趙宏，孫濤

(1.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266100；2.青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032)

填方擠淤法處理深度吹填土效果分析

趙宏1?，孫濤2

(1.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266100；2.青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032)

針對深厚度的吹填土地基進(jìn)行填方擠淤處理嘗試，采用變形監(jiān)測、孔壓監(jiān)測、動(dòng)力觸探測試等多種手段對處理效果進(jìn)行監(jiān)測，并對監(jiān)測效果進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明擠淤深度位置主要在5 m～6 m處，水平向影響范圍為20 m～30 m，約為填方路堤的2倍～3倍，而且處理路堤強(qiáng)度不同地方差異較大，后期沉降可能會較大。

填方擠壓法；吹填土；地基處理

1 引 言

吹填土又名沖填土，是在整治和疏通江河航道時(shí)，用挖泥船和泥漿泵把江河和港口底部的泥沙通過水利吹填而形成的沉積土。吹填土由于其抗剪強(qiáng)度低、高壓縮性和弱透水性，工程力學(xué)性能很差，直接影響工程的穩(wěn)定性和耐久性，因此，有必要對吹填土地基進(jìn)行處理。本實(shí)驗(yàn)場區(qū)需處理的吹填土地基局部地段淤泥層厚17 m，而采用傳統(tǒng)的拋石擠淤法，處理地基的范圍很有限，一般處理深度在3 m以內(nèi)。由于固結(jié)排水法時(shí)間長，而且造價(jià)較高，因此本文對深度較厚的吹填土進(jìn)行填方擠淤地基處理現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)嘗試，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來探討填方擠淤在處理深度軟粘土地基的效果進(jìn)行了分析[1，2]。

2 地基處理方案

2.1 工程地質(zhì)狀況

實(shí)驗(yàn)場區(qū)主要處理土層為第①3層吹填淤泥，第⑥層粉質(zhì)粘土，其中第①3層吹填淤泥揭露層厚1.60 m～14.30 m，為新近回填淤泥，為流塑狀、欠固結(jié)、高靈敏、高壓縮性軟土，工程性狀極差。

2.2 處理方案

常用的地基處理方法有置換法、排水固結(jié)法、灌入固化物、振密擠密法、加筋等。其中適合軟粘土地基處理的常用方法有置換法中的擠淤置換法、排水固結(jié)法、深層攪拌法、高壓噴射注漿法等。但是擠淤置換法一般處理淺層淤泥質(zhì)土深層，攪拌法射注漿法成本較高。拋石擠淤法適用于常年積水的洼地，排水困難，泥炭呈流動(dòng)狀態(tài)，厚度較厚度小于3 m的軟土。本文實(shí)驗(yàn)地區(qū)欲處理的地區(qū)為深厚吹填土，本文采用填方擠淤置換方法處理深度吹填土，并對處理地基效果進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測分析。

填方用料的粒徑不易過大，控制500 mm以內(nèi)，填方前期(設(shè)計(jì)填方基本穩(wěn)定至絕對標(biāo)高2.5 m)，用料應(yīng)為粗顆粒，后期用料可考慮現(xiàn)場土方情況，兼顧施工造價(jià)選擇填料，但盡量使用粗顆粒填料。

填方采用挖掘機(jī)進(jìn)行，方法為進(jìn)占法。首先由挖掘機(jī)在作業(yè)半徑內(nèi)均勻拋第一層填方，完成后，采用自重較大推土機(jī)及挖掘機(jī)來回走動(dòng)進(jìn)行碾壓，待填方沉入后，可進(jìn)行第二層填方。完成后用同樣方法進(jìn)行碾壓，若填方無明顯沉降，可向前延伸進(jìn)行下一段施工，若填方沉降量仍較大，則需再拋一層填方進(jìn)行碾壓，直至填方沉降量較小為止。回填土方厚度第一層1 m～2 m，其余各層根據(jù)施工情況厚度小于1 m，在施工至設(shè)定標(biāo)高前每層碾壓1遍，施工至設(shè)定標(biāo)高后碾壓2遍～3遍。填方邊坡坡率1∶1，計(jì)算石渣平均厚度約10 m，其中高出淤泥面石渣高度約1 m[3，4]。

2.3 監(jiān)測布設(shè)

為了探討填方擠淤法對處理深厚度吹填土地基的位移效果影響，對現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行了變形監(jiān)測(位移監(jiān)測)、應(yīng)力監(jiān)測、強(qiáng)度監(jiān)測。其中變形監(jiān)測包括沉降監(jiān)測、水平位移監(jiān)測等；應(yīng)力監(jiān)測布設(shè)了孔隙水壓力監(jiān)測點(diǎn)；強(qiáng)度監(jiān)測主要是對處理地基進(jìn)行了動(dòng)力觸探檢測。

為研究地基處理過程中，不同深度土層的變形情況，在試驗(yàn)場區(qū)垂直石渣路堤方向布設(shè)深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)，具體布設(shè)位置見圖1；為研究填方在淤泥內(nèi)的擠入深度及對淤泥的擠壓，在試驗(yàn)場區(qū)布設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)、隆起監(jiān)測點(diǎn)；為研究填方擠壓對淤泥的固結(jié)的影響，在試驗(yàn)場區(qū)布設(shè)超孔隙水壓力監(jiān)測點(diǎn)(如圖1)。另外補(bǔ)充布設(shè)了圓錐動(dòng)力觸探。

處理前地基土的基本特性指標(biāo) 表1

圖1 填方擠淤法地基處理實(shí)驗(yàn)監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)圖

3 觀測與評價(jià)

3.1 沉降監(jiān)測

沉降監(jiān)測點(diǎn)為CN1～CN6，監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在石渣路堤兩側(cè)和中心位置[5]。

各監(jiān)測點(diǎn)主要沉降發(fā)生在填方完成后5天，在此時(shí)間內(nèi)沉降速率較快，平均沉降速率在1 m/日～2 m/日。最大單日沉降量為CN5，為4.251 m，最小單日沉降量為CN6，為1.895 m。在此期間機(jī)械車輛反復(fù)碾壓約5天，監(jiān)測點(diǎn)沉降開始趨于穩(wěn)定。其中CN2布設(shè)于試驗(yàn)一階段淤泥勘察深度較淺處，而CN5布設(shè)于淤泥勘察深度較深處。CN5主要是由于位于路堤中部，受碾壓次數(shù)多于路堤兩側(cè)故沉降較多。

在土石方施工路面相對穩(wěn)定后，為監(jiān)測土石方地基的工后沉降，布設(shè)路面沉降點(diǎn)30個(gè)，編號S1～S30，布設(shè)點(diǎn)位如圖1所示。

各布設(shè)于路中心監(jiān)測點(diǎn)前期沉降速率一般較同排監(jiān)測點(diǎn)要大，這與車輛機(jī)械施工碾壓有關(guān)，但后期沉降量路兩側(cè)監(jiān)測點(diǎn)不一定比路中心監(jiān)測點(diǎn)小，說明雖然碾壓較少，但在堆填土方自重作用下，加之路基周邊側(cè)限較小，路基在車輛碾壓下有向兩側(cè)變形的趨勢，位移形式也反映在沉降上，故兩側(cè)沉降發(fā)生量依然不小。

圖2 CN1～CN6沉降時(shí)間曲線

圖3 部分監(jiān)測點(diǎn)沉降時(shí)間曲線

各監(jiān)測點(diǎn)沉降速率有減小，但沉降依然在發(fā)生。S1、S2(監(jiān)測時(shí)間25天)在車輛機(jī)械碾壓及自重作用下沉降出現(xiàn)收斂，但沉降仍在繼續(xù)，其余監(jiān)測點(diǎn)(監(jiān)測時(shí)間10天～13天)沉降并沒有明顯收斂的趨勢。

3.2 隆起觀測

在填方坡兩側(cè)共布設(shè)5排，每排6個(gè)，共計(jì)30個(gè)隆起監(jiān)測點(diǎn)，為DU1～DU30，監(jiān)測隆起水平位移和垂直位移，監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)詳見圖1。

圖4和圖5都反映出石渣路堤北側(cè)監(jiān)測點(diǎn)DU1、DU7、DU13、DU19、DU20的水平向位移比南側(cè)要大很多，主要原因?yàn)橥潦绞┕て鹗迹捎谟倌鄨鰠^(qū)不利于土石方施工，土石方施工方向與試驗(yàn)(一階段)方向有一定偏差，起始階段淤泥硬殼層滑裂面并非沿試驗(yàn)(一階段)方向?qū)ΨQ，現(xiàn)場情況亦說明試驗(yàn)場區(qū)北側(cè)硬殼層滑裂面范圍較大。如此，后期硬殼層沿初始滑裂面滑動(dòng)，造成隆起監(jiān)測點(diǎn)南北平面位移的較大偏差。

圖4 隆起點(diǎn)點(diǎn)水平位移時(shí)間變化圖

圖5 隆起監(jiān)測點(diǎn)平面位移變化曲線

隆起點(diǎn)DU1～DU30，最大平面位移量為DU20—40.7 m，位于試驗(yàn)一階段最遠(yuǎn)端，最小平面位移量為DU6—1.7 m，位于試驗(yàn)一階段開始位置。從平面位置上，隨著隆起監(jiān)測點(diǎn)與路基中心線距離的增加隆起監(jiān)測點(diǎn)的平面位移逐漸減小。從時(shí)間上，隨著時(shí)間的增加隆起監(jiān)測點(diǎn)的平面位移逐漸增大，在土石方施工前沿推過隆起監(jiān)測點(diǎn)，其平面位移逐漸穩(wěn)定。

在DU1～DU30監(jiān)測點(diǎn)的垂直位移中最大隆起量742mm，最小隆起量58 mm擠淤現(xiàn)象在垂直方向明顯，最大隆起量742 mm，最小隆起量58 mm，局部出現(xiàn)隆起包，隆起現(xiàn)象明顯。

3.3 深層水平位移監(jiān)測

為研究土石方施工下不同深度土層的位移情況，在垂直石渣推進(jìn)路堤方向布設(shè)深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)，共布設(shè)4排，每排3個(gè)，共計(jì)12個(gè)深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)，編號C1～C12，深度為7 m～14.5 m(見圖1)隨著勘察淤泥的深度逐漸加深，深層水平位移分兩個(gè)方向監(jiān)測，方向一為A向，垂直于土石方推進(jìn)方向，方向二為B向，平行于土石方推進(jìn)方向。

圖6 C12—A、B深層水平位移時(shí)間曲線

圖6為典型的深層水平位移隨時(shí)間變化的曲線，從中可以看出C12約5 m深度以上位移至7月10日明顯拐點(diǎn)出現(xiàn)，此時(shí)沿土方推進(jìn)方向土方推進(jìn)邊界距離監(jiān)測點(diǎn)約30 m。至7月15日，土方推進(jìn)試驗(yàn)一階段長度約50 m，C12在A、B方向繼續(xù)發(fā)生位移，且5 m深度下基本未發(fā)生位移，說明7月10日～7月15日，土方推進(jìn)約10 m長度應(yīng)主要是深度5m上土石方，5 m下深度土方約8 m的推進(jìn)在7月10日已經(jīng)發(fā)生或已相對穩(wěn)定。

3.4 超孔隙水壓力監(jiān)測

共布設(shè)了4排，每排4個(gè)共計(jì)16個(gè)孔隙水壓力監(jiān)測點(diǎn)，每排4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)深度為1個(gè)6 m，3個(gè)3 m。

圖7 孔隙水壓力變化曲線

從圖7中可以看出在監(jiān)測過程中，(1)孔隙水壓力基本沒有消散；(2)每排監(jiān)測點(diǎn)，最大孔隙水壓力均出現(xiàn)在深度6 m處，說明此深度左右淤泥的擠壓程度較高。

圖8 路堤中間位置的兩個(gè)動(dòng)力觸探點(diǎn)

3.5 動(dòng)力觸探檢測

圖8中兩個(gè)動(dòng)力觸探點(diǎn)都位于堆填石渣路堤中間，檢測后期強(qiáng)度，從圖8中可以看到(1)堆填石渣為松散到密實(shí)，上層1 m左右強(qiáng)度較大；(2)不同堆填平面位置，堆填石渣強(qiáng)度差異大；(3)同一平面位置不同深度堆填石渣強(qiáng)度差異大；主要原因?yàn)棰偬盍喜痪鶆颍陨韽?qiáng)度差異大；②填方局部混有淤泥；③不同區(qū)域及深度填方施工碾壓程度不同。所以可以推測工后沉降會較大。

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)沉降監(jiān)測結(jié)合后期動(dòng)力觸探強(qiáng)度資料，得出處理效果在路堤不同地段強(qiáng)度差異明顯，后期不均勻沉降較大。

(2)第①層吹填淤泥厚度在4 m～8.5 m，結(jié)合深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)和孔隙水壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)，被擠壓發(fā)生位移的主要為深度約5 m～6 m處，說明處理深度較一般的拋石擠淤法的大。

(3)根據(jù)隆起監(jiān)測點(diǎn)平面位移監(jiān)測及深層

水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，土石方以約10 m寬度推進(jìn)，沿土石方推進(jìn)方向，主要影響距離為20 m～30 m，約為2倍～3倍路堤寬度。土方推進(jìn)過程中，沿土方推進(jìn)方向，深度約5 m以下石渣在露出淤泥面石渣前約10 m先期達(dá)到相對穩(wěn)定。

(4)土石方擠淤效果明顯，隆起監(jiān)測點(diǎn)最大平面位移為約40 m，為路堤寬度的4倍。

[1] 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(6)

[2] 曹國照，盧肇鈞.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1994

[3] 趙簡英，王健，吳京平.控制加載爆炸擠淤置換法在工程中應(yīng)用[J].巖土力學(xué)，2006，27(2)

[4] 周勝，張巍，李平.拋石擠淤在軟土地基加強(qiáng)處理中的應(yīng)用[J].山西建筑，2007(28)

[5] 劉富偉，韓麗馥，謝翰.拋石擠淤輔以強(qiáng)夯的軟土地基處治技術(shù)在沈大高速公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用[J].遼寧交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2005(9)

Analysis on the Effect of Deep Hydraulic Fill Improvement in Silt Displacement by Embankment Fill

Zhao Hong1，Sun Tao2
(1.College of Environmental Science and engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；2.Qingdao Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute，Qingdao 266032，China)

Silt displacement by embankment fill is used to try in hydraulic fills improvement，and the effects of the improvement is analyzed with the settlement monitoring，monitoring of horizontal displacement，water pressure monitoring，dynamic penetration test and other monitoring methods.The results show that the compaction depth of place is in the 5～6m department，and horizontal extent of the impact is range of 20 m～30 m，which is 2～3 times of the width of fill embankment.Intensity of different fill embankment is found to have a large respective divergence and post－settlement may be larger.

silt displacement by embankment fill；hydraulic fills；soil improvement

1672－8262(2010)06－170－04

TU753

A

2010—08—09

趙宏(1984—)，男，碩士研究生，主要從事樁基工程與基坑工程研究工作。