拋石擠淤施工技術研究現狀

徐 海 波

(1.安徽省(水利部淮河水利委員會)水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000； 2.安徽省建筑工程質量監督檢測站，安徽 合肥 231000)

1 概述

拋石擠淤是處理軟弱地基的一種方法，主要通過在地基中部向兩側拋投一定數量的碎石，將淤泥擠出工程區域范圍，達到置換淤泥的目的，提高地基的承載力[1,2]。目前對于拋石擠淤的理論研究和施工技術研究方面相關成果較少，且適用范圍多局限于淤泥層厚度較小的地區。拋石擠淤技術從原理上屬于一種純粹的置換方法，通過施工把工程區域內的軟弱淤泥全部替換成硬度較大的石頭，進而提高原有地基的承載力。因此可以說采用拋石擠淤是地基處理最直接也最安全穩妥的一種方法。對于沿海地區，由于泥沙、海洋、地質等的共同綜合作用，沿海灘涂地區往往具有較厚的軟弱淤泥層，采用拋石把淤泥全部置換掉不現實也不經濟；沿海道路工程實踐表明，對于淤泥較厚的地區，通過拋石擠淤可以在淤泥表層形成一個一定厚度的“人造硬殼層”，可以滿足施工和路基變形穩定要求。本文詳細闡述了拋石擠淤技術的基本原理、施工工藝以及近年來該技術的研究現狀，指出了在沿海淤積地區拋石擠淤技術亟需解決的問題。

2 拋石擠淤原理與施工工藝

2.1 基本原理

淤泥是一種具有高含水量、高壓縮性、強度極低的土體，常處于流塑或流動狀態。由于淤泥的高壓縮性，石頭與淤泥先接觸后，在石頭自重作用下對淤泥豎向和側向產生擠壓作用，將淤泥推擠離開原有位置。對于淤泥層較厚的地區，由于淤泥在石塊下落過程中的阻力，石塊雖不一定穿越整個淤泥層，但由于淤泥上部置換成石塊，上部荷載變大，促使底部的淤泥加快固結排水過程，進而提高殘留淤泥的力學性質。

石塊在淤泥中的下沉過程可以近似作為一種落體運動，只不過在落體運動過程中，拋石會受到淤泥的阻力作用，直到石頭自重與阻力相等時下落停止。因此，拋石擠淤的處理厚度是有限制的，與淤泥狀態、塊石大小、地質條件等因素有直接相關，淤泥的流動性越強，石塊的下落距離就越長，拋石擠淤的處理厚度也越大。

2.2 施工工藝過程

拋石填料主要是開山石料。塊石以它特有的棱角以及自身的重量，可以不經外力作用就擠入淤泥中一定深度，是靠填石自身的重量來實現對淤泥的擠動，達到置換淤泥的目的。拋石擠淤基本都采用開挖淤泥，然后直接傾倒塊石，待填石到一定厚度后用補充細料人工找平，并根據情況進行碾壓。早期，拋石擠淤多采用上述施工方式進行施工，相應的設計也是原則性的概述，沒有進行詳細的論證、試驗等，圖1為拋石擠淤施工工藝流程圖。近年來，施工工藝較以前有所改進，如在填石面上進行強夯，保證填石直接作為承載層時具有一定的承載能力和滿足變形要求，最大程度的改善下伏殘留淤泥的物理力學性質。

3 國內外研究現狀

目前，國家頒布的相關規范中，JTG F10—2006公路路基施工技術規范對拋石擠淤施工做了如下規定[3]：

1)選用的石頭不易，厚度或直徑不宜小于300 mm；

2)根據地層平坦、淤泥狀態等選用從中線向兩側拋石或從高側坡腳向低側坡腳填筑等施工方式；

3)對拋石表面用小石塊整平夯實。水利行業規范SL 260—2014堤防工程施工規范中對拋石填料、拋石順序作了一些簡單規定[4]：拋石擠淤應使用塊徑不小于30 cm的堅硬石塊，當拋石露出土面時，改用較小石塊填平壓實，再在上面輔設反濾層并填筑堤身；提出了在陸域和水域采用拋石筑堤的施工方法，陸域即在緊靠拋石棱體的背水側向堤身擴展，水域即采用吹填法施工。但上述規范僅規定了石料粒徑、硬度和拋投順序，沒有明確拋石擠淤的質量控制標準。黃繼友[5]介紹了幾種施工中非常實用的填、挖施工方法，并從各自的施工工藝流程、適用范圍及施工注意事項等方面進行綜合分析比較。王東升[6]通過工程實例，從拋石施工方法和拋石填料成分兩方面對處理效果作了比較分析，認為填料中大直徑塊石含量應在50%以上，并盡可能少用或不用粘土、砂土。

在拋石擠淤處理軟土地基的效果評價研究方面，朱彥鵬等[7]通過對蘭永公路工程的數值模擬和監測數據，對比分析了未做處理和經拋石擠淤處理的地基變化情況，認為處理后地基沉降和水平位移明顯減小，整體性強度大幅度提高，孔隙水壓力消散時間變小，加快了土體的固結過程。張琪[8]介紹了拋石擠淤和填砂礫層處理過濕地基及路基的施工原則和工藝，提出按總沉降量和路基填筑中沉降速率來評價地基處理的效果。賈德華等[9]借鑒填石路基，對分層拋石擠淤提出采用沉降差和日沉降量對施工質量進行控制，并提出通過沉降觀測與鉆孔探摸相結合的方法檢驗處理效果。靳九貴[10]提出利用承載板試驗檢驗拋石擠淤地基承載力。劉富偉等[11]提出拋石后的地基應采用強夯進行處理，通過強夯的施工參數進行質量控制，并提出夯擊后的拋石層達到中密至密實狀態。

4 研究方向

拋石擠淤法作為軟基處理中的一種置換方法，在濱海地帶以及內陸湖泊的軟土地基地區具有廣泛的應用基礎和實用價值，特別在塊石資源豐富(或相對使用成本低)的地方，采用拋石擠淤法是一種簡單、可靠而且經濟的軟基處理方法。

但任何一種方法的使用，除了有先進完善的理論體系和精心設計外，施工過程的質量也是決定拋石擠淤具有最佳處理效果的決定性環節。為此，拋石擠淤法在較厚淤泥層地區的應用仍存在以下問題：

1)淤泥開挖的施工控制。

淤泥含水量極高，多呈流塑狀淤泥，開挖過程中會因自重出現局部或整體性坍塌和失穩現象，同時拋石過程中石塊對淤泥向外側推擠，增加了淤泥的不穩定因素。因此，如何對淤泥進行開挖及其施工工藝需要進行深入研究。

2)合理拋石厚度的確定。

由于不同路段軟土分布不同，填土高度不同，交通量也不同，因此，為達到一定要求的地基承載力和沉降控制標準，拋石處理的厚度也應有所不同。

3)拋石填料成分對擠淤效果的影響。

眾所周知，拋石填料中石塊含量的多少對擠淤效果的影響相當大，但砂子由于顆粒粒徑小的影響對拋石擠淤的效果影響較小。因此，采用拋石擠淤法對軟土地基處理時，正確選取填料的級配極其重要。實踐證明，拋石擠淤的填料成分盡量單一，應保證大直徑塊石的數量，盡量避免用粘土、砂土等顆粒細小的土體。

5 結語

本文根據近年來拋石擠淤施工技術工程應用和理論研究成果，闡述了拋石擠淤的作用機理、施工工藝流程，歸納了拋石擠淤技術理論研究成果，并給出了在厚淤泥軟土地區該技術在應用過程中需要解決的技術問題，主要結論如下：

1)拋石擠淤工作機理明確，施工工藝簡單，投資較低，在軟土及塊石豐富的地區具有較好應用價值；但軟土厚度、塊石大小、級配對處理效果影響較大。

2)相關規范對拋石的施工工序、施工工藝等方面給予規定，部分學者提出采用載荷試驗、沉降量控制等方法評價拋石擠淤處理效果。

3)在厚淤泥地區，拋石擠淤技術仍需要對淤泥開挖施工控制、拋石厚度的選取、拋石填料的組成成分等問題進行深入研究。