武霄，白帆

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)試驗(yàn)室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室，天津 300222；2.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

隨著我國(guó)圍堰、防波堤的大量形成，各種結(jié)構(gòu)形式的圍堰、防波堤隨之出現(xiàn)，如大圓筒式、浮箱式、爆破擠淤拋石式、地基處理加充填袋式等。爆破擠淤拋石結(jié)構(gòu)具有工藝簡(jiǎn)單、工期短、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于石料充足的地區(qū)。

深厚淤泥爆破排淤填石的方法是在拋填堤頭泥-石交點(diǎn)前方1～2 m距離，深度在0～0.45倍的淤泥層厚度的位置埋置藥包。爆炸將淤泥擠向四周壓縮成坑，在爆炸負(fù)壓與震動(dòng)作用下，鄰近的拋石體定向滑至爆坑。強(qiáng)大的爆炸壓力將深層淤泥擾動(dòng)，使其強(qiáng)度大大降低，造成了深層淤泥沿軸線(xiàn)方向定向滑移的條件。爆后拋填時(shí)，隨拋填自重荷載的增加，當(dāng)被爆炸強(qiáng)擾動(dòng)的深層淤泥內(nèi)的剪應(yīng)力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度時(shí)，拋石體沿滑移線(xiàn)朝軸線(xiàn)方向定向滑移下沉，實(shí)現(xiàn)泥石置換。和爆炸法處理淺薄淤泥一次性達(dá)到堤心石置換淤泥效果不同的是，深層淤泥在用爆炸法處理地基時(shí)一般須通過(guò)5～6次堤頭推進(jìn)爆破，第一次爆破位置的堤心石才能在這5～6次甚至更多次的爆破中不斷下沉，最后達(dá)到設(shè)計(jì)要求的堤心石基礎(chǔ)底標(biāo)高，完成塊石置換淤泥的目的[1]。

1 依托工程概況

本次研究所依托的工程為連云港港旗臺(tái)港區(qū)25萬(wàn)噸級(jí)礦石接卸碼頭工程，本工程北側(cè)圍堰與兩側(cè)圍堰在施工期作為陸域形成的防護(hù)圍堰，使用期作為永久性的碼頭駁岸和后方陸域的圍護(hù)建筑?？傞L(zhǎng)度約為2 421 m，其中北側(cè)圍堰長(zhǎng)度約為900 m。本次研究對(duì)象為北側(cè)圍堰，北側(cè)圍堰拋石堤淤泥的置換深度達(dá)20 m以上，圍堤形成后堤頂標(biāo)高為+7.00 m，堤前水深為-19.00 m（碼頭港池開(kāi)挖水深），堤身拋石落底約為-17.00 m，堤身下臥層中尚存在厚度為5.00～8.00 m的軟弱黏土③-3層，該土層埋置深度約為-30.00 m，抗剪強(qiáng)度低，壓縮性較高。圍堤斷面圖如圖1所示。

2 工程地質(zhì)概況

圍堤所在場(chǎng)區(qū)勘探深度范圍內(nèi)地層為第四系松散堆積物，按其成因時(shí)代、成因類(lèi)型、巖性特征及其物理力學(xué)指標(biāo)從上至下分為4個(gè)工程地質(zhì)層，各工程地質(zhì)層及亞層土體特征自上而下簡(jiǎn)要分述。

圖1 圍堤斷面示意圖

2.1 全新統(tǒng)地層

①-1淤泥：淺灰色，飽和，流塑，土質(zhì)均勻，該層厚度 4.50～10.20 m，層底標(biāo)高-10.16～-6.20 m。

①-2淤泥：灰色，飽和，流塑，含少量貝殼碎片及少量腐爛植物。層底標(biāo)高-23.00～-13.55 m。

2.2 上更新統(tǒng)地層

2.2.1 上更新統(tǒng)上段地層

②黏土、粉質(zhì)黏土：灰黃色、褐黃色夾灰褐色，軟塑～可塑，夾粉土及粉砂薄層，層底標(biāo)高-23.01～-20.21 m。

2.2.2 上更新統(tǒng)中段地層

③-1粉質(zhì)黏土、黏土夾砂：深灰色，軟塑，夾粉細(xì)砂薄層，層底標(biāo)高-33.92～-27.04 m。

③-2粉砂、局部為細(xì)砂：灰色、局部灰白色，飽和，中密，層底標(biāo)高-31.29～-29.12 m。

③-3黏土：深灰色，飽和，軟塑，局部近水平層理，局部夾粉土薄層，該層場(chǎng)區(qū)普遍分布，揭露厚度1.60～9.10 m，層底標(biāo)高-38.27～-34.06 m。

該層主要物理力學(xué)指標(biāo)：含水量w=47.7%，天然密度ρ=1.75 g/cm3，天然孔隙比e=1.307，塑性指數(shù)IP=28.4，液性指數(shù)IL=0.74，壓縮系數(shù)a0.1-0.2=0.34 MPa-1，壓縮模量Es=6.79 MPa，快剪黏聚力C=47 kPa，內(nèi)摩擦角φ=5.5°，固結(jié)快剪黏聚力C=50 kPa，內(nèi)摩擦角φ=9.2°，三軸不固結(jié)不排水剪黏聚力Cuu=51 kPa，內(nèi)摩擦角φuu=3.31°，三軸固結(jié)不排水剪黏聚力Ccu=31kPa，內(nèi)摩擦角φcu=14.0°，垂直滲透系數(shù)Kv=0.78×10-7cm/s、水平滲透系數(shù)Kh=2.75×10-7cm/s，黏粒含量Mc＝58.4%。

該層在場(chǎng)地中普遍分布且連續(xù)，厚度變化大，場(chǎng)區(qū)西段厚，東段相對(duì)較薄，土性隨地層厚度變大而力學(xué)性質(zhì)有所降低，含水量較高，孔隙比大，中至高壓縮性，力學(xué)強(qiáng)度低，屬軟黏土，其容許承載力f=90 kPa。

2.2.3 上更新統(tǒng)下段地層

④粉質(zhì)黏土：褐黃色、灰黃色夾藍(lán)灰色，可塑～硬塑，局部夾粉土及粉砂薄層，層底標(biāo)高-45.33～-36.36 m[2]。

3 監(jiān)測(cè)儀器位置、數(shù)量及穩(wěn)定控制指標(biāo)

3.1 監(jiān)測(cè)儀器的位置、數(shù)量

本次監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為深層側(cè)向水平位移（測(cè)斜）觀(guān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)量為9組。本次監(jiān)測(cè)儀器布置如圖2所示。

圖2 監(jiān)測(cè)儀器布置平面圖（單位：m）

3.2 穩(wěn)定控制指標(biāo)

1）堤身深層側(cè)向水平位移最大值小于4 mm/d；

2）堤身深層側(cè)向水平位移連續(xù)5 d的累計(jì)位移量小于15 mm[3]。

3.3 主要監(jiān)測(cè)設(shè)備

加拿大ROCTEST公司產(chǎn)RT-20M型測(cè)斜儀2臺(tái)。

3.4 側(cè)向位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)約定

深層側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以向海側(cè)（北）位移為正，向陸側(cè)（南）位移為負(fù)。

4 深層側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

4.1 圍堤形成概況

圍堤自2006年4月初開(kāi)始施工，截至2007年4月底結(jié)束。

4.2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)總位移量

圍堤的深層側(cè)向水平位移監(jiān)測(cè)于2007年12月開(kāi)始，截至2009年6月各點(diǎn)深層水平位移量最大值244 mm，最小值144 mm；各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大水平位移數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 深層水平位移數(shù)據(jù)一覽表mm

4.3 堤岸坡挖泥期間位移監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

圍堤北側(cè)岸坡挖泥自2007年開(kāi)始到2008年4月底結(jié)束，岸坡挖泥期間圍堤位移量見(jiàn)表2。

表2 岸坡挖泥期間圍堤位移量一覽表

從表2中可以看出岸坡挖泥期間發(fā)生的位移量基本占總位移量的26.6%～78.7%，由此可知岸坡挖泥是圍堤發(fā)生側(cè)向位移的最大影響因素。

4.4 南側(cè)陸域吹填期間圍堤位移監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

圍堤南側(cè)陸域吹填自2008年2月初開(kāi)始到2008年4月結(jié)束，陸域吹填期間圍堤位移量見(jiàn)表3。

表3 陸域吹填期間圍堤位移量一覽表

從表3中可以看出此期間發(fā)生的位移量基本占總位移量的11.9%～42.7%，所以陸域吹填也是影響圍堤發(fā)生側(cè)向位移的主要因素之一。

4.5 圍堤南側(cè)側(cè)爆針對(duì)性觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

為了了解圍堤內(nèi)側(cè)側(cè)爆是否對(duì)圍堤的穩(wěn)定性有影響，2007年12月31日在對(duì)圍堤南側(cè)進(jìn)行側(cè)爆的同時(shí)，進(jìn)行了針對(duì)性觀(guān)測(cè)。側(cè)爆區(qū)域與3號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，圍堤南側(cè)側(cè)爆期間圍堤位移量見(jiàn)表4。

表4 圍堤側(cè)爆期間位移量一覽表

由表4數(shù)據(jù)可知側(cè)爆對(duì)圍堤穩(wěn)定性影響較小，不會(huì)造成圍堤失穩(wěn)。

4.6 圍堤北側(cè)碼頭預(yù)制樁沉樁期間針對(duì)性觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

圍堤北側(cè)碼頭預(yù)制樁沉樁于2008年3月初開(kāi)始到8月底完成，期間為了了解圍堤北側(cè)碼頭預(yù)制樁沉樁是否對(duì)圍堤的穩(wěn)定性有影響，于2008年5月2—25日進(jìn)行了針對(duì)性觀(guān)測(cè)（針對(duì)5號(hào)、6號(hào)觀(guān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)區(qū)域沉樁），圍堤位移量見(jiàn)表5。

表5 碼頭沉樁期間圍堤位移量一覽表

由表5數(shù)據(jù)可知碼頭預(yù)制樁沉樁對(duì)圍堤穩(wěn)定性影響較小，不會(huì)造成圍堤失穩(wěn)。

4.7 潮水漲落期間針對(duì)性觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

為了了解潮水漲落對(duì)圍堤的位移影響程度，于2008年1月31日至2008年5月18日對(duì)圍堤進(jìn)行了針對(duì)性觀(guān)測(cè)，圍堤位移量見(jiàn)表6。

由表6數(shù)據(jù)可知潮水漲落對(duì)圍堤穩(wěn)定性影響較小，潮水漲落期間圍堤的位移方向沒(méi)有規(guī)律，位移量較小，分析原因?yàn)樵搾伿虨橥杆獭?/p>

4.8 圍堤南側(cè)陸域堆載期間針對(duì)性觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

圍堤南側(cè)陸域采用施打排水板+堆載預(yù)壓方法進(jìn)行地基處理。加載于2009年1月開(kāi)始到2月底結(jié)束，加載期間圍堤發(fā)生了較大的位移，隨著加載結(jié)束圍堤逐漸趨于穩(wěn)定，加載區(qū)域?qū)?yīng)1號(hào)～2號(hào)、4號(hào)～6號(hào)，加載期間圍堤位移量見(jiàn)表7。

表6 潮水漲落期間圍堤位移量一覽表

表7 陸域加載期間圍堤位移量一覽表

從表7中可以看出陸域加載期間發(fā)生的位移量占總位移量的10.2%～43.1%，由此可知陸域加載也是圍堤發(fā)生位移的主要影響因素之一。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)圍堤各項(xiàng)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析可知各種工況與圍堤側(cè)向位移的關(guān)系：

1）對(duì)圍堤穩(wěn)定性影響最大的工況條件是圍堤北側(cè)岸坡挖泥與南側(cè)陸域吹填及加載，圍堤深層側(cè)向水平位移大部分發(fā)生在這一期間。

2）圍堤南側(cè)側(cè)爆、北側(cè)海域碼頭打樁、潮水的漲落對(duì)圍堤穩(wěn)定性影響較小。

深層淤泥爆破擠淤拋石堤工藝比較成熟，能達(dá)到做為臨時(shí)圍堰和永久性圍護(hù)建筑的要求，在復(fù)雜工況下，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的控制可以保證圍堤的穩(wěn)定。

[1]連云港港旗臺(tái)港區(qū)25萬(wàn)噸級(jí)礦石接卸碼頭工程初步設(shè)計(jì)[R].中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院，2007.

[2]連云港港25萬(wàn)噸級(jí)礦石接卸碼頭圍堤工程地質(zhì)勘察報(bào)告（施工圖設(shè)計(jì)階段）[R].江蘇省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，2005.

[3]JGJ79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].