蘭金陵

(廣東省長大公路工程有限公司,廣東廣州 511431)

浸水路堤軟基處理及防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究

蘭金陵

(廣東省長大公路工程有限公司,廣東廣州 511431)

文章主要是針對受潮汐影響的海灣地區(qū)浸水路堤,項目選擇“拋石擠淤+三角沖擊夯碾壓”的方法對軟基進行處理。文章簡述了海陵大堤浸水路堤受潮汐影響的工程特點,分析了拋石擠淤地基處理原理,指出了拋石擠淤加固軟土地基的優(yōu)點,詳細地介紹了施工方法,并通過設(shè)置6個斷面埋設(shè)沉降板對大堤處理后的沉降進行觀測,發(fā)現(xiàn)路基沉降較小且基本連續(xù),保證工程實體質(zhì)量,縮短了工期,實現(xiàn)了良好的防災(zāi)減災(zāi)的效果。

浸水路堤 軟基處理 拋石擠淤 強夯 防災(zāi)減災(zāi)

隨著我國公路建設(shè)的不斷發(fā)展,在工程建設(shè)中不斷涉及到軟基處理問題,尤其是受潮汐影響的海灣地區(qū)。根據(jù)潮汐影響、工程重要性、工期要求、工程投資限制、軟土性質(zhì)及空間分布等情況,合理地選擇處理方法及制定施工方案對路基進行處理顯得格外重要。

1 應(yīng)用環(huán)境

**大堤為連接大陸與海陵島的唯一通道。工程所在地勘察區(qū)為沖擊地貌類型,其上覆土層為第四系全新統(tǒng)至晚更新統(tǒng)碎屑建造層。工程地質(zhì)勘察報告揭示：擬建工程區(qū)上覆土層為第四系全新統(tǒng)至晚更新統(tǒng)淤泥類土或砂層、花崗巖風化殘積層、下伏燕山期全風化花崗巖、強風化花崗巖,中風化花崗巖、微風化花崗巖。其中第四系濱海相沉積土為淤泥,分布于沿線路基的上部和下部,有的埋藏淺或露出地面,有的埋藏深,厚度變化大層位不太穩(wěn)定?？辈靺^(qū)軟土具有如下特點：天然密度小,含水量高,孔隙比大,地基土在較高路基的荷載下有較大的變形。滲透系數(shù)小,透水性大,土基固結(jié)時間較長。壓縮系數(shù)大,可縮性,建造的路基沉降量大?？辜魪姸鹊?粘聚力小,雖然在排水固結(jié)后,土基抗剪強度可以提高,但由于排水固結(jié)過程緩慢,抗剪強度增長也很緩慢,很難在短期內(nèi)提高土基的穩(wěn)定性。

圖1

圖2 拋石擠淤強夯置換加固軟弱地基施工示意圖

圖3

圖4

表1

2 **大堤受潮汐影響的工程特點

**大堤因受地形條件和水文條件的限制,乃拋石填筑而成的浸水路堤。浸水路堤是指受到季節(jié)性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等。**大堤兩側(cè)長期浸水,需要承受水位漲落給路堤帶來的壓力。眾所周知,浸水路堤失穩(wěn)常常和水位的漲落息息相關(guān),而**大堤左側(cè)為外海,水面標高受漲落潮影響較大;右側(cè)為圍海養(yǎng)殖段,水面標高受漲落潮影響不大。主要的原因有：

(1)水位急速上升時,浸水路堤的浸潤曲線左高右底,土體除承受豎向的向上浮力外,還承受滲透動水壓力的作用,作用方向指向土體內(nèi)部,有利于土體穩(wěn)定,經(jīng)過一定時間的滲透,土體內(nèi)水位趨于平衡,不再存在滲透動水壓力。(2)水位驟然下降時,浸潤曲線左底右高,滲透動水壓力的作用方向指向土體外,這將劇烈破壞路堤邊坡的穩(wěn)定性,并可能產(chǎn)生邊坡凸起和滑坡,不利于土體穩(wěn)定,但經(jīng)過一定時間的滲透,土體內(nèi)水位也會趨于平衡,不再存在滲透動水壓力。（如圖1）

圖5 軟基分布及觀測斷面布置圖

圖6 被“黑格比”吹襲后的＊＊大堤

圖7 “尤特”過后的其它海堤

圖8 “尤特”過后的＊＊大堤

可見,水位的驟然下降引起的動水壓力是誘發(fā)浸水路堤失穩(wěn)的重要原因。所以,在工程上必須解決這個問題,工程上選用一個合理可行的施工工藝和方案對工程具有積極的意義。

3 **大堤改建工程軟基處理方法的選擇

根據(jù)**大堤改建工程的地質(zhì)勘察結(jié)果,本工程東側(cè)新建路基及護坡范圍存在較厚的軟弱土層。大堤東側(cè)路基及護坡范圍包括舊路堤的拋石層和未受拋石障礙的兩部分區(qū)域,未受拋石障礙區(qū)域需先進行基底處理,以消除沉降,提高地基承載力。

由于該路段的右幅路基以前進行過拋石擠淤處理,路基下部存在著一定厚度的拋石層,且拋石為未風化硬質(zhì)巖石,大多數(shù)的軟基處理方法和施工機械都無法穿透該拋石層,且為確保路基基底的穩(wěn)固,特別是新老路基的緊密結(jié)合,防止新填路基過大沉降,引起路面開裂,造成路基病害,加之道路施工期短,必須嚴格控制工后沉降。

由于本工程施工環(huán)境的限制,粉噴樁以及傳統(tǒng)的地基加固的方法無法滿足工程的要求。從施工可控性、地基處理效果、工期以及綜合造價等多方面因素考慮,經(jīng)綜合比選,在眾多的地基處理方法中,采用拋石擠淤與強夯法相結(jié)合。該處理不僅能夠穿透該拋石層,其處理后的地基穩(wěn)定性要優(yōu)于其它復合地基處理方法,完全可以滿足工程的地基處理要求。

4 拋石擠淤+強夯法 地基處理的原理及優(yōu)點

根據(jù)本項目的工程特點,首先采用拋石擠淤法對軟基進行處理。拋石擠淤是對含水量高、孔隙比大、透水性弱、抗剪強度低的軟土路基,利用振動碾壓機器,加入片石,對片石進行振動碾壓,淤泥質(zhì)粘土由于受振動、擠壓、擾動等原因,土的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞,當片石背擠入后,土顆粒重新調(diào)整,孔隙水通過片石排出,孔隙壓力逐漸消散,使下臥層的淤泥質(zhì)粘土的性能得以改善。通過置換擠密作用,使片石充分擠填到軟土中,以提高地基承載力,減少沉降。經(jīng)過片石填充后片石層下的淤泥質(zhì)淤泥結(jié)構(gòu)經(jīng)重新調(diào)整,且片石本身就具有良好的透水性,因此可加速地基固結(jié),使淤泥質(zhì)粘土的結(jié)構(gòu)強度得以恢復和提高。

拋填片石后再進行強夯地基,可降低地基土的孔隙度、減少壓縮性,增加地基土的壓縮模量,增加地基的均勻性,從而提高地基的承載力。其加固的施工效果如圖2所示。

拋石擠淤具有工序簡單、施工方便、加強效果明顯、經(jīng)濟效益顯著等特點,是工程中進行軟土地基加強處理常采用的方法。強夯法具有效果顯著、設(shè)備簡單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟易行和節(jié)省材料等優(yōu)點。

5 拋石擠淤+強夯法 施工技術(shù)方案

5.1 準備工作

(1)組織技術(shù)人員認真閱讀設(shè)計圖紙和技術(shù)資料,熟悉合同文件和技術(shù)規(guī)范。(2)組織有關(guān)人員對水準點及控制樁等進行全面的調(diào)查、核對。(3)做好現(xiàn)場布置及臨時設(shè)施的施工、維護、修建施工便道。

(4)恢復路線中、邊線,拋填片石平面位置、打樁標明后報監(jiān)理工程師檢查。(5)將拋填的原材料(如片塊石)經(jīng)自檢合格后上報監(jiān)理工程師審批。

5.2 施工工藝流程圖(如圖3)

5.3 測量放樣

導線復測完畢后,對導線點及中樁進行加密,按照圖紙進行拋投片石的施工放樣。即先按拋投片石設(shè)計標高計算出拋投片石路段頂面的路基寬度,定出拋石路基頂面的邊樁和路線中樁。

5.4 拋投片石

拋石料徑下大上小原則,較大粒徑石料拋于淤泥底基。用自卸汽車將石料運至拋投現(xiàn)場路基平臺處(嚴禁直接向軟基中直接傾倒),先用挖掘機進行分選拋投,第一層拋石的片石尺寸適當加大,宜為30～80cm。直至片石露出淤泥面或水面50cm,然后由推土機將小粒徑的碎石推平嵌縫。拋投路線采用占進法,采用推土機和挖掘機配合進行,從平臺往中間拋投,并使淤泥從里往外擠出。為保證路基穩(wěn)定,防止路基豎向沉降過大和側(cè)向滑移或傾覆,需要對路基邊坡線以外的水工部分加拋塊石護底,作為路基的反壓護道和軟基拋石的襟邊寬度。

5.5 碾壓

拋石擠淤段：拋投過程中首先由自重較大的推土機及挖掘機來回走動進行碾壓,使片石沉入基本穩(wěn)定。待作業(yè)面展開后,再用自重18T以上的振動式壓路機進行碾壓,一般碾壓次數(shù)不少于20遍,碾壓過程中,用人工將片石空隙以小石或石屑填滿鋪平,直至拋石層頂面平整無明顯孔隙。在振動壓路機初壓后,采用符合圖紙設(shè)計要求三邊形沖擊壓路機(沖擊勢能≥25Kj,如圖4)進行增強補壓,碾壓篇數(shù)不少于20遍,使所拋石塊不能下沉為止,即前后兩次碾壓層厚變化不大于5cm。加拋段塊石：用自重18T以上的振動式壓路機進行碾壓,一般碾壓遍數(shù)不少于15遍,使所拋石塊不能明顯下沉為止,前后兩次碾壓輪輒不大于9cm。

5.6 壓實檢測

壓實程度檢測采用沉降觀測法,以重型振動壓路機壓實,當壓實層頂面穩(wěn)定,無輪跡,可判為密實狀態(tài)。在檢測路段選擇檢測點,用白灰做出明顯標記,先記錄初始高程,然后用壓路機振動壓實2遍后,再觀測檢測點的高程,如前后兩次檢測點高程差在3mm以內(nèi),可判定沉降穩(wěn)定,壓實度滿足要求。沉降觀測檢測點的抽檢頻率參考灌砂法的檢測頻率。拋石擠淤軟基處理檢驗合格后方可進行下道工序的施工。如檢驗后不符要求,查明原因,采取措施或繼續(xù)碾壓,直到合格。

5.7 沉降觀測

(1)監(jiān)測目的：①拋石擠淤厚度;②路堤及路面結(jié)構(gòu)層完成后,在重力荷載作用下拋石擠淤處沉降量;③填石路堤下承層(無軟基部分)在路堤及路面結(jié)構(gòu)層重力荷載作用下沉降量;④路基護坡坡腳線外頂面加拋塊石沉降量,此外,加拋塊石以外護底的沉降量以后再根據(jù)試驗方法確定。

(2)監(jiān)測方法：根據(jù)勘探報告,軟基處理段平均軟基深度約為8.7m,以此為依據(jù)在全線選取具有代表性的6個斷面,分別為K63+880,K63+300,K62+875,K62+575,K61+975,K64+485,此6個斷面的平均軟基深度約為8.7m(如圖5)。

每個橫斷面埋設(shè)沉降板,沉降板由鋼板和圓鋼組成,鋼板尺寸為350mm×350mm×20mm,直徑為28mm長3m的圓鋼焊接在鋼板中心上,埋設(shè)時沉降板周圍石頭先用人工配合挖機壘好,保持沉降桿豎直。

(3)質(zhì)量檢查：①沉降板及沉降桿、外套管的構(gòu)件加工制作符合鋼結(jié)構(gòu)加工技術(shù)要求。②沉降板埋設(shè)應(yīng)用水準儀嚴格檢查水平度。③沉降桿及套管埋設(shè)的垂直度誤差應(yīng)≤10mm。④長期觀測所用水準基點要保護好,嚴格控制其水準高程。

(4)觀測周期：沉降觀測在沉降板埋設(shè)完成后每天觀測記錄一次,連續(xù)觀察一個月,待沉降數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定后,每個月觀測一次,直至路面瀝青面層完工。每次設(shè)置及觀察沉降板要有具體負責人員到現(xiàn)場才能安排進行,在沉降觀測點附近應(yīng)埋設(shè)能長期保持穩(wěn)定的水準點用于觀測。有關(guān)觀察設(shè)備、儀器在每次觀察時進行校核檢查,確保數(shù)據(jù)準確性。每個觀察點的每次沉降觀測應(yīng)準確記錄時間及數(shù)據(jù),由專人負責整理,現(xiàn)場簽認。

(5)觀測成果：根據(jù)沉降觀測成果顯示：經(jīng)過軟基處理后,各個沉降觀測點無異常沉降,路基范圍內(nèi)沉降數(shù)值小且連續(xù),符合設(shè)計及規(guī)范要求。

6 效果分析

工程建設(shè)領(lǐng)域中軟土路基的處理方法多種多樣,但一些施工方法存在著施工期長、工藝繁雜、投資費用高等缺點,而拋石擠淤處理濱海地區(qū)軟土路基,不僅能夠很好地克服以上缺點,且達到以下效果：

6.1 防災(zāi)減災(zāi)

陽江市地處廣東省西南沿岸,屬南亞熱帶季風氣候區(qū),常年受臺風等災(zāi)害的影響。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計,影響陽江市的臺風平均2-3個/年,其中嚴重影響的1.5個/年,影響時間最早的為4月(2008年),最晚影響時間為11月(1993年),而6-9月是臺風影響陽江市的主要時期。臺風往往具有著移動速度快,毀滅性嚴重,人力不可抗拒并且常伴有大暴雨等特點。臺風過程中帶來的暴雨和風暴潮造成嚴重的洪澇和風暴潮等災(zāi)害,將嚴重影響著陽江市的交通以及日常生產(chǎn)。陽江市的近海養(yǎng)殖業(yè)今年來有著明顯的發(fā)展,但是由于堤壩的防洪能力低,每當汛期,洪水沖垮堤壩時有發(fā)生,并造成重大經(jīng)濟損失。

(1)臺風“黑格比“;受2008年第十四號臺風“黑格比”的影響,**大堤跨海段被巨浪沖擊路基護坡,造成**大堤損壞十分嚴重。主堤路段共十四處路基形成缺口(全毀),共長1188m的路基整體被沖毀;另有16處(長632m)路基半幅被毀;右側(cè)護坡全部被毀,左側(cè)約一半的護坡被毀,兩側(cè)的波形梁鋼護欄及纜索護欄全部被毀。遭到強臺風“黑格比”的襲擊后,海陵島頓時成為一座“孤島”,島上10萬余人被困。島內(nèi)交通、電力、供水和通訊一度中斷,造成重大影響(如圖6)。

(2)臺風“尤特“;于2013年8月14日15時50分,強臺風“尤特”正面從該市登陸,臺風登陸時中心附近最大風力為14級,最大風速為42米/秒。而此次的**大堤正處于改建期,大大提高了海堤的防御標準,并增強了抵抗風暴潮的能力。確保了**大堤工程和人民群眾的生命安全,大堤依然堅如磐石,使災(zāi)害損失減少到最低限度(如圖7、圖8)。

兩個正面登陸臺風破壞強度對比如表1。

6.2 施工效果

(1)片石拋填后,利用片石間的擠密咬合作用,使其地基整體性好,能明顯提高地基的抗剪強度,增大地基的承載力;(2)片石間大孔隙滲透性好,能形成排水面,加速下臥軟弱土層固結(jié);(3)片石具有良好的水穩(wěn)定性,壓縮性較低,可有效消除地基壓縮導致的地基沉降;(4)片石間的空隙大,毛細水無法上升,能有效防止毛細水上升侵蝕路基;(5)施工工藝簡單,能較好的達到高速優(yōu)質(zhì)的施工效果。

6.3 節(jié)約成本

施工過程中,利用片石自重進行擠淤,不僅收到良好的擠淤效果,且能夠減少機械設(shè)備投入,節(jié)約施工成本。

7 結(jié)語

**大堤改建工程的軟基處理部分已經(jīng)圓滿完成,且此次的軟基處理耗時160天,相對于其它施工方法大大縮短了工期。根據(jù)本工程實例的施工效果表明,拋石擠淤+強夯法地基處理效果顯著,地基承載力得到有效提高,不均勻沉降的隱患消除,并且隨時間的推移,孔隙水逐漸消散,地基承載力可進一步提高。再采用三邊形沖擊壓路機進行強夯,效果再次得以提高,有效的達到拋石擠淤,提高路基壓實度。拋石擠淤+強夯法施工達到加強地基,效益高,速度快,無污染且工程造價低,施工周期短,達到了理想的效果,可為以后的類似工程,盡早發(fā)現(xiàn)問題,以及解決問題,保障工程的質(zhì)量和進度提供寶貴的經(jīng)驗,作借鑒作用。

蘭金陵(1987.01.27-),男,籍貫：湖南,學歷：本科,職稱：助理工程師,研究方向：公路橋梁。