尚金瑞， 楊俊杰， 孟慶洲， 孫 濤,5

(1. 中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266100； 2. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；3. 日照港集團(tuán)嵐山港務(wù)有限公司，山東 日照 276808；4. 青島市勘察測(cè)繪研究院，山東 青島 266032;5. 山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590)

?

圍海造陸填土技術(shù)及其應(yīng)用研究

尚金瑞1,2,3， 楊俊杰1,2， 孟慶洲4， 孫 濤4,5

(1. 中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266100； 2. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；3. 日照港集團(tuán)嵐山港務(wù)有限公司，山東 日照 276808；4. 青島市勘察測(cè)繪研究院，山東 青島 266032;5. 山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590)

提出了在填土工程中將海底的淤泥和吹填料中的淤泥聚集在一起，最終將新形成的陸域分離成以粗粒土為主的非軟土地基和以淤泥質(zhì)土為主的軟土地基兩個(gè)區(qū)域，繼而可以針對(duì)各分區(qū)的地基選用不同的加固處理方法的圍海造陸填土技術(shù)觀點(diǎn)；基于土力學(xué)的強(qiáng)度理論和水力吹填的分選性，提出了能夠?qū)崿F(xiàn)填土技術(shù)觀點(diǎn)的思路與基本條件；將本文提出的圍海造陸填土技術(shù)觀點(diǎn)、陸域形成填土技術(shù)成功應(yīng)用于日照嵐山港區(qū)圍海造陸工程。

圍海造陸； 填土技術(shù)； 吹填土

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，圍海造陸成為中國(guó)沿海地區(qū)解決建設(shè)用地的重要手段[1]。

日照嵐山港位于黃海海州灣北岸，地處山東省日照市東南部的嵐山區(qū)，是經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的國(guó)家一類開(kāi)放口岸，山東省區(qū)域重點(diǎn)港口。

為了緩解嵐山港鐵礦石接卸和堆存能力不足的矛盾，山東省發(fā)展和改革委員會(huì)批準(zhǔn)嵐山港在南作業(yè)區(qū)南一突堤建設(shè)2個(gè)10萬(wàn)t級(jí)通用泊位(見(jiàn)圖1)，年貨物吞吐量2000萬(wàn)t，項(xiàng)目總投資6.2億元。

圖1 嵐山港區(qū)南作業(yè)區(qū)規(guī)劃圖Fig.1 Planning map of the lanshan port south area

南一突堤規(guī)劃總面積2.27km2，計(jì)劃經(jīng)過(guò)其圍堰隔堤形成Ⅰ號(hào)場(chǎng)區(qū)(即Ⅰ期工程)，其總面積約333333m2，將作為2個(gè)10萬(wàn)t級(jí)通用泊位及后方貨場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)地(見(jiàn)圖2)。場(chǎng)地為海底標(biāo)高約-5m的淺海區(qū)，需要填海造陸，要求地基承載力不小于120kPa，25年最大沉降量不超過(guò)30cm。

圖2 南一突堤Ⅰ號(hào)場(chǎng)區(qū)(南一突堤Ⅰ期工程)Fig.2 The No.1 field area of No. 1 south jetty (First phase of No.1 south jetty project)

以往的港區(qū)堆場(chǎng)建設(shè)通常采用傳統(tǒng)的圍海造陸填土技術(shù)形成陸域，然后對(duì)形成的陸域進(jìn)行強(qiáng)夯處理，對(duì)存在淤泥的部位則進(jìn)行強(qiáng)夯置換，但使用過(guò)程中沉降過(guò)大，而且長(zhǎng)期不穩(wěn)定，處理效果不理想。個(gè)別堆場(chǎng)甚至進(jìn)行了四層混凝土面層修補(bǔ)的硬化處理，依舊出現(xiàn)了堆體傾斜、場(chǎng)地積水、地下敷設(shè)的水電管網(wǎng)斷裂等問(wèn)題。這些問(wèn)題導(dǎo)致貨物損失、商務(wù)糾紛，嚴(yán)重影響了貨場(chǎng)的使用效能。圖3是由于發(fā)生不均勻沉降造成堆場(chǎng)場(chǎng)地積水的情況。

圖3 既有堆場(chǎng)沉降情況Fig.3 Settlements of the yard

本文以南一突堤Ⅰ期工程為依托，以Ⅰ號(hào)場(chǎng)區(qū)為研究區(qū)域。因研究區(qū)域填方量較大，為了節(jié)約成本并解決填料不足的問(wèn)題，首先考慮利用港池、航道疏浚物進(jìn)行吹填，不足部分和隔堤部分使用粗粒填料。預(yù)計(jì)利用疏浚物吹填量200萬(wàn)m3，這部分填料中夾雜有大量的疏浚泥，疏浚泥含水量大、滲透性差；另一方面，場(chǎng)區(qū)為淺海區(qū)、海底分布有3.0～7.0m的淤泥，如果形成上部為填土、下部為軟土地基的特殊地基，那么，軟弱下臥層也是引起堆場(chǎng)沉降量過(guò)大或不均勻沉降的主要原因之一。因此，如何處理填料中的疏浚泥和海底淤泥是決定工程成本乃至成敗的關(guān)鍵問(wèn)題。

同樣，我國(guó)大部分圍海造陸工程使用清淤疏浚泥作為填料進(jìn)行吹填，這些填料被高壓水流以泥漿形式輸送到預(yù)定水域，經(jīng)過(guò)流淌、分選、沉積形成陸域，即吹填土地基。因此，如何解決吹填土地基沉降大且不均勻、易液化等工程問(wèn)題，是全國(guó)范圍內(nèi)的類似圍海造陸工程共同面臨的技術(shù)難題。

綜上，研究圍海造陸填土工程技術(shù)具有一定的工程意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 陸域形成填土技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

如上所述，由于受到自然條件的限制，絕大部分陸域形成工程采用以疏浚泥為主要填料的吹填法完成。這種情況下形成的陸域(吹填土地基)有時(shí)強(qiáng)度低到無(wú)法上人、上設(shè)備的程度。而且，當(dāng)海底分布有較厚淤泥時(shí)，如招商局深圳前灣圍海造陸工程[2]，通常首先將填料吹填至海相沉積淤泥之上形成厚度不均的吹填淤泥，然后再根據(jù)需要采用相應(yīng)的軟基處理方法進(jìn)行處理，最終形成建設(shè)用地。但是，即使經(jīng)過(guò)加固處理的吹填土地基，其最大問(wèn)題仍然是沉降[3-4]和液化。因此，從巖土工程角度分析，現(xiàn)代圍海造陸的主要問(wèn)題是:①采用什么樣的填土技術(shù)能夠使新形成的陸域在強(qiáng)度方面為后續(xù)地基處理施工提供穩(wěn)定的工作面？②如何加固處理陸域使其沉降和液化能夠滿足設(shè)計(jì)要求？

對(duì)于采用本文提出的填土技術(shù)形成的陸域，傳統(tǒng)的軟土地基處理方法即可滿足設(shè)計(jì)要求，因此，以下圍繞陸域形成填土技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1.1 陸域形成陸填土技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1.1 減小陸域自身沉降的填土技術(shù) 如果待填區(qū)域附近存在可供開(kāi)挖的土石料，可采用干填法填土施工，粗粒填料可有效減小陸域(填筑體)自身的沉降量。但是，干填法施工要求具有一定的自然地理?xiàng)l件。受砂資源的限制，為了節(jié)省建設(shè)成本，一些工程使用疏浚物作為填料，這樣既可避免疏浚物海洋拋棄帶來(lái)的回淤和環(huán)境問(wèn)題，又可解決填料不足問(wèn)題。但是，一般疏浚物淤泥含量較多，導(dǎo)致形成的陸域不能為后續(xù)地基處理施工設(shè)備和人員提供穩(wěn)定的工作面，而且增加后續(xù)地基處理成本。

為了減少砂的使用量，同時(shí)加速疏浚泥吹填土的固結(jié)，在1980年代早期，新加坡研究采用了吹填一定厚度的疏浚泥，鋪設(shè)一層砂的吹填方法，將相對(duì)較薄的砂層夾在吹填疏浚泥之間，形成夾砂排水層，由于排水路徑減短，與純泥吹填地基相比大大縮短了固結(jié)時(shí)間。Lee等用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成功地證明了這種成層的夾砂土層的吹填方法的可行性[5]。

趙建斌等[6]認(rèn)為，由于砂的黏聚力幾乎可以忽略，同時(shí)吹填土強(qiáng)度很低，夾在吹填土層之間的排水砂層的形成往往較為困難，可以通過(guò)在排水砂層上下表面各鋪設(shè)一層土工布的方法，解決吹填土填筑過(guò)程中排水砂層形成困難的問(wèn)題。針對(duì)這種成層的夾砂吹填軟土地基，趙建斌等[6]采用快速拉格朗日三維有限差分軟件FLAC3D，對(duì)真空預(yù)壓過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了布設(shè)兩層夾砂層時(shí)夾砂層對(duì)吹填土地基固結(jié)的影響。結(jié)果表明，夾砂層可以起到橫向排水通道的作用，能有效加快吹填土的固結(jié)速度；夾砂層上下面設(shè)置的土工布，能夠起到一定的限制地基不均勻沉降的作用。

張成良等[5]介紹了國(guó)外一些學(xué)者試圖用很大的土團(tuán)顆粒進(jìn)行吹填的研究，土團(tuán)直徑達(dá)1.5m，理論和實(shí)際工程中很難確切知道土團(tuán)之間的孔隙變化情況，這種吹填方法在國(guó)外有所應(yīng)用，但是在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有先例。

另一方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在疏浚泥中添加適量的水泥等固化劑，使其變成具有良好工程特性的土工材料。經(jīng)過(guò)處理的疏浚泥可用作圍海造陸的填筑材料[7-13]。

1.1.2 減小軟弱下臥層沉降的填土技術(shù) 為了減小陸域(填筑體)的軟弱下臥土層引起的工后沉降量，可采取挖土置換法，將海底淤泥挖去而使用良好填料回填。如，填筑面積約為9.4km2的香港赤臘角機(jī)場(chǎng)工程、填筑面積2km2的用于建造迪士尼樂(lè)園的香港竹蒿灣填海工程、馬來(lái)西亞丹戎帕拉帕斯港工程第二階段均采用了挖去軟土層再回填性質(zhì)良好的填料的方法，上述工程挖去的軟土量依次為1.6、0.43及0.4億m3[14]。

另一方面，拋石擠淤法不僅可用于圍堰隔堤施工，還常常用于處理軟弱下臥層。

拋石擠淤對(duì)原狀地基有擾動(dòng)作用，使地基強(qiáng)度急劇降低，這為填筑體擠開(kāi)淤泥形成人工置換地基提供了有利條件[15]。日本學(xué)者認(rèn)為水中拋石對(duì)海底地基的擾動(dòng)影響深度為4～5m[16]。蔣亞和張文淵[17]認(rèn)為，拋石擠淤法一般適用于處理厚度不超過(guò)4m，且表層硬殼被挖除的具有觸變性流塑狀的飽和淤泥或淤泥質(zhì)土，對(duì)于5m以上的深厚淤泥或淤泥質(zhì)土則還需輔以爆破或強(qiáng)夯措施。余海忠等[18]認(rèn)為，拋石擠淤主要適用于厚度在10m以內(nèi)，流動(dòng)性大，基本無(wú)硬殼層的大面積流塑狀淤泥的處理，當(dāng)淤泥厚度大于10m時(shí)，可在拋石擠淤的基礎(chǔ)上，進(jìn)行振動(dòng)擠淤、強(qiáng)夯擠淤和爆破擠淤。深厚或淤泥質(zhì)土則還需輔以爆破或強(qiáng)夯措施。單穎濤等[19]認(rèn)為，拋石擠淤處理厚度與淤泥的狀態(tài)有直接聯(lián)系，一般來(lái)說(shuō)，淤泥為流塑狀時(shí)，拋石擠淤的處理厚度不大于15m。港口工程地基規(guī)范則明文規(guī)定，拋石擠淤法適用于厚度小于5m的淤泥或流泥[20]。而在實(shí)際工程中，有的地區(qū)，如威海文登港工程的有效擠淤深度已經(jīng)超過(guò)10m，煙臺(tái)海陽(yáng)港防波堤工程的拋填擠淤置換深度可以到6m[21]。董志良等[22]認(rèn)為，當(dāng)水下淤泥厚度大于5m時(shí)，可以結(jié)合水下強(qiáng)夯擠淤法、爆破擠淤法，利用外力的作用加強(qiáng)塊石置換的深度。

趙宏和孫濤針對(duì)深厚的吹填土地基，嘗試?yán)锰罘降姆椒〝D壓淤泥。變形和孔壓監(jiān)測(cè)及動(dòng)力觸探測(cè)試等現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，填方擠淤法可以處理淤泥深度5～6m[23]。

爆破擠淤法是20世紀(jì)80年代在連云港港口研究發(fā)明的國(guó)家專利技術(shù)，其作用機(jī)理是在淤泥質(zhì)軟土地基上拋填石料，在拋石體前方一定位置的淤泥中埋設(shè)群藥包，起爆后，在爆炸振動(dòng)和空腔作用下，拋石體連同水和淤泥形成泥石流，向爆坑內(nèi)坍塌，形成一定落地深度和寬度的泥下石體。在其上繼續(xù)拋填，形成完整的拋石堤。這種方法處理淤泥深度接近38m[24]。

另外，郭佑雄等[25]介紹了在湛江濱海圍海造陸工程中，以吹填砂為堆載，采用塑料排水帶對(duì)深厚淤泥進(jìn)行處理的工程實(shí)例。塑料排水帶堆載法將吹填進(jìn)度和加荷速度一并考慮，圍海造陸過(guò)程即為軟基處理過(guò)程，節(jié)約了工程投資，也縮短了工期。

1.2 問(wèn)題與分析

1.2.1 減小陸域自身沉降的填土技術(shù) 對(duì)于采用水力吹填技術(shù)形成陸域，目前的研究主要著眼于改善填料性質(zhì)和填土地基的排水條件方面。Lee等提出的夾砂土層的吹填方法，既可以節(jié)省砂土，也可縮短排水時(shí)間[5]。趙建斌等通過(guò)在排水砂層上下表面各鋪設(shè)一層土工布的方法，解決排水砂層形成困難的問(wèn)題[6]。但實(shí)際上，吹填工程中巨大的水力沖擊，使得鋪設(shè)的土工布與砂層很難保證平整度(見(jiàn)圖4)，因此，用于其理論計(jì)算的模型假定與實(shí)際情況不一定相符合。

圖4 在吹填口形成的凹坑

1.2.2 減小軟弱下臥層沉降的填土技術(shù) 待填海域海底分布有較厚淤泥質(zhì)軟土?xí)r，國(guó)內(nèi)外大部分圍海造陸工程采用先吹填、后處理的方法，這就無(wú)形中增加了地基處理難度和成本。一部分圍海造陸工程采用挖去軟土層的挖土置換法，無(wú)疑這種方法存在工程量大、成本高、施工難度大等問(wèn)題。利用拋石擠淤法處理海底淤泥質(zhì)軟土不失為簡(jiǎn)便有效的方法。拋石擠淤法處理深度因淤泥質(zhì)土的工程地質(zhì)情況而異。綜合目前國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果，一般而言，當(dāng)淤泥深度不超過(guò)7m時(shí)，采用拋石擠淤法可以將淤泥擠出。

2 圍海造陸填土技術(shù)

2.1 本文提出的圍海造陸填土技術(shù)觀點(diǎn)

綜上所述，造成新近形成的陸域的沉降的主要原因，一個(gè)是承受陸域荷載的海底淤泥，處理這部分軟弱下臥層技術(shù)難度大、成本高，如果不處理則容易產(chǎn)生沉降。另一個(gè)是夾雜在填料中的淤泥，使陸域自身產(chǎn)生的壓縮沉降。本文提出將這兩部分淤泥聚集在一起，然后進(jìn)行集中處理的圍海造陸填土新技術(shù)(見(jiàn)圖5)。即，在填土工程中利用土力學(xué)的強(qiáng)度理論和水力吹填的分選性，將海底的淤泥和夾雜在吹填土中的淤泥聚集在一起，最終將新形成的陸域分離成以粗粒土為主的非軟土地基和以淤泥質(zhì)土為主的軟土地基(淤泥腔)兩個(gè)區(qū)域，繼而可以針對(duì)各分區(qū)的地基選用不同的加固處理方法。針對(duì)淤泥腔周邊陸域，由于地基土工程性質(zhì)良好，可以采用傳統(tǒng)的強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理；對(duì)于淤泥腔中的淤泥，有兩種處理思路，一種是原位就地處理，原則上軟土地基處理方法均可供選用；另一種是將淤泥抽排轉(zhuǎn)場(chǎng)，使用粗粒填料進(jìn)行回填，然后進(jìn)行強(qiáng)夯處理。待處理后陸域沉降穩(wěn)定后，對(duì)其表層進(jìn)行硬化，以供建設(shè)場(chǎng)地使用。對(duì)于淤泥腔中的淤泥，選擇原位就地處理還是抽排轉(zhuǎn)場(chǎng)，需要考慮淤泥腔周邊環(huán)境、其中的淤泥性質(zhì)、處理成本及工期要求等因素。經(jīng)過(guò)綜合判斷，本文研究區(qū)域采用抽排轉(zhuǎn)場(chǎng)回填粗粒土的方法。

圖5 圍海造陸填土技術(shù)流程圖

采用本文提出的聚集淤泥并進(jìn)行集中處理的填土技術(shù)，可以對(duì)各分區(qū)陸域同時(shí)進(jìn)行地基處理施工，達(dá)到了縮短工期的目的，這就回答了第1節(jié)中提出的第一個(gè)問(wèn)題，即采用本文的填土技術(shù)能夠使新形成的陸域在強(qiáng)度方面為后續(xù)地基處理施工提供穩(wěn)定的工作面。同時(shí)，對(duì)各分區(qū)陸域采用常規(guī)地基處理技術(shù)足以滿足設(shè)計(jì)要求，這就回答了第二個(gè)問(wèn)題，即如何加固處理陸域使其沉降和液化能夠滿足設(shè)計(jì)要求的問(wèn)題。

2.2 淤泥腔形成的填土技術(shù)

對(duì)于海底分布的淤泥，本文通過(guò)拋石擠淤及填土堆載的方式擠壓聚集；對(duì)于吹填料中的淤泥，則利用水力吹填的分選性，將其從吹填料中分離并集中。

本文提出的淤泥腔形成的填土技術(shù)如圖6所示。

(1)圍堰隔堤工程：在待填區(qū)拋石擠淤設(shè)置圍堰將待填區(qū)分割成若干封閉的小待填區(qū)，隔堤則成為施工道路。

(2)陸域形成工程：針對(duì)每一個(gè)封閉待填區(qū)從周邊開(kāi)始實(shí)施陸域形成工程，最終形成中央為淤泥腔(圖6中的平面圖)，淤泥腔周邊是較好土質(zhì)的陸域。具體步驟及原理如下：

如圖6中的剖面圖所示，首先在封閉待填區(qū)周邊順著隔堤拋填塊石對(duì)海底淤泥進(jìn)行擾動(dòng)，然后填土或吹填堆載。由于顆粒因大小不同而具有分選作用，填料中的粗顆粒隨著時(shí)間自動(dòng)下沉，而淤泥及受擾動(dòng)的海底浮泥和部分淤泥自動(dòng)上浮并側(cè)向漂離，因此，在海底淤泥層上部形成堆載，堆載的下部是塊石、其上部是粗顆粒，越往上顆粒越細(xì)、最上方是淤泥和浮泥。當(dāng)堆載的荷載大于海底淤泥層抗剪強(qiáng)度時(shí)，淤泥層發(fā)生剪切破壞而滑動(dòng)，由于受到隔堤阻礙，淤泥只能向待填區(qū)中央方向水平滑動(dòng)。在海底淤泥地基發(fā)生剪切破壞的同時(shí)，填土發(fā)生沉降，如果繼續(xù)填土，海底淤泥繼續(xù)被側(cè)向擠壓而發(fā)生水平移動(dòng)，填料中的淤泥也繼續(xù)向待填區(qū)中央方向水平漂離移動(dòng)。

當(dāng)粗顆粒達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，在新形成的陸域周邊重復(fù)拋石擠淤、填土或吹填堆載等工序。隨著陸域面積逐漸增大，海水不斷溢出，最終形成位于海底黏土或粉土等性質(zhì)穩(wěn)定的土質(zhì)之上、底部大開(kāi)口小、下方是淤泥上方是浮泥的淤泥腔。

2.3 淤泥腔形成的基本條件

形成淤泥腔除了采用上述填土技術(shù)外，還應(yīng)該滿足基本條件。基本條件包括待填區(qū)的海底工程地質(zhì)情況和填料的性質(zhì)。

海底工程地質(zhì)情況主要指的是海底淤泥質(zhì)土的分布厚度和強(qiáng)度。如果淤泥質(zhì)土太厚，則利用拋石擠淤法及填土堆載無(wú)法使海底淤泥質(zhì)土發(fā)生剪切破壞并被完全擠壓出來(lái)，這部分未被置換的淤泥質(zhì)土成為新形成的陸域的軟弱下臥層，將產(chǎn)生較大的工后沉降。根據(jù)上述的綜述總結(jié)，當(dāng)淤泥深度不超過(guò)7m時(shí)，一般而言，采用拋石擠淤法可以將淤泥擠出。如果因海底淤泥過(guò)厚或強(qiáng)度過(guò)高處理不完全，可結(jié)合爆破的方式擠淤，如文獻(xiàn)綜述，中國(guó)的爆破擠淤技術(shù)基本成熟。

圖6 能夠形成淤泥腔的填土工藝示意圖

填料的性質(zhì)是決定能否形成淤泥腔的另一個(gè)基本條件。首先應(yīng)該具有充足的塊石用于拋填擠壓海底淤泥。其次，疏浚物中應(yīng)該有一定比例的粗粒土，顆粒粒徑分布越不均勻，其分選性越好；如果疏浚物只含有黏粒，那么就無(wú)所謂淤泥腔了。有關(guān)顆粒粒徑分布與分選性的定量關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

3 圍海造陸填土技術(shù)的應(yīng)用

3.1 研究區(qū)域淤泥腔形成的基本條件

3.1.1 海底工程地質(zhì)概況 研究區(qū)域的工程地質(zhì)概況如圖7所示，主要巖土層自上而下分別為：浮泥和淤泥、淤泥混粗砂、粉質(zhì)黏土及強(qiáng)風(fēng)化片麻巖。

研究區(qū)域?yàn)楹５讟?biāo)高約-5.0m的淺海區(qū)，由于海底浮泥和淤泥厚度3.0～7.0m，小于7m，而且其力學(xué)性質(zhì)差，因此，采用拋石擠淤法可以將海底淤泥擠壓排出。

圖7 研究區(qū)域工程地質(zhì)剖面示意圖

3.1.2 填料性質(zhì) 嵐山港地處丘陵地帶，周圍開(kāi)山石料較多，包括塊石、碎石、風(fēng)化砂等。其中，塊石直徑200～2000mm不等，其含量約占10%，能夠滿足拋填擠淤的需要；碎石粒徑20～200mm，主要原巖成分為花崗片麻巖，含量約占50%；風(fēng)化砂主要為花崗片麻巖風(fēng)化形成的粗礫砂，含量約占30%。港口所在地的海底砂層較厚，也可根據(jù)需要作為填料的來(lái)源。

另一部分填料是吹填料，來(lái)源于港池及航道的疏浚物，其主要成分包括中泥塊、中粗砂和少量粉質(zhì)黏土，其中泥塊直徑50～200mm，主要成分為淤泥或粉質(zhì)粘土，干強(qiáng)度較高，含量約占50%，中粗砂主要成分為石英和長(zhǎng)石。

綜上所述，研究區(qū)域的海底工程地質(zhì)情況和填料性質(zhì)滿足形成淤泥腔的基本條件。因此，采用本文提出的填土技術(shù)可以形成淤泥腔并使形成的陸域位于工程性質(zhì)較好的土質(zhì)之上。

3.2 研究區(qū)域淤泥腔形成的填土施工

根據(jù)本文提出的填土技術(shù)并結(jié)合工程特點(diǎn)，制定填土技術(shù)方案，進(jìn)行圍堰隔堤和陸域形成填土施工。圖8是圍堰隔堤施工情況；陸域形成工程工序主要包括拋石擠淤、吹填和填土，圖9為吹填施工情況，圖10為吹填工序后進(jìn)行表層填土施工的情況。

圖8 圍堰隔堤施工情況

圖9 吹填形成陸域施工

圖10 在吹填土表層填土施工的情況

如圖11所示，研究區(qū)域內(nèi)成功形成了淤泥腔，淤泥腔周邊是工程性質(zhì)良好的填土地基。

為了驗(yàn)證淤泥腔形成效果及為進(jìn)一步處理淤泥腔提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)淤泥腔在空間分布情況及淤泥腔內(nèi)淤泥的基本工程性質(zhì)進(jìn)行了勘察。

圖11 南一突堤Ⅰ期工程(研究區(qū)域)形成的淤泥腔

通過(guò)踏勘查明了淤泥腔在地表上的分布情況，淤泥腔長(zhǎng)度方向最長(zhǎng)275m，寬度方向最寬103m，較窄地方約30m，淤泥腔區(qū)域面積約15500m2。

通過(guò)在淤泥腔周邊實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探、波速測(cè)試等勘探結(jié)果，查明了淤泥腔在深度方向的分布及淤泥腔內(nèi)淤泥的基本工程性質(zhì)。

圖12是淤泥腔在某一剖面(5～5’剖面)的分布情況。淤泥腔基本呈上小下大狀，其最大深度約12.5m，體積約為150000m3。淤泥腔下臥層為粉質(zhì)黏土。

有關(guān)淤泥腔內(nèi)各土層的基本工程性質(zhì)在此不再贅述。

圖12 淤泥腔在深度方向的分布情況

經(jīng)過(guò)綜合判斷，決定采用將淤泥腔內(nèi)淤泥抽排轉(zhuǎn)場(chǎng)并回填粗粒土的方法處理淤泥腔。為了盡可能將淤泥清理干凈，首先選擇淤泥腔標(biāo)高最低點(diǎn)進(jìn)行抽排，最后使用挖掘機(jī)進(jìn)行清理。

經(jīng)過(guò)淤泥轉(zhuǎn)場(chǎng)回填后，整個(gè)場(chǎng)地形成了一個(gè)可供強(qiáng)夯的工作面。

圖13為經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯、混凝土面層施工后作為堆場(chǎng)使用的情況，硬化后的堆場(chǎng)使用過(guò)程良好，沒(méi)有出現(xiàn)塌陷、裂縫等現(xiàn)象。而且，一年后的沉降量最大值僅約為17mm，且趨于穩(wěn)定。表明該填土技術(shù)兼?zhèn)淞私?jīng)濟(jì)性和效果。

圖13 混凝土面層堆場(chǎng)使用情況Fig.13 Usage of concrete layer stack

4 結(jié)論

本文以日照嵐山港區(qū)南一突堤Ⅰ期圍海造陸工程為依托，研究了陸域形成填土技術(shù)。結(jié)果如下：

(1)提出了在填土工程中將海底的淤泥和吹填料中的淤泥聚集在一起，最終將新形成的陸域分離成以粗粒土為主的非軟土地基和以淤泥質(zhì)土為主的軟土地基(淤泥腔)兩個(gè)區(qū)域，繼而可以針對(duì)各分區(qū)的地基選用不同的加固處理方法的圍海造陸填土技術(shù)觀點(diǎn)；

(2)基于土力學(xué)的強(qiáng)度理論和水力吹填的分選性，提出了能夠形成淤泥腔的填土技術(shù)思路與基本條件；

(3)將本文提出的圍海造陸填土技術(shù)觀點(diǎn)、陸域形成填土技術(shù)及地基處理技術(shù)，成功應(yīng)用于日照嵐山港區(qū)圍海造陸工程。

實(shí)踐證明，在陸域形成過(guò)程中將陸域人為分割成非軟土地基和軟土地基后，可對(duì)不同地基同時(shí)進(jìn)行處理施工，不僅大大縮短了工期，而且可選用簡(jiǎn)單成熟的地基處理方法，節(jié)省地基處理費(fèi)用，傳統(tǒng)的圍海造陸技術(shù)存在的陸域表層強(qiáng)度低、陸域自身沉降和軟弱下臥層沉降導(dǎo)致的陸域工后沉降大和易液化問(wèn)題迎刃而解。

有關(guān)吹填料中粗粒含量與淤泥腔形成的定量關(guān)系，有待進(jìn)一步研究。

[1] Yan S W, Chu J. Soil improvement for a storage yard using the combined vacuum and fill preloading method[J]. Canadian Geotechnical Journal， 2005, 42(4): 1094-1104.

[2] 張明, 蔣瑞波. 填海造陸工程預(yù)壓法加固軟基現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究[J]. 土木工程與管理學(xué)報(bào), 2012, 29(3): 55-60.

[3] 梅國(guó)雄, 徐鍇, 宰金珉, 等. 真空預(yù)壓加固軟土地基變形機(jī)理的探討[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2006, 28(9): 1168-1172.

[4] 賴漢江, 鄭俊杰, 甘甜, 等. 集裝箱荷載下港口吹填地基數(shù)值模擬分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2013, 35(zk2): 528-531.

[5] 張成良, 洪振舜, 鄧永鋒. 淤泥吹填處理及其研究進(jìn)展[J]. 路基工程, 2007(1): 12-14.

[6] 趙建斌, 申俊敏, 董立山. 吹填土真空預(yù)壓過(guò)程中夾砂層的作用機(jī)理[J]. 土木工程與管理學(xué)報(bào), 2012, 29(3): 91-93.

[7] Tang Yi-Xin, Miyazaki Y, Tsuchida T. Practices of reused dredgings by cement treatment[J]. Soils and Foundation, 2001, 41(5): 129-143.

[8] 丁建文, 洪振舜, 劉松玉. 疏浚淤泥流動(dòng)固化處理與流動(dòng)性試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué), 2011, 32(zk1): 280-284.

[9] Burland J B. On the compressibility and shear strength of natural clays[J]. Géotechnique, 1990, 40(3): 329-378.

[10] 湯怡新, 劉漢龍, 朱偉. 水泥固化土工程特性試驗(yàn)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2000, 22(5): 549-554.

[11] Liu S Y, Zhang D W, Liu Z B, et al. Assessment of unconfined compressive strength of cement stabilized marine clay[J]. Marine Georesources & Geotechnology, 2008, 26(1): 19-35.

[12] 朱偉, 張春雷, 高玉峰, 等. 海洋疏浚泥固化處理土基本力學(xué)性質(zhì)研究[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版, 2005, 39(10): 1561-1565.

[13] Farid Sariosseiri, Balasingam Muhunthan. Effect of cement treatment on geotechnical properties of some Washington State soils[J]. Engineering Geology, 2009, 104(2009): 119-125.

[14] 游濤, 江詩(shī)群, 趙利平, 等. 大型疏浚吹填項(xiàng)目工程特點(diǎn)[J]. 水道港口, 2007, 28(4): 245-249.

[15] 楊光煦. 水下及淤泥中施工與地基處理[M]. 北京: 海洋出版社, 1998.

[16] 柴田徹. 防災(zāi)シリーズ2 埋立軟弱地盤(pán)の防災(zāi)[M]. 東京: 森北出版株式會(huì)社， 1982.

[17] 蔣亞, 張文淵. 拋石擠淤綜合法在加固地基中的應(yīng)用[J]. 土工基礎(chǔ), 2005, 19(6): 8-9.

[18] 余海忠, 劉國(guó)楠, 徐玉勝, 等. 拋石擠淤成堤斷面形態(tài)研究[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué), 2011, 32(3): 1-7.

[19] 單穎濤, 張明義, 高存貴. 拋石擠淤在吹填淤泥區(qū)地基處理中的應(yīng)用[J]. 青島理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 31(5): 23-26.

[20] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部. 港口工程地基規(guī)范(JTS147-1-2010)[S]. 北京: 人民交通出版社, 2010.

[21] 張永濤, 唐炫, 楊釗. 拋石擠淤法的有效擠淤深度[J]. 土木工程與管理學(xué)報(bào), 2012, 29(3): 77-80.

[22] 董志良, 張功新, 李燕, 等. 大面積圍海造陸創(chuàng)新技術(shù)及工程實(shí)踐[J]. 水運(yùn)工程, 2010, 10: 54-67.

[23] 趙宏, 孫濤. 填方擠淤法處理深度吹填土效果分析[J]. 城市勘測(cè), 2010(6): 170-173, 176.

[24] 高兆福, 宋兵. 爆破擠淤筑堤技術(shù)新發(fā)展[C]. 連云港: 第八屆港口工程技術(shù)交流大會(huì)暨第九屆工程排水與加固技術(shù)研討會(huì)論文集, 2014: 246-249.

[25] 郭佑雄, 汪肇京, 邱良芬, 等. 塑料排水帶堆載法在圍海造陸工程中的應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2004, 23(6): 1025-1031.

責(zé)任編輯 龐 旻

Filling Technology and Application of Reclamation Project

SHANG Jin-Rui1,2,3, YANG Jun-Jie1,2, MENG Qing-Zhou4, SUN Tao4,5

(1. College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. The Key Laboratory of Marine Environment and Ecology, Ministry of Education, Qingdao 266100, China; 3. Rizhao Port Group Lanshan Harbour Co., Ltd., Rizhao 276808, China; 4. Qingdao Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute, Qingdao 266032, China; 5. College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China)

A new filling technology in reclamation project is proposed: Seabed silt and dredged silt are gathered to separate the newly formed land into non-soft foundation dominated by coarse-grained soils and soft foundation dominated by silt, then different reinforcement methods are chosen in the two parts; Based on the principles of soil mechanics and sorting property of hydraulic fill, approaches and basic conditions are proposed to achieve the technology; The land forming filling technology proposed in this paper has been successfully applied in a reclamation project in Rizhao Lanshan Port..

reclamation； filling technology； dredger fill

2014-10-22;

2014-12-02

尚金瑞(1964-)，男，博士生。E-mail:shangjr@rzport.com

P732.6

A

1672-5174(2015)06-100-08

10.16441/j.cnki.hdxb.20140337