抛石挤淤在软土地基处理中的应用现状及发展趋势

2011-10-27赵方毅

中国科技信息 2011年23期

关键词：片石抛石块石

赵方毅

中国水利水电第二工程局有限公司，北京 100011

抛石挤淤在软土地基处理中的应用现状及发展趋势

赵方毅

中国水利水电第二工程局有限公司，北京 100011

在软土地基的加固和处理中，抛石挤淤法使用的十分广泛，对于常见的软土地质，结合淤泥质土的特性，介绍了常用的抛石挤淤方案。通过对软土特性的说明，分析了抛石挤淤施工中的应用现状以及施工原理和相关的技术要求，如何控制抛石挤淤工程的质量。并从实际的使用中总结了抛石挤淤工艺的发展趋势，并简单介绍了这些工艺的使用方法。

抛石挤淤；地基处理；应用；发展

引言

软土指的是在缓慢的流水环境或者静态条件下沉积，具有孔隙比大、含水率大、强度低、压缩性高等特性的黏性土壤，软土地基承载力较差，通常都需要采取地基强化措施进行处理，以符合工程建设的需要。软土地基强化处理的理论以及手段在不断发展完善。依据其加强性质可大致分为排水固结法、动力固结法、复合地基法和浅层处理法这四类。地基强化措施应按照地貌特征、软土底面横坡、成层情况、软土特性和现场条件等实际情况，完成技术与经济的评估比对，然后确定最终的处理方案。抛石挤淤法可归为排水固结法一类，通常适用于厚为3至 4m的软土层或者是常年积水并且不易抽干的湖塘、河流等积水地域，或是软土的液性指数大、表层无硬壳的情况，它具有操作工艺简单、施工便利、强化效果明显、经济效益明显等特点，在工程中进行软土地基强化处理常使用的方法。

1 软体地基的特点和抛石挤淤法在地基处理原理

1.1 软土地基特性

软土地基指的是压缩层主要由淤泥以及其他高压缩性的土层构成的地基，软土的承载能力很低，通常不超过50kn/时。软黏土中最常见的也是工程地质性质最劣的是淤泥以及淤泥质土。一般工程上将天然孔隙比不低于1.5的亚黏土、黏土称为淤泥，将孔隙比超过1.0而低于1.5的黏土称为淤泥质黏土。其主要特性如下:(1)天然含水量以及孔隙比大。我国软土天然的孔隙比通常介于1和2之间，淤泥质土以及淤泥的天然含水率w通常在50%至70%之间，通常大于液限，最高的可达200%(2)可压缩性强。我国淤泥质土和淤泥的压缩系数通常都大于0.5 MPa，在这种软土上建造的建筑物将会发生较大的下沉，如果沉降不均将会导致建筑物结构的开裂和损坏。(3)透水性差。软土中的含水量大，但透水性却很差，渗透系数k通常在1mm/d。由于透水性十分差，土体在受荷载作用下，往往会产生很高的孔隙水压力，破坏地基压密和固结。(4)抗剪应力的强度低。软土一般呈软塑或流塑的状态，在外部荷载影响下，抗剪应力性能极低。部分资料统计结果表明，我国软土的无侧向抗剪应力强度一般小于50KN/时(0.3kg/cm2);不排水时，其内摩擦角几乎为零，黏聚力决定其抗剪强度。固结时，一般为5至150之间。所以，加强软土地基强度的核心是排水。假如土层中有排水出路，它能随有效压力的提升逐步固结;反之，如果没有良好的排水渠道，随着荷载增加，其强度反而会衰减。在这类软土地基上的建筑物须尽量使用“轻型薄壁”，以减轻建筑荷重。（5）灵敏度高。软黏土中特别是海相沉积的软黏土，如果结构未被破坏时，抗剪强度比较可观，然而一经扰动，抗剪应力强度将显著降低。软黏土受到扰动后的强度降低的性质可以用灵敏度(当含水量不变的情况下，重塑土和原状土无侧限抗压强度的比值)来表示。软黏土的灵敏度通常介于3到4之间，也有可能会更高。所以在灵敏度较高的软土地基上建筑时须尽量避免对地基土层的干扰。按照软土地基特征，相应的处理手段有很多。软土地基加固的目标是增强地基稳定性，降低施工后的不均匀下沉。所以施工技术人员首先要充分意识到软土地基的严重性，坚决以数据为准，认真评估基底的承载能力，并依据不同的地质条件、投资和工期要求，采用切实有效的加固方案。

1.2 地基处理抛石挤淤法的原理

抛石挤淤对于孔隙比大、抗剪强度低、含水量高、透水性弱的软土地基，通过振动碾压机器，填入片石并对片石进行振动和碾压，淤泥质的黏土受到振动挤压和扰动等因素，土层结构遭到破坏，当片石被压入之后，土粒颗粒大小重新整合，孔隙水经由片石排出，孔隙内部压力逐渐消散，对下层的淤泥质黏土的性质有很大的改善。片石置换挤密之后，使片石充分的压入到软土之中，建立起片石地基层，以提升地基的承载力，减少下沉，片石地基层可以对淤泥质黏土结构重新调整完善，而片石本身也具有良好的透水性，所以可以加速地基固结，提升或恢复淤泥质黏土的结构强度。

2 抛石挤淤相关施工的应用现状和技术要求

2.1 抛石挤淤施工中的应用现状

抛石挤淤法是将一定量适当粒径的块石抛入要处理的淤泥质土或淤泥地基里，把原基础中的淤泥质土或淤泥压走，从而满足加固地基的目标。该方法施工流程简单、投资不高，对于处理流塑型的淤泥质土或淤泥地基以及常年积水的洼地有很强的实用性。这些洼地，软土层都位于水面以下，很难更换土壤;当基底直接放入含水量高的淤泥中时，基本的物结构力学性能指标显示其稠度远高于液限、透水性能差、天然含水量极大、压缩性极高;对于高填方路堤，如对软基不做任何处治或做出不当处理，都会导致路基的失稳以及过量下沉，影响公路的正常使用。针对表层无硬壳、厚度薄、片石可以沉入底部淤泥或厚度在3～4m的软土，也可以使用抛石挤淤法。施工中用自然排水法或抽水机把处理范围中的地表水引入天然水系，必要时修筑围堰排水，并配备挖换范围内的截水沟和排水沟，避免再次积水。让挖掘机从一端朝另一端或从两端向中部挖除上方一定厚度的软土，由自卸汽车运输至指定弃土场，挖除地段的长短，依据挖掘机可达到的最大水平距离，挖除一个地段后，立即进行抛石。抛挤过程中，若软土层比较平坦，抛投可沿路中线往前抛填，然后向两侧扩展;若软土层横坡较陡，从高处向低处抛投，然后于低处边缘进行抛投，使地处边缘有2m左右的平台顶面。把抛石压出的下部淤泥清除干净后，抛石到达挖除界面的高度时，于回填的片石顶部，铺上0.1m厚的碎石垫层并整平。首段落抛石挤淤过程完成后，挖掘机重复上述流程开始第2段落工作，直至整段抛石挤淤工作完成。抛石挤淤中，遇见各处沉降速度不一致时，会在路堤下方残留部分软土，完成后，可能会产生出现不均匀下沉。所以必须保证垫层铺筑后充分压实，完全将淤泥挤出，避免这种不利影响。

2.2 抛石挤淤工程施工中的技术要求

陆域软基段使用抛石挤淤法进行筑堤时，应先在抛石棱体施工，然后以其为依托，完成堤身闭气土方的填筑。抛石棱体可以通过定线放样，于陆域软基段可设立标杆，间距50m左右。陆域软基段进行抛石，可用自卸车辆，由侧边向前延伸立抛，抛石过程可以不用分层或使用分层阶梯式抛填;在软基上的抛石厚度，不可超过地基土极限承载高度。抛填石料块重介于20至40kg之间为宜，抛投时采取大小搭配原则。抛石棱体到达预定的断面，经沉降过程稳定后，需按设计轮廓把抛入石体整理成型。闭气土方和抛石棱体的接触面，需按照设计要求完成土工织物滤层或砂石反滤层。若堤基上铺填的土工合成材料或透水材料加固层时，需要注意保护。陆域抛石法使用时，要用自卸车辆，由紧靠抛石背水侧进行填筑闭气土方，然后向堤身扩展。关于闭气土方的填筑密实度需要符合以下规定。(1)抛石用料最好用当地所产石块。为了挤淤效果更加明显，抛石后的土质均匀，可将石料的粒径维持在小于400的范围内，并将石料中的石屑清除。(2)抛石由挖掘机完成，方法采用进占法。首先通过挖掘机在作业范围内均匀抛首层毛石，然后再采用自重较高的T140,T180推土机或者EX300挖掘机往回走动碾压;等块石沉入到与基底持平后，进行次层抛石，完成后采用同样的方法进行碾压;如块石没有明显的下沉，方可向前延伸开始下一段施工;如块石沉降量依旧很大，就需继续加入一层块石并碾压，直到块石沉降量很小为止。(3)抛投的顺序首先要沿桥涵的中轴线，从中间向两边，将淤泥向两边挤出;片石挤淤工作完成后，要铺上砂砾反滤层，然后再开始基础施工。(4)全部路段抛石完成后，用自卸汽车把石料移至基坑边缘，再用推土机推至基坑中，均匀铺上后再加入适当碎石来填充块石中缝隙，铺平之后以12t的振动碾压四五遍;碾压结束后再进行下一层施工，直到设计标高。

2.3 抛石挤淤施工应用中的质量控制

抛石挤淤工程是一种隐蔽工程，所以需要对施工质量进行严格的控制，以保障工程的质量。抛石挤淤施工中的控制重点是:块石材质以及石料计量两方面。(1)块石材质质量。抛入的石料，选用材质新鲜、完整，硬度较高、强度可靠并符合设计要求的材料。(3)石灰岩的抗滑与耐磨性能满足高速沥青路面的抗滑需要。在以标准试验状态下为基准时，砂岩的抗滑性能是玄武岩的74%；石灰岩的抗滑性能是玄武岩的44% (4)同砂岩相比，石灰岩的性能相对较差，和玄武岩相比会更差，仅是玄武岩的50%，所以一般不用石灰岩作为路面的抗滑材料。

3.发展趋势

3.1 抛石挤淤综合法

散式的抛石挤淤方式只能用于淤泥厚度低于3 m的稀软淤泥，并且多依靠单块块石的自重，让抛填体沉入到淤泥里，最终的复合地基将以块石做骨架，中间填满淤泥。周围非封闭的淤泥，无法形成稳固的置换地基。而且，散式挤淤时抛填体要下沉到硬基底层，这样就限制了散式挤淤的使用条件。当淤泥厚度高于3 m的重要工程上采用整式挤淤置换，由于整式压载挤淤结构承载力高、稳定性强、整体性好等优点，对重要工程主要采用接地式的整式压载挤淤。由于该工艺要求填筑中不得杂有淤泥，要使用大体积的混凝土块石或者配料良好的砂石材料，这又会增加现场施工的难度，对于小型工程将提升工程成本，拖延施工工期。所以新型的抛石挤淤综合法十分必要。

3.1.1 抛石挤淤综合法的流程

抛石挤淤综合法包含散式挤淤的流程，又可以实现整式挤淤的目标。它采用大块径单块体填入淤泥中，靠自重无法下沉时，再以振动碾逐层压入，将大块径单块体形成淤泥中骨架。再于骨架上部和间隙填入透水不透泥的石渣，完成整式压载挤淤过程，将散式骨架和整式挤淤方法结合的综合法地基见图1。

图1

3.1.2 抛石挤淤综合法在施工中的要求

为保证填筑体正常下沉，需先清除阻碍填筑体沉降的表层壳层。要防止复合地基底部抛入块体太多造成内部架空现象。遵循近挖远卸的排淤方法，利用有效的挖泥机械在填筑体两边挖淤卸荷，增加填筑体下沉深度。和整式挤淤相同，尽量避免填筑体漂移。

3.2 爆炸抛石挤淤法

爆炸抛石挤淤法在处理软土地基及水下地基在上世纪80年代末期在国内出现的一项新的施工工艺，国内港口和码头工程很常用，效果良好，而在高速公路软基加固中很少应用。

3.2.1 爆炸抛石挤淤法的基本原理

爆炸抛石挤淤法的基本原理:抛石体的外缘适当深度和距离的淤泥质软基内埋放药包群，在药包爆炸时，起爆的瞬间能淤泥将从起爆中心向四周散开形成爆坑。处于爆坑边缘的抛石会失去支撑，在爆炸的强烈震动作用和负压下瞬间填入爆坑，完成淤泥的置换。然后继续抛入石料，建立新的抛石层，再埋入药包群引爆。经过多次循环爆破，就可达到最终的置换目标。

3.2.2 爆炸抛石挤淤法适用的条件

适用在抛石置换水下的软基的围堰、护岸、驳岸、防护堤; 地质条件以淤泥软土地基为宜，置换软基的厚度在3至17m为宜;公路滨海路堤需要是路堤被海(河)水浸泡、软基较厚、持力层横坡面积较大时采用此方法比较合适。

3.2.3 施工方法的选取和药量使用

爆炸挤淤法在处理公路软基时有两种施工工艺:a.堤侧爆炸挤淤。在路基的内侧顺路线抛石填筑出宽约10m的内堤，随后由内向外进行循环推进，利用爆炸挤淤建成路堤。路堤横断面部分是软基，持力层朝外倾斜，淤泥从内向外逐步增厚的路基。b.堤端爆炸挤淤。顺路基中心纵向爆破逐步推进形成堤头，随后从堤头两侧向外使用堤侧爆炸形成路堤，最终路堤坡角爆破完成设计的反压平台。适用于持力层相对平缓，淤泥厚度改变较小，全断面是爆炸抛石挤淤后的路基。

4.结语

抛石挤淤在软基处理中有着工艺简单，可操作性强，因此在实际的工程施工中应用十分广泛。但是随着我国建设步伐的加快，由于实际建设的需要，很多工程需要建设在自然条件更加困难的环境中，对于复杂的软基或水洼环境，常用的抛石挤淤手段往往无法满足，而综合抛石挤淤法、爆破抛石挤淤法的优越性就发挥出来了。而且也能有效的弥补传统抛石挤淤工艺中的不足，也是目前抛石挤淤发展的主要方向。对我国软基加固工艺有很大的帮助，提升了抛石挤淤的质量，完善了建筑的总体水平。

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