拋石擠淤在擋潮閘工程地基處理中的應用

金瑞芳

（青島西海岸新區水務發展中心，山東 青島 266500）

1 拋石擠淤技術原理

拋石既包括單純以石料為置換物，又包括以石料為主的其他置換物。就字面意思理解，拋石擠淤技術就是通過拋投石料及以石料為主的其余置換物，擠動并置換淤泥，并達到地基加固目的。所以拋石擠淤技術在理論上并不復雜，與其他置換技術最大的不同之處在于，拋石擠淤是一種純粹的置換，將淤泥盡可能全部置換成石料等置換物以徹底改變地基土性質，達到軟基處理及地基加固的目的。

淤泥主要表現為流塑狀態，受到側向及豎向等外力擠壓后必然發生移動，通過拋石處理向其施加側向的外力作用，并形成具有一定厚度填石層。如果淤泥層呈軟塑狀態或厚度過大，則底部必然存在難以擠動的殘留淤泥，則在填石層自重預壓下底部淤泥會發生固結排水，使殘留淤泥物理力學性質得到改善。拋石過程屬于自由落體運動過程，拋石料入水后因受到水體、淤泥等的阻力影響而速度減緩，最終停止下落。所以，拋石擠淤處理厚度與淤泥狀態直接相關，一般情況下，淤泥液性指數越大，則拋石下落距離也越長，所對應的拋石擠淤處理厚度也越大，對于流塑狀淤泥，拋石擠淤處理厚度應控制在15 m以內。

2 工程應用

2.1 工程概況

李村河、張村河下游綜合整治工程擋潮閘工程位于青島市市北區、李滄區、嶗山區李村河、張村河下游。擋潮閘位于李村河入海口上游210 m，工程共23 孔，單孔凈寬10 m，閘門高4×10 m，擋潮閘閘孔總凈寬230 m。擋潮閘上游蓄水深度0.80～2.50 m，蓄水面積47.50 萬m2，形成蓄淡水79 萬m3，過閘流量1 090 m3；市政道路路面寬6 m、長400 m，河道清淤約12 萬m3。

在上游C20 細石混凝土砌石護底以及下游C20 細石混凝土砌石海漫段基礎采用拋石擠淤地基處理，采用反鏟挖掘機將尺寸≥30 cm、塊重50～150 kg 的亂石拋投進護底及海漫底部淤泥層中，通過推土機推平、預壓，挖掘機配合，再用13 t 振動壓路機碾壓。擠淤結束后在其上按護底及海漫設計要求施工，拋石至淤泥層底，上下游拋石擠淤厚度均在2.50 m 以上，以滿足設計要求。

2.2 現場試夯

在李村河、張村河下游綜合整治工程擋潮閘工程拋石擠淤施工前，必須進行試夯操作，以確定各項施工參數及技術指標取值，該擋潮閘工程試夯沉降曲線與夯實擊數之間的關系詳見圖1。從圖中可以看出，當采用三種重量分別為5、8、10 t 的重錘進行強夯試驗時，所對應的沉降量基本均在12 擊左右達到穩定狀態。所以，該擋潮閘工程地基加固拋石擠淤強夯處理的最大夯擊能按照12擊確定。

2.3 大面積強夯

該擋潮閘工程拋石擠淤所用石料粒徑均不超出500 mm，較粗顆粒通常用在施工前期，施工后期應選用粒徑較小的石料顆粒，并避免采用粘性土含量高的土方為填料。通過挖掘機及進占法進行填方施工，首先通過裝載機將土石料從原料堆放處運輸至施工區域，再通過挖掘機進行第一層拋投料的均勻拋填，結束后改用大自重推土機和挖掘機行走碾壓，直至填方料沉入后開始第二層拋填；拋填完成后通過同樣方式碾壓處理，此時若填方料無明顯沉降，則可進行下一段施工；如果填方料存在較大沉降，必須再拋填一層填方料后再行碾壓，直至填方沉降量達到設計要求。首層回填石料厚度為1～2 m，其余層回填料厚度則根據工程實際控制在1 m 以內，在達到交工標高前每層碾壓1 遍，達到交工標高后每層碾壓2～3 遍。

值得注意的是，該擋潮閘工程拋石擠淤施工主要是向吹填淤泥區拋填石料，必須通過挖掘機將裝載機所運輸到的石料拋填至淤泥區，以便保護監測點，并確保表層淤泥無較大相對移動的情況下監測數據的真實性。工程區內主要為土質性狀極差的吹填淤泥，必須控制施工進度，待碾壓完成標高和交工標高高差不超出0.50 m時方可繼續填方施工至交工標高。

3 地基處理效果監測

3.1 監測內容

考慮到該擋潮閘工程土質性狀極差，拋石料自身沉降量必然較大，并且拋石料還會不斷排擠周邊淤泥質土體，導致周邊一定深度范圍內土體因受擠壓而變形，表現出隆起和側向變形。為此必須在拋石擠淤過程中進行試驗段淤泥深層水平位移、沉降、周邊隆起及孔隙水壓力等參數的監測，并增設補充勘測點、重型動力觸探點。

沉降觀測點的布設采用相對高程系，通過水準儀引測，以監測拋石擠淤施工前后軟土地基沉降量，并分析不均勻沉降及后期沉降規律，為擋潮閘工程地基處理質量及效果評價提供依據；深層水平位移點的布設則主要用于施工期間及工后周邊填方土體水平位移量的監測，以便進行周邊土體擠密深度、范圍及程度受地基處理影響的分析；通過隆起點的布設進行地基處理對周邊土體擠密影響的監測，并分析影響范圍及規律；應用振弦式孔隙水壓力計進行孔隙水壓力測量，并對拋石擠淤處理軟弱地基過程中土體孔隙水壓力消散情況進行監測，判斷土體固結程度；重力觸探試驗主要監測擋潮閘工程地基加固處理后地基土強度、深度等參數取值變化。

3.2 監測結果

考慮到此次試驗主要監測對象為試驗段淤泥沉降，為保證監測結果的可靠，客觀真實描述試驗段實際沉降，在2020 年7-8月該擋潮閘工程拋石擠淤試驗段施工過程中，分別在場區吹填淤泥區及已拋石回填區設置2 個觀測點展開觀測。所得到的觀測數據具體見表1。

表1 擋潮閘工程場區監測點累計沉降觀測結果表 （單位：mm）

該擋潮閘工程淤泥質土體在拋石擠淤加固處理前處于超飽和狀態，流動性強，含水量大，且表面存在一層薄層硬殼。拋石擠淤處理過程中因無規律地拋投，且無任何側限，致使薄層硬殼下方的淤泥受到擠壓后向四周偏移，薄層硬殼上所設置的監測點受到帶動后也隨之一起移動，淤泥表面也隨之形成隆起狀。監測結果還表明，拋石擠淤施工過程中淤泥表層表現出較大的推移，且沿推進方向和垂直方向所發生的推移10 m以上，淤泥表面的隆起最大達到700 mm；拋石沉降值最大為14 m，最小5.40 m；已回填區所測沉降值為80～115 mm。根據監測結果，該工程拋石擠淤過程存在較大的隨意性，既造成拋填料資源方面的過大消耗，又導致加固處理后淤泥厚度分布嚴重不均，沉降量較大，但基本符合《水電工程軟弱土地基處理技術規范》要求。

考慮到該擋潮閘工程拋填石料粒徑不超出500 mm，故后期監測采用的是適用于碎石土、砂類土的重（2）型動力觸探及超重型動力觸探結合方法。在已鋪設道路的兩邊及中間布設12 個監測點，進行下部淤泥在上部石料影響下屬性變化程度監測。監測結果顯示的填料厚度最大最小值分別為12.80 m和5.60 m，且淤泥從表層向下以6～7 m為界被分為兩個亞層：界面以上為形狀極差的灰褐色淤泥，界面以下為性狀較差的灰黑色淤泥。分別設置在以上兩個亞層的1#測點和3#測點錘擊數與深度的關系具體見圖2和圖3。結果表明，在深度分別達到8 m和8.50 m處時，錘擊數突然增多，說明該處所拋填的石料已經達到淤泥層底部。

擋潮閘工程大面積采用拋石擠淤處理技術，必然會在工后在石料底層留下厚度不均的淤泥層，雖然拋石處理會在一定程度上改善淤泥性質，但殘留淤泥的物理力學性質仍存在較大離散性和不均勻性，必然會成為后期地基處理的薄弱環節；此外，擋潮閘工程河道整治過程中所拋投的是粗大石料，必然增大后期可能進行的基坑開挖、樁基礎等施工難度，增大工程處理成本。為此，必須結合該河道綜合整治工程擋潮閘工程規劃，只有在該河道未來不用于建筑物、橋梁等工程建設的情況下，才可以進行拋石擠淤加固處理。

4 結論

綜上所述，李村河、張村河下游綜合整治工程擋潮閘工程河道整治所采取的拋石擠淤方案基本可行。施工過程中拋填石料粒徑基本控制在500 mm 以內，且石料內所含粘性土料較少，并嚴格按照拋填方式施工，在拋填材料和施工方法方面得以保證。結合類似工程施工經驗，拋石擠淤技術通常適用于淤泥面積小、淤泥層厚度較小的軟弱地層，若應用于面積大且淤泥層厚度大的工程，必須采取土工布及土工格柵等輔助性方法，控制拋石料拋投的隨意性，并保證淤泥厚度分布的均勻性。