懸浮式整體拋石擠淤法在水利工程中的應用

沈 建

（江蘇文天水利規劃設計研究院有限公司，南京 210000）

0 前 言

拋石擠淤法是向靈敏度高的流塑狀淤泥表面集中拋填大量土石料，利用自重擠開淤泥，強行置換地基中飽和軟土的地基處理法。

拋石擠淤法通常用于厚度4m 以下，且挖除表層硬殼后具有觸變性的流狀飽和淤泥或淤泥質土的處理。拋石擠淤法可分為整體壓載擠淤和散式擠淤二種擠淤方法。

整式壓載擠淤的填筑體一起沉入淤泥中，除淤泥的交界面外，填筑體內部不混有淤泥。整體壓載擠淤的形式有接底式和懸浮式等，整體擠淤結構整體性好，承載力高，又以接底式穩定性更好。在淤泥較薄的情況下，應盡可能使填筑體擠至層底硬土層面上。在上部荷載較小且沉降方面的要求不高的情況下，懸浮式結構的應用也較廣泛[1]。

1 工程概況

政和縣七星溪（外屯段）安全生態水系建設項目位于政和縣外屯鄉，項目涉及范圍為七星溪及其支流湖屯溪、古元溪，河道總長度 13.911km。本項目區生態護岸位于洋屯段以及下游生態休閑段，其中下游生態休閑段河道中心線樁號Q10+654~Q12+435，起于8#滾水壩，止于蛙巖，新建生態防洪堤2347m，其中左岸長1984m，右岸長363m。

2 工程區地質條件

根據地質勘察鉆探資料揭露，區內主要巖土層情況如下：

2.1 人工填筑層

1）素填土: 褐色、褐黃色，稍濕，松散，主要由粉質黏土、粉細砂等組成，有機質含量較高，局部夾有植物根系，厚度為0.6m 左右，該層主要分布河床岸坡上農田中，為新近人工填土，分布不均，差異性較大。

2.2 沖洪積層

1）-1 粉細砂：黃褐色、褐色，松散狀，飽和，粒徑小于0.075mm 含量80%，局部夾有少量的卵石，含泥量較高，該層揭露厚度1.5~6.2m，厚度差異性較大。

2）-2 淤泥質粉土：灰色、深灰色，飽和，流速-軟塑，干強度一般，韌性一般切面光滑，局部含較多粉砂，含少量有機質，有臭味。標貫為1~2 擊，力學性能較差，壓縮性較高。該層沿線均有分布，厚度2.6~16.4m，厚度差異性較大，分布不均。

3）-3 中粗砂：褐色、灰褐色，稍密，飽和，局部位置夾有少量分粉砂，鉆孔揭露厚度0.6~5.2m，分布不均。

4）-4 砂卵石：雜色、灰色，最大卵石粒徑達10cm，重力觸探擊數11~14 擊/10cm，未鉆穿。

3 基礎處理方式及要求

新建生態護岸的基礎均處于淤泥質粉土層，根據地質勘察成果，該層承載力特征值為60kPa，達不到設計要求，且淤泥質粉土層厚度較厚，采用換填及樁基礎的處理方式均不具備可行性。經多方面比選后，決定采用拋石擠淤方案進行地基加強處理，以提高地基承載力。同時為減小基礎沉降對新建護岸產生的影響，新建護岸采用格賓石籠柔性擋墻結構。

4 新建護岸結構斷面型式

本工程結合項目區具體情況，下游生態休閑段河道左岸新建生態護岸采用生態格網擋墻復合式堤坊的斷面形式。下部采用拋石拋至常水位以上1m，拋石頂寬3.5m，坡比1:1.5，拋石粒徑≥0.5m，面層理砌。拋石面以上采用五絞網 墊， 尺 寸 為 厚2000mm×2000mm×400mm，以上采用生態格網擋墻，分為兩層，下層尺寸為2000mm×1500mm×1000mm， 上 層 尺 寸 為2000mm×1000mm×1000mm，網墊及擋墻后設置與砂碎石反慮層，厚300mm，并設置一層反濾土工布（400g/m2）。擋墻以上采用三維網墊草皮護坡至防洪堤堤頂，坡比1:2，堤頂設置3.5m 寬親水步道。

新建生態護岸典型斷面見圖1。

圖1 新建生態護岸典型斷面圖

5 穩定計算

5.1 計算方法

生態護岸擋墻穩定計算采用北京理正設計研究所《理正擋土墻設計軟件》進行計算。根據《堤防工程設計規范》和《水工擋土墻設計規范》的要求，本工程護岸擋墻按5 級水工建筑物標準控制，在基本荷載組合條件下抗滑和抗傾覆穩定安全系數不應<1.20，在特殊荷載組合條件下抗滑穩定安全系數不應小于1.05。

5.2 計算工況

生態格網擋墻高度為2.4m，選取擋墻高度2.4m作為典型計算斷面。計算工況選取3 種工況：即①設計水位工況；②不利中水位工況；③完建情況。

5.3 計算參數

生態護岸擋墻巖土層主要計算參數見表1。生態格網擋墻墻體容重g=18kN/m3，墻背填土容重g±=16kN/m3；墻背回填土的等效內摩擦角φ=35°，土體與墻背間的摩擦角δ=φ/2；擋墻基底坐落在拋石上，摩擦系數采用f=0.4，地基承載力取320kPa。

表1 巖土層主要計算參數

5.4 計算結果

經計算，生態護岸擋墻在各工況下的安全系數均大于規范允許值，滿足規范要求。各工況穩定計算成果見表2。

表2 各工況穩定計算成果表

6 基礎處理施工方法

本工程采用拋石擠淤法對河道淤泥質粉土軟土地基進行處理，其基本原理就是在淤泥中拋入擠淤片塊石填體。隨著項目施工進度的不斷進展，所拋塊石逐漸下沉，不斷擠壓淤泥質基礎，淤泥質基礎因受到擠壓產生對拋石塊體的阻滑力和上托力，當該力與所拋石塊體的自身下沉力相等時，拋石塊體與其周圍的淤泥質基礎將處于相對平衡的狀態，所拋石塊亦不再下沉。拋石塊體周圍淤泥質基礎中的超孔隙水壓力隨著時間的推移而逐漸排出，有效應力逐漸增大，淤泥質基礎的結構強度也逐漸提高，承載能力逐漸增大，使拋石體形成懸浮在淤泥質基礎中的穩定結構，進而形成新建生態護岸擋墻的基礎平臺。

關鍵施工要點如下：

拋石擠淤原材料片塊石的強度應符合設計要求。

拋石之前，拋填范圍應使用挖掘機進行清表，同時配以人工清理。對于地勢低洼、不易清淤的坑塘，應修筑圍堰進行抽水，優先清除雜草。

向基坑拋入不同粒徑的片塊石，小片石應充分填塞大片石的間隙，同時注意排除泥漿質和積水，并配以人工理砌。

達到一定拋填量后，用履帶式推土機進行穩壓，之后再次拋入一層片塊石并進行穩壓，按序重復至無明顯沉降為止。

本次七星溪安全生態水系新建護岸擋墻采用格賓石籠柔性結構，以減少因基礎不均勻沉降造成的擋墻破壞。為避免河道水流對拋石體造成沖刷，本次設計對拋石基礎表面所拋塊石進行人工理砌，厚度0.5m，增加拋石體的抗沖刷能力。

7 結 語

政和縣七星溪安全生態水系工程施工期為半年，完工后已安全運行多年，所建護岸未發現明顯的沉降變形、開裂等現象，項目區河道防洪功能完好，同時展現了良好的生態景觀效果。實踐證明，采用懸浮式整體拋石擠淤處理河道工程中深度較大的淤泥質基礎，工期短、效果可靠。