◎ 沈學明 中鐵第四勘察設計院集團有限公司

1.概述

某圍填海工程項目位于旅游景區(qū)附近，填海形成陸域面積35.55萬m，防波堤護岸總建設規(guī)模為2096.7m，護岸頂高程6.0m，陸域形成設計標高為+5.0m（高程系統(tǒng)為當地理論最低潮面）。防波堤堤身結構為拋填1～500kg開山石，外坡坡比1:1.5，拋設3t扭王字塊體護面，內坡坡比1:1，內坡設二片石倒濾層，坡比為1:1.5，鋪設一層土工布。防波堤護岸結構坐落在深厚軟土層上。

根據地質勘察資料顯示：該區(qū)海水水深在2～3m，區(qū)域表層覆蓋較厚軟弱土層（1-1層淤泥層，流塑狀），層厚在4m～7m，平均厚度約為6m，淤泥抗剪強度2.4kpa，其工程性能極差，不能作為護岸天然淺基礎使用。

2.護岸地基處理方案

為了減少建成后護岸沉降，需要對該層護岸范圍內的軟弱土層全部進行換填。換填區(qū)域如上圖陰影部分所示。本工程共提出兩個地基換填處理方案進行了比較：

2.1 方案一：爆破擠淤

爆破擠淤處理加固地基的基本原理是在回填面前端一定位置的淤泥內埋置藥包，藥包爆炸將淤泥向四周擠出并向上拋擲形成爆坑，回填面前端拋石體在爆炸空腔負壓和重力作用下定向滑移落入爆坑并形成石舌，瞬時實現(xiàn)泥石置換。在每次爆破前后，都要進行堤身斷面測量，并對堤內外側進行挖泥并補拋基礎塊石，對水下平臺不足的部分補拋大塊石，平整坡面，挖除多余的石料。然后拋填護底石和進行護面施工，完成堤身回填。

圖1 防波堤護岸斷面圖

圖2 工程地質剖面圖

表1 巖土物理力學參數一覽表

參考《水運工程地基設計規(guī)范》（JTS 147-2017），在淤泥層厚度為4m～25m之間時，可采用爆破擠淤法進行地基換填。擬建工程區(qū)域淤泥層厚度在7m左右，具有含水量大，高壓縮性、強度低、透水性差等不良工程地質性質，符合爆破擠淤的使用條件。

根據堤身寬度，擠淤厚度計算爆破擠淤裝藥量，計算公式如下：

式中：

q’—線布藥量，單位（kg/m），即單位部藥長度上分布的藥量；

q—炸藥單耗，單位（kg），即爆除單位體積淤泥所需的藥量，按表2選?。?/p>

表2 炸藥單耗值（kg/m3）

L—爆破擠淤一次推進的水平距離，單位（m），按表3選??；

表3 爆破排淤填石一次推進的水平距離

H—淤泥厚度，單位（m）；

H— 置換淤泥厚度，單位（m）；

γ—水重度，單位（kN/m3）；

γ—淤泥重度，單位（k N/m）；

H—覆蓋水深，單位（m）；

Q —次爆破擠淤藥量，單位（kg）；

圖3 爆破擠淤示意圖

圖4 警戒線設置平面圖

L—爆破擠淤的一次布藥線長度，單位（m）。

經計算，線布藥量q’為20kg/m，一次爆破擠淤藥量Q為400kg。

根據水運工程爆破技術規(guī)范（JTS 204-2008），在水深小于30m的水域內，炸藥量為400kg時進行水下爆破，水中沖擊波對人員安全允許距離為1400m，對客船安全允許距離為1500m，對施工船舶安全允許距離為150m；爆破個別飛散物對人員的安全允許距離為400m。因此，在實施爆破擠淤時，需要對附近人員及船舶進行疏散，并需在相應位置設置警戒線。

2.2 方案二：拋石擠淤+強夯

拋石擠淤是指用塊石或片石投入軟土中，將淤泥擠出，以提高地基強度的措施。此方法一般適用于淤泥層厚度不超過4m，且表殼無硬殼層的流塑狀飽和淤泥或淤泥質土的處理。對于超過5m以上的深厚淤泥，需采用強夯等措施，才可使換填物下沉到下層較硬的持力層。

本工程勘察地質資料顯示表層淤泥層為流塑狀淤泥，淤泥抗剪強度為2.3kpa。滿足拋石擠淤的條件，可采用整式壓載擠淤方式進行，但工程區(qū)域軟土層厚度達到了7m，還需配合強夯加速擠淤進程，加強擠淤效果。

根據土體極限平衡理論，填筑體下沉深度D和厚度H的關系如下：

圖5 整式壓載擠淤計算假設示意圖

式中：

C—淤泥的抗剪強度，單位（kPa）；

γ—淤泥的重度（本項目淤泥層全部在水下，取浮重度），單位（kN/m）；

γ—填筑體的重度（本項目塊石部分在水上，部分在水下，取水上、水下加權重度），單位（kN/m）；

t—淤泥層厚度，單位（m）；

H—計算所得出拋填體總厚度，單位（m）；

B—填筑體的寬度，單位（m）。

經計算，拋填體計算總厚度H為13m，本工程設計回填高程5.0m，淤泥面高程-0.5m，淤泥底面高程-7m，實際拋填體厚度約12m，與計算結果相差1m。為了確保填筑體能下沉到下層較硬持力層上，需要輔以強夯措施。根據《水運工程地基設計規(guī)范》（JTS 147-2017），強夯加固深度計算公式為：

式中：

H—強夯的有效加固深度，單位（m）；

α—經驗系數，一般采用0.4～0.7；

M—錘重，單位（t）；

h—落距，單位（m）。

經計算，當采用20 t夯錘，落距10m，夯擊能2500KN·m，強夯加固深度可達到8m。本項目淤泥層處理最大厚度為7m，滿足設計要求。

3.整體穩(wěn)定計算

兩種地基處理方式所形成的防波堤斷面結果相同，護岸整體穩(wěn)定計算采用河海大學Auto Bank 7.41水工設計軟件計算。護岸作用荷載包括結構自重、施工期荷載、填土壓力，以上荷載按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)并結合相應的設計狀況進行組合。填土完工后使用期極端低水位時護岸整體穩(wěn)定等計算結果見圖6。

圖6 使用期填土后極端低水位計算結果示意圖

使用期極端低水位時護岸整體穩(wěn)定抗力分項系數為1.24，整體穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

4.方案比選

雖然方案一和方案二地基處理方式均能達到換填目的，但方案一需要進行爆破處理，而本工程處于旅游景區(qū)，爆破時需要在1500m外設置警戒線，否則爆破產生的沖擊波會危及到附近客船和游客，嚴重影響旅游業(yè)發(fā)展，且爆破施工技術難度大，炸藥使用審批困難；而方案二采用拋石擠淤配合強夯換填軟土層，此方案簡單易實施，且對景區(qū)影響范圍小，施工安全更易控制。因此，本文地基處理方案推薦方案二，即采用拋石擠淤結合強夯的方式進行換填。

5.結論

本文結合工程實例，通過分析工程區(qū)域環(huán)境特點，提出了有效的實施方案。計算確定本工程淤泥層換填厚度在7m范圍內時，可以通過拋石擠淤配合強夯實現(xiàn)，不用進行爆破擠淤處理，對該地質條件下其他擬建工程具有借鑒意義。