翁洪苞 張海元

深厚淤泥條件下爆炸擠淤圍堤質(zhì)量檢驗(yàn)方法探討

翁洪苞 張海元

中交三航局廈門分公司

該文依托福州可門港區(qū)4#、5#泊位圍堤爆炸擠淤軟基處理工程，對(duì)工程的質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)及方法展開研究,除采取擠淤體積平衡法、鉆孔檢測(cè)法和物探檢測(cè)法外，利用現(xiàn)場(chǎng)圍堤沉降變形監(jiān)測(cè)手段，增加自沉降量監(jiān)測(cè)法來(lái)檢驗(yàn)深厚淤泥爆炸擠淤圍堤的施工質(zhì)量。

圍堤爆炸擠淤 自沉降量 質(zhì)量檢驗(yàn)

0 引言

對(duì)于一般厚度淤泥的爆炸擠淤圍堤，通過(guò)施工質(zhì)量控制與合理設(shè)計(jì)，泥石置換效果往往比較理想。但在深厚淤泥地基中，爆炸擠淤效果受諸多因素影響，泥石置換效果可能不太理想。為了及時(shí)檢驗(yàn)深厚淤泥中爆炸擠淤圍堤在施工期間以及工后質(zhì)量，及時(shí)調(diào)整和控制拋填和爆破參數(shù)，確保堤身斷面的完整性，施工過(guò)程中需及時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)圍堤沉降速率與沉降量，并采用傳統(tǒng)的體積平衡法、鉆孔檢測(cè)、物探檢測(cè)等方法對(duì)圍堤施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

深厚淤泥爆炸擠淤的圍堤穩(wěn)定性除了與爆炸完成后實(shí)際拋填土石方量有關(guān)，還與時(shí)間因素有關(guān)。隨著時(shí)間增長(zhǎng)，圍堤逐漸趨于穩(wěn)定的表現(xiàn)形式為不同時(shí)刻的圍堤沉降量。因此，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)不同時(shí)間圍堤的自沉量，同樣可以推算堤身的穩(wěn)定性。為此，對(duì)圍堤自沉降量的監(jiān)測(cè)分析預(yù)測(cè)圍堤的穩(wěn)定性研究，具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 依托工程的基本概況

福州港可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位圍堤工程位于福建省福州市連江縣境內(nèi)羅源灣的南岸。根據(jù)自然條件、地質(zhì)條件的特點(diǎn)，本圍堤工程采用斜坡堤的結(jié)構(gòu)型式。淤泥層深厚，考慮到工程施工進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)性，圍堤采用爆破擠淤填石法處理，其中北圍堤、西圍堤及部分東圍堤地基處理均采用此法。北圍堤為海側(cè)圍堤，東西圍堤為接岸圍堤。北圍堤長(zhǎng)667m，為永久性圍堤，西圍堤長(zhǎng)840m，港區(qū)東圍堤長(zhǎng)度1164m，由于遠(yuǎn)期東西側(cè)相鄰工程建成后將形成新的陸域，東、西圍堤為臨時(shí)性圍堤。本次爆破擠淤的樁號(hào)為：K000~K1+504、KE934~KE1+164，總長(zhǎng)為1734m，爆破擠淤填石方量約為2885583 m3。

正常設(shè)計(jì)高水位：3.14m；設(shè)計(jì)低水位：-3.21m；極端高水位：4.65m；極端低水位：-4.31m。

巖土工程勘察報(bào)告揭示，該圍堤地層地質(zhì)狀況較差，地基土淤泥層深厚，從泥面開始淤泥層厚度達(dá)10～37m，土質(zhì)較差，對(duì)圍堤穩(wěn)定性影響較大。

2 自沉降量監(jiān)測(cè)法的基本原理

圍堤爆炸擠淤完成后，圍堤在自身重量作用下產(chǎn)生壓縮沉降，包括瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降3部分。這些沉降由堤身自身壓縮、泥石混合層壓縮與混合層底部土體的壓縮組成。瞬時(shí)沉降，是在圍堤置換完畢后，圍堤本身和底部淤泥產(chǎn)生的彈性變形，在此沉降階段里，淤泥孔隙水來(lái)不及排出，孔隙體積尚未變化，淤泥僅發(fā)生彈性壓縮變形；固結(jié)沉降，是圍堤在自身重量作用下，底部淤泥孔隙水逐漸擠出，孔隙體積相應(yīng)減小，土體逐漸壓密而產(chǎn)生的沉降；次固結(jié)沉降，此時(shí)淤泥孔隙水已經(jīng)消散完畢，有效應(yīng)力不再增長(zhǎng)，由于土體蠕變等引起。從時(shí)間順序上看，瞬時(shí)沉降首先發(fā)生，固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降分別依次發(fā)生。從時(shí)間長(zhǎng)短上看，前者發(fā)生的時(shí)間較短，后兩者較長(zhǎng)，與淤泥性質(zhì)和圍堤荷載等有關(guān)。

研究表明，爆炸擠淤效果與圍堤的自沉降量存在如下關(guān)系：

（1）當(dāng)擠淤效果較好時(shí)，即全部淤泥均被填石置換時(shí)，此時(shí)圍堤的沉降量較小，僅為圍堤本身的填石彈性壓縮和下部粘土的壓縮組成，自沉降量較小，且很快就能趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)閲瘫旧淼膹椥詨嚎s，屬于彈性變形，瞬時(shí)發(fā)生，瞬時(shí)完成，由于填石的彈性模量較大，故整體壓縮量較小。下部粘土層的壓縮，其含水量不大，故排水固結(jié)沉降量較小，基本為彈性和塑性變形引起的，故壓縮量也較小。兩者導(dǎo)致圍堤的沉降量較小，沉降穩(wěn)定時(shí)間較快。

（2）當(dāng)擠淤效果較差時(shí)，即下部存在泥石混合層和純淤泥層時(shí)，此時(shí)圍堤的沉降量較大，沉降穩(wěn)定歷時(shí)較長(zhǎng)，自沉降量較大。這是因?yàn)橛倌嗟暮枯^大，壓縮性較大，其壓縮主要是淤泥排水固結(jié)引起的，而淤泥的滲透系數(shù)較小，處于10-7~10-8cm/s數(shù)量級(jí)上，其排水固結(jié)需要較長(zhǎng)時(shí)間，通常情況下需要?dú)v時(shí)幾個(gè)月甚至幾年時(shí)間，壓縮模量低，達(dá)1.0～2.0MPa，導(dǎo)致沉降量也較大。

3 自沉降量監(jiān)測(cè)法的應(yīng)用

圍堤的自沉降量與圍堤穩(wěn)定性密切相關(guān)，當(dāng)擠淤效果較差時(shí)，自沉降量較大，反之，則自沉降量較小。通過(guò)觀測(cè)北圍堤和西圍堤不同時(shí)間的沉降量，圖1、圖2可以看出，爆炸擠淤圍堤在初期時(shí)沉降量較大，穩(wěn)定性較差，隨著固結(jié)時(shí)間，沉降量逐漸減小，圍堤逐漸趨于穩(wěn)定。自沉降量可以定義為：

自沉降量并非定值，而是隨著時(shí)間逐漸變化，其大小與穩(wěn)定性有關(guān)。穩(wěn)定沉降量與時(shí)間的關(guān)系可以劃分為四個(gè)階段：

（1）不穩(wěn)定階段。圍堤淤積完畢后，仍有較大的自沉降量，超過(guò)1cm/d，圍堤仍有較大空間的沉降，圍堤處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍堤上部對(duì)沉降要求嚴(yán)格的建筑物或構(gòu)筑物不能夠施工。

（2）較不穩(wěn)定階段。對(duì)于北圍堤，爆炸擠淤完成后40天內(nèi)，圍堤處于較不穩(wěn)定狀態(tài)，自沉降量大，處于1.5～4.0mm/d之間；對(duì)于西圍堤，爆炸擠淤完成后160天內(nèi)，圍堤處于不穩(wěn)定狀態(tài)，自沉降量大，處于1.0～1.8mm/d之間。

（3）基本穩(wěn)定階段。對(duì)于北圍堤，爆炸擠淤完成后40～140天內(nèi)，圍堤處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，自沉降量較大，處于0.1mm/d左右；對(duì)于西圍堤，爆炸擠淤完成后160～380天內(nèi)，圍堤處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，自沉降量較大，處于0.1～1.0mm/d之間。

（4）穩(wěn)定階段。當(dāng)沉降量小于0.1mm/d時(shí)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 北圍堤沉降量隨時(shí)間的變化關(guān)系

圖2 西圍堤沉降量隨時(shí)間的變化關(guān)系

利用自沉降量觀測(cè)法判別圍堤穩(wěn)定性，通過(guò)上面的分析，得到表1中的判別標(biāo)準(zhǔn)。

表1 自沉降量觀測(cè)法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4 圍堤施工質(zhì)量綜合檢驗(yàn)方法

4.1 體積平衡法

爆炸擠淤填石施工的質(zhì)量控制重要方法之一是體積平衡法，通過(guò)對(duì)每一次堤頭爆的土石方量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及側(cè)爆、爆后的堤頂補(bǔ)拋土石方量的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合爆前、爆后斷面測(cè)量，計(jì)算分析實(shí)際拋填土石方量和設(shè)計(jì)土石方量的差異程度，推算堤身形成的完整性。

4.2 鉆孔檢測(cè)法

利用鉆探檢驗(yàn)爆炸擠淤圍堤施工質(zhì)量是最直觀、最可靠的方法，沿堤身縱向鉆探取樣，通過(guò)鉆孔可查明堤身落底深度、堤身下臥土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)及堤身密實(shí)度等情況，除對(duì)施工情況進(jìn)行檢驗(yàn)外，同時(shí)還可對(duì)原始地層資料進(jìn)行驗(yàn)證。

4.3 物探檢測(cè)法

該法也稱為淺層地震反射波法，應(yīng)用最多的儀器是地質(zhì)雷達(dá)，是根據(jù)地震波或電磁波的透射原理來(lái)確定堤身底界面，方法簡(jiǎn)便易行?？蛇M(jìn)行全堤縱、橫斷面的測(cè)量，但其精度稍差，且必須結(jié)合鉆孔結(jié)果分析。

4.4 自沉降量監(jiān)測(cè)法

通過(guò)打設(shè)沉降管和設(shè)置沉降觀測(cè)樁結(jié)合水準(zhǔn)儀的方法對(duì)不同斷面的圍堤沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)間斷觀測(cè)每次的沉降量，來(lái)判別圍堤的穩(wěn)定性。

5 圍堤施工質(zhì)量綜合檢驗(yàn)方法的應(yīng)用與結(jié)果

5.1 體積平衡統(tǒng)計(jì)結(jié)果

通過(guò)比較實(shí)際拋填土石方量和設(shè)計(jì)土石方量的差異程度，判定拋填比例。現(xiàn)場(chǎng)按每50米堤身的拋填比例，根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)與設(shè)計(jì)量比算，每一控制樁號(hào)拋填比例基本處于103.9%～138.6%之間，均超過(guò)100%，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 鉆孔檢測(cè)結(jié)果

沿圍堤縱向布設(shè)鉆孔，利用鉆孔檢驗(yàn)擠淤施工質(zhì)量。在每一斷面上，布設(shè)3個(gè)鉆孔，分別為沿軸線和位于軸線兩側(cè)的3個(gè)位置處。從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果看出，鉆孔檢驗(yàn)擠淤效果良好，泥石混合層厚度小于設(shè)計(jì)允許厚度2.5m，幾乎不存在完全沒有得到置換的淤泥層；里程數(shù)K0+940、K1+050 、K1+252與K1+499擠淤處理的泥石混合層厚度相對(duì)較大，但仍在設(shè)計(jì)允許的2.5m范圍之內(nèi)。

5.3 物探檢測(cè)結(jié)果

采用面波法檢驗(yàn)擠淤施工質(zhì)量，面波點(diǎn)間距為20m，面波波速基本處于200～600m/s之間，單獨(dú)采用該法來(lái)判斷爆炸擠淤填石情況效果欠佳，需結(jié)合鉆孔檢測(cè)進(jìn)行對(duì)比分析。

5.4 自沉降量監(jiān)測(cè)結(jié)果

沿圍堤中心線處每隔一定距離布設(shè)沉降位移觀測(cè)點(diǎn)，布設(shè)間距均為50m，北圍堤共布設(shè)14個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，西圍堤共布設(shè)18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)圍堤沉降位移。北圍堤和西圍堤沉降量隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖1和圖2所示，可以看出，對(duì)于北圍堤，爆炸擠淤完成后40天內(nèi)沉降量較大，40天后趨緩，但一直持續(xù)增大；對(duì)于西圍堤，擠淤完成后200天內(nèi)沉降速率較大，200天后趨緩。（注：北圍堤沉降中系列1,2,3,…里程數(shù)分別為K0+900, K0+950, K1+000, …；西圍堤沉降中系列1,2,3,…里程數(shù)分別為K0+000, K0+050, K0+100, …）

根據(jù)表1給出的自沉降觀測(cè)法判別不同時(shí)刻的圍堤穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，得出圍堤各斷面在爆炸擠淤完成后的初期，均處于較不穩(wěn)定；隨著時(shí)間的持續(xù)，爆炸擠淤完成后約經(jīng)歷3個(gè)月后，圍堤各斷面基本上均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；約經(jīng)歷1年后，圍堤各斷面均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)論

6.1 通過(guò)研究擠淤效果與自沉降量的關(guān)系，首次提出圍堤穩(wěn)定性檢驗(yàn)方法——自沉降量監(jiān)測(cè)法判別圍堤的穩(wěn)定性。

6.2 采用本文介紹的圍堤自沉降量監(jiān)測(cè)分析預(yù)測(cè)圍堤穩(wěn)定性的方法，對(duì)于深厚淤泥的控制加載爆炸擠淤處理軟基是有效的，其結(jié)果對(duì)于實(shí)際工程具有重要的指導(dǎo)意義。

6.3 作為深厚淤泥爆炸處理工程的質(zhì)量保障技術(shù)，其判定的方法達(dá)到客觀、正確地評(píng)價(jià)工程質(zhì)量，完善規(guī)范、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條款之目的。

6.4 自沉降量監(jiān)測(cè)法與體積平衡法、鉆孔法、物探法一并，綜合四種方法且各方法充分發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而進(jìn)行全面、動(dòng)態(tài)控制深厚淤泥爆炸擠淤軟基處理質(zhì)量。

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