不同工况对深层爆破挤淤抛石堤的位移影响

武霄，白帆

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，港口岩土工程技术交通行业重点试验室，天津市港口岩土工程技术重点试验室，天津 300222；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

随着我国围堰、防波堤的大量形成，各种结构形式的围堰、防波堤随之出现，如大圆筒式、浮箱式、爆破挤淤抛石式、地基处理加充填袋式等。爆破挤淤抛石结构具有工艺简单、工期短、价格低廉等优点，尤其适用于石料充足的地区。

深厚淤泥爆破排淤填石的方法是在抛填堤头泥-石交点前方1～2 m距离，深度在0～0.45倍的淤泥层厚度的位置埋置药包。爆炸将淤泥挤向四周压缩成坑，在爆炸负压与震动作用下，邻近的抛石体定向滑至爆坑。强大的爆炸压力将深层淤泥扰动，使其强度大大降低，造成了深层淤泥沿轴线方向定向滑移的条件。爆后抛填时，随抛填自重荷载的增加，当被爆炸强扰动的深层淤泥内的剪应力超过其抗剪强度时，抛石体沿滑移线朝轴线方向定向滑移下沉，实现泥石置换。和爆炸法处理浅薄淤泥一次性达到堤心石置换淤泥效果不同的是，深层淤泥在用爆炸法处理地基时一般须通过5～6次堤头推进爆破，第一次爆破位置的堤心石才能在这5～6次甚至更多次的爆破中不断下沉，最后达到设计要求的堤心石基础底标高，完成块石置换淤泥的目的[1]。

1 依托工程概况

本次研究所依托的工程为连云港港旗台港区25万吨级矿石接卸码头工程，本工程北侧围堰与两侧围堰在施工期作为陆域形成的防护围堰，使用期作为永久性的码头驳岸和后方陆域的围护建筑。总长度约为2 421 m，其中北侧围堰长度约为900 m。本次研究对象为北侧围堰，北侧围堰抛石堤淤泥的置换深度达20 m以上，围堤形成后堤顶标高为+7.00 m，堤前水深为-19.00 m（码头港池开挖水深），堤身抛石落底约为-17.00 m，堤身下卧层中尚存在厚度为5.00～8.00 m的软弱黏土③-3层，该土层埋置深度约为-30.00 m，抗剪强度低，压缩性较高。围堤断面图如图1所示。

2 工程地质概况

围堤所在场区勘探深度范围内地层为第四系松散堆积物，按其成因时代、成因类型、岩性特征及其物理力学指标从上至下分为4个工程地质层，各工程地质层及亚层土体特征自上而下简要分述。

图1 围堤断面示意图

2.1 全新统地层

①-1淤泥：浅灰色，饱和，流塑，土质均匀，该层厚度 4.50～10.20 m，层底标高-10.16～-6.20 m。

①-2淤泥：灰色，饱和，流塑，含少量贝壳碎片及少量腐烂植物。层底标高-23.00～-13.55 m。

2.2 上更新统地层

2.2.1 上更新统上段地层

②黏土、粉质黏土：灰黄色、褐黄色夹灰褐色，软塑～可塑，夹粉土及粉砂薄层，层底标高-23.01～-20.21 m。

2.2.2 上更新统中段地层

③-1粉质黏土、黏土夹砂：深灰色，软塑，夹粉细砂薄层，层底标高-33.92～-27.04 m。

③-2粉砂、局部为细砂：灰色、局部灰白色，饱和，中密，层底标高-31.29～-29.12 m。

③-3黏土：深灰色，饱和，软塑，局部近水平层理，局部夹粉土薄层，该层场区普遍分布，揭露厚度1.60～9.10 m，层底标高-38.27～-34.06 m。

该层主要物理力学指标：含水量w=47.7%，天然密度ρ=1.75 g/cm3，天然孔隙比e=1.307，塑性指数IP=28.4，液性指数IL=0.74，压缩系数a0.1-0.2=0.34 MPa-1，压缩模量Es=6.79 MPa，快剪黏聚力C=47 kPa，内摩擦角φ=5.5°，固结快剪黏聚力C=50 kPa，内摩擦角φ=9.2°，三轴不固结不排水剪黏聚力Cuu=51 kPa，内摩擦角φuu=3.31°，三轴固结不排水剪黏聚力Ccu=31kPa，内摩擦角φcu=14.0°，垂直渗透系数Kv=0.78×10-7cm/s、水平渗透系数Kh=2.75×10-7cm/s，黏粒含量Mc＝58.4%。

该层在场地中普遍分布且连续，厚度变化大，场区西段厚，东段相对较薄，土性随地层厚度变大而力学性质有所降低，含水量较高，孔隙比大，中至高压缩性，力学强度低，属软黏土，其容许承载力f=90 kPa。

2.2.3 上更新统下段地层

④粉质黏土：褐黄色、灰黄色夹蓝灰色，可塑～硬塑，局部夹粉土及粉砂薄层，层底标高-45.33～-36.36 m[2]。

3 监测仪器位置、数量及稳定控制指标

3.1 监测仪器的位置、数量

本次监测项目为深层侧向水平位移（测斜）观测，监测数量为9组。本次监测仪器布置如图2所示。

图2 监测仪器布置平面图（单位：m）

3.2 稳定控制指标

1）堤身深层侧向水平位移最大值小于4 mm/d；

2）堤身深层侧向水平位移连续5 d的累计位移量小于15 mm[3]。

3.3 主要监测设备

加拿大ROCTEST公司产RT-20M型测斜仪2台。

3.4 侧向位移监测数据约定

深层侧向水平位移监测数据以向海侧（北）位移为正，向陆侧（南）位移为负。

4 深层侧向水平位移监测结果及分析

4.1 围堤形成概况

围堤自2006年4月初开始施工，截至2007年4月底结束。

4.2 各监测点总位移量

围堤的深层侧向水平位移监测于2007年12月开始，截至2009年6月各点深层水平位移量最大值244 mm，最小值144 mm；各监测点最大水平位移数据见表1。

表1 深层水平位移数据一览表mm

4.3 堤岸坡挖泥期间位移监测结果及分析

围堤北侧岸坡挖泥自2007年开始到2008年4月底结束，岸坡挖泥期间围堤位移量见表2。

表2 岸坡挖泥期间围堤位移量一览表

从表2中可以看出岸坡挖泥期间发生的位移量基本占总位移量的26.6%～78.7%，由此可知岸坡挖泥是围堤发生侧向位移的最大影响因素。

4.4 南侧陆域吹填期间围堤位移监测结果及分析

围堤南侧陆域吹填自2008年2月初开始到2008年4月结束，陆域吹填期间围堤位移量见表3。

表3 陆域吹填期间围堤位移量一览表

从表3中可以看出此期间发生的位移量基本占总位移量的11.9%～42.7%，所以陆域吹填也是影响围堤发生侧向位移的主要因素之一。

4.5 围堤南侧侧爆针对性观测数据分析

为了了解围堤内侧侧爆是否对围堤的稳定性有影响，2007年12月31日在对围堤南侧进行侧爆的同时，进行了针对性观测。侧爆区域与3号点对应，围堤南侧侧爆期间围堤位移量见表4。

表4 围堤侧爆期间位移量一览表

由表4数据可知侧爆对围堤稳定性影响较小，不会造成围堤失稳。

4.6 围堤北侧码头预制桩沉桩期间针对性观测数据分析

围堤北侧码头预制桩沉桩于2008年3月初开始到8月底完成，期间为了了解围堤北侧码头预制桩沉桩是否对围堤的稳定性有影响，于2008年5月2—25日进行了针对性观测（针对5号、6号观测点对应区域沉桩），围堤位移量见表5。

表5 码头沉桩期间围堤位移量一览表

由表5数据可知码头预制桩沉桩对围堤稳定性影响较小，不会造成围堤失稳。

4.7 潮水涨落期间针对性观测数据分析

为了了解潮水涨落对围堤的位移影响程度，于2008年1月31日至2008年5月18日对围堤进行了针对性观测，围堤位移量见表6。

由表6数据可知潮水涨落对围堤稳定性影响较小，潮水涨落期间围堤的位移方向没有规律，位移量较小，分析原因为该抛石堤为透水堤。

4.8 围堤南侧陆域堆载期间针对性观测数据分析

围堤南侧陆域采用施打排水板+堆载预压方法进行地基处理。加载于2009年1月开始到2月底结束，加载期间围堤发生了较大的位移，随着加载结束围堤逐渐趋于稳定，加载区域对应1号～2号、4号～6号，加载期间围堤位移量见表7。

表6 潮水涨落期间围堤位移量一览表

表7 陆域加载期间围堤位移量一览表

从表7中可以看出陆域加载期间发生的位移量占总位移量的10.2%～43.1%，由此可知陆域加载也是围堤发生位移的主要影响因素之一。

5 结论

通过对围堤各项大量监测数据的分析可知各种工况与围堤侧向位移的关系：

1）对围堤稳定性影响最大的工况条件是围堤北侧岸坡挖泥与南侧陆域吹填及加载，围堤深层侧向水平位移大部分发生在这一期间。

2）围堤南侧侧爆、北侧海域码头打桩、潮水的涨落对围堤稳定性影响较小。

深层淤泥爆破挤淤抛石堤工艺比较成熟，能达到做为临时围堰和永久性围护建筑的要求，在复杂工况下，动态监测的控制可以保证围堤的稳定。

[1]连云港港旗台港区25万吨级矿石接卸码头工程初步设计[R].中交第三航务工程勘察设计院，2007.

[2]连云港港25万吨级矿石接卸码头围堤工程地质勘察报告（施工图设计阶段）[R].江苏省水文地质工程地质勘察院，2005.

[3]JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范[S].