除，并用人工配合清理。清基后在拋石前，地表必須開挖50 cm，并將廢土運出路基外。

（4）主要施工機械：挖掘機、推土機、自卸汽車、壓路機、強夯機械。

（5）測量放線：按設計圖要求進行測量放線，確定其拋石范圍并經業主或監理工程師現場檢查界線。

3.3 拋填塊石

拋石采用挖掘機進行，方法為進占法。 在地表清基后，進行塊石拋填。攤鋪平整工作采用挖掘機和推土機相結合進行，根據現場實際情況，對于地層較平坦的地段，拋石順序是沿路中線向前拋填，再向兩側擴展，以20～50 m 長度依次推進。如遇到地層有較大橫坡時，拋填塊石應從高處側，并在低處側多拋填一些，拋石填筑完成后，個別不平整處應配合人工用細塊石進行填塞和找平。拋石厚度初步拋填時，采用清基挖除的界面高50 cm，經現場用重型壓路機反復碾壓達到強度要求后，現場確定拋石拋填厚度，若50 cm 厚塊石經碾壓，沉降量仍較大，則需再拋一層塊石進行碾壓。確定拋石厚度最大不能超過80 cm，否則需分二層進行拋填碾壓。

表1 方案比較表Table 1 Comparison table of the plan

表2 拋石擠淤工程數量表Table 2 The ripped-rock crowded silting engineering quantities

3.4 碾壓

一般而言，碾壓機在地基的碾壓過程中其靜止碾壓速度為2～4 km/h,動態振動碾壓速度為3～4 km/h。拋投過程中首先由自重較大的推土機及挖掘機來回走動進行碾壓，使塊石沉入基本穩定。待作業面展開后，再用自重18 t 以上的振動式壓路機進行碾壓，振動碾壓4～5 遍，直至拋石層頂面平整無明顯孔隙。用壓實度控制拋填施工，經振動壓路機振動碾壓4～5 遍，直至碾壓后相鄰輪跡高差l cm，再用觀測點檢測點高程。施工中若發現淤泥翻出，采用挖掘機挖除。

3.5 檢測

壓實度檢測采用沉降觀測法，以重型振動壓路機壓實，當壓實層頂面穩定，無輪跡，可判為密實狀態。在檢測路段選擇檢測點，用白灰做出明顯標記，先記錄初始高程，然后用壓路機振動壓實2 遍后，再觀測檢測點的高程，如前后兩次檢測點高程差在3 mm 以內，可判定沉降穩定，壓實度滿足要求。如檢驗后不符合要求，查明原因，采取措施或繼續碾壓，直到合格為止。

4 效果及評價

從拋石擠淤法的原理、實踐到效果分析，再到技術和經濟方面的比較論證，可以得出一些簡單的結論。

（1）根據軟土地基處理理論，采用拋石擠淤法處理（樁號）段飽和淤泥質粘土的施工方法是正確的，完全滿足了對路基的設計要求，路基處理十分成功。

（2）拋石擠淤法作為一種處理表層一定厚度的淤泥還是有其獨特的技術和經濟優勢，也是有一定的發展前景的。

（3）為了保證擠淤的良好效果，拋填石料的塊徑應控制在30～45 cm 以上，并保證大直徑的塊石含量在60%以上。

[1] 李 平，陳利群． 拋石擠淤在軟土地基處理中的應用［J］.湘潭師范學院學報(自然科學版)， 2009， 31(2): 103- 106．

[2] 胡永安，孫立宏． 拋石擠淤地基處理法在飽和淤泥基礎中的應用［J］. 陜西水利， 2010， 5(4): 65- 66．

[3] 趙明華． 土力學與基礎工程［M］．武漢: 武漢理工大學出版社，2005．

[4] 周 勝，張 巍，李 平. 拋石擠淤在軟土地基加強處理中的應用[J].山西建筑 2007,33(28):118-119.