深厚淤泥条件下爆炸挤淤围堤质量检验方法探讨

2012-05-18翁洪苞张海元

海峡科学 2012年9期

关键词：围堤土石方淤泥

翁洪苞张海元

翁洪苞张海元

中交三航局厦门分公司

该文依托福州可门港区4#、5#泊位围堤爆炸挤淤软基处理工程，对工程的质量检验指标及方法展开研究,除采取挤淤体积平衡法、钻孔检测法和物探检测法外，利用现场围堤沉降变形监测手段，增加自沉降量监测法来检验深厚淤泥爆炸挤淤围堤的施工质量。

围堤爆炸挤淤自沉降量质量检验

0 引言

对于一般厚度淤泥的爆炸挤淤围堤，通过施工质量控制与合理设计，泥石置换效果往往比较理想。但在深厚淤泥地基中，爆炸挤淤效果受诸多因素影响，泥石置换效果可能不太理想。为了及时检验深厚淤泥中爆炸挤淤围堤在施工期间以及工后质量，及时调整和控制抛填和爆破参数，确保堤身断面的完整性，施工过程中需及时跟踪监测围堤沉降速率与沉降量，并采用传统的体积平衡法、钻孔检测、物探检测等方法对围堤施工质量进行检验。

深厚淤泥爆炸挤淤的围堤稳定性除了与爆炸完成后实际抛填土石方量有关，还与时间因素有关。随着时间增长，围堤逐渐趋于稳定的表现形式为不同时刻的围堤沉降量。因此，可以通过监测不同时间围堤的自沉量，同样可以推算堤身的稳定性。为此，对围堤自沉降量的监测分析预测围堤的稳定性研究，具有重要的理论与实际应用价值。

1 依托工程的基本概况

福州港可门作业区4#、5#泊位围堤工程位于福建省福州市连江县境内罗源湾的南岸。根据自然条件、地质条件的特点，本围堤工程采用斜坡堤的结构型式。淤泥层深厚，考虑到工程施工进度及经济性，围堤采用爆破挤淤填石法处理，其中北围堤、西围堤及部分东围堤地基处理均采用此法。北围堤为海侧围堤，东西围堤为接岸围堤。北围堤长667m，为永久性围堤，西围堤长840m，港区东围堤长度1164m，由于远期东西侧相邻工程建成后将形成新的陆域，东、西围堤为临时性围堤。本次爆破挤淤的桩号为：K000~K1+504、KE934~KE1+164，总长为1734m，爆破挤淤填石方量约为2885583 m3。

正常设计高水位：3.14m；设计低水位：-3.21m；极端高水位：4.65m；极端低水位：-4.31m。

岩土工程勘察报告揭示，该围堤地层地质状况较差，地基土淤泥层深厚，从泥面开始淤泥层厚度达10～37m，土质较差，对围堤稳定性影响较大。

2 自沉降量监测法的基本原理

围堤爆炸挤淤完成后，围堤在自身重量作用下产生压缩沉降，包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降3部分。这些沉降由堤身自身压缩、泥石混合层压缩与混合层底部土体的压缩组成。瞬时沉降，是在围堤置换完毕后，围堤本身和底部淤泥产生的弹性变形，在此沉降阶段里，淤泥孔隙水来不及排出，孔隙体积尚未变化，淤泥仅发生弹性压缩变形；固结沉降，是围堤在自身重量作用下，底部淤泥孔隙水逐渐挤出，孔隙体积相应减小，土体逐渐压密而产生的沉降；次固结沉降，此时淤泥孔隙水已经消散完毕，有效应力不再增长，由于土体蠕变等引起。从时间顺序上看，瞬时沉降首先发生，固结沉降和次固结沉降分别依次发生。从时间长短上看，前者发生的时间较短，后两者较长，与淤泥性质和围堤荷载等有关。

研究表明，爆炸挤淤效果与围堤的自沉降量存在如下关系：

（1）当挤淤效果较好时，即全部淤泥均被填石置换时，此时围堤的沉降量较小，仅为围堤本身的填石弹性压缩和下部粘土的压缩组成，自沉降量较小，且很快就能趋于稳定。这是因为围堤本身的弹性压缩，属于弹性变形，瞬时发生，瞬时完成，由于填石的弹性模量较大，故整体压缩量较小。下部粘土层的压缩，其含水量不大，故排水固结沉降量较小，基本为弹性和塑性变形引起的，故压缩量也较小。两者导致围堤的沉降量较小，沉降稳定时间较快。

（2）当挤淤效果较差时，即下部存在泥石混合层和纯淤泥层时，此时围堤的沉降量较大，沉降稳定历时较长，自沉降量较大。这是因为淤泥的含水量较大，压缩性较大，其压缩主要是淤泥排水固结引起的，而淤泥的渗透系数较小，处于10-7~10-8cm/s数量级上，其排水固结需要较长时间，通常情况下需要历时几个月甚至几年时间，压缩模量低，达1.0～2.0MPa，导致沉降量也较大。

3 自沉降量监测法的应用

围堤的自沉降量与围堤稳定性密切相关，当挤淤效果较差时，自沉降量较大，反之，则自沉降量较小。通过观测北围堤和西围堤不同时间的沉降量，图1、图2可以看出，爆炸挤淤围堤在初期时沉降量较大，稳定性较差，随着固结时间，沉降量逐渐减小，围堤逐渐趋于稳定。自沉降量可以定义为：

自沉降量并非定值，而是随着时间逐渐变化，其大小与稳定性有关。稳定沉降量与时间的关系可以划分为四个阶段：

（1）不稳定阶段。围堤淤积完毕后，仍有较大的自沉降量，超过1cm/d，围堤仍有较大空间的沉降，围堤处于不稳定状态，围堤上部对沉降要求严格的建筑物或构筑物不能够施工。

（2）较不稳定阶段。对于北围堤，爆炸挤淤完成后40天内，围堤处于较不稳定状态，自沉降量大，处于1.5～4.0mm/d之间；对于西围堤，爆炸挤淤完成后160天内，围堤处于不稳定状态，自沉降量大，处于1.0～1.8mm/d之间。

（3）基本稳定阶段。对于北围堤，爆炸挤淤完成后40～140天内，围堤处于基本稳定状态，自沉降量较大，处于0.1mm/d左右；对于西围堤，爆炸挤淤完成后160～380天内，围堤处于基本稳定状态，自沉降量较大，处于0.1～1.0mm/d之间。

（4）稳定阶段。当沉降量小于0.1mm/d时，处于稳定状态。

图1 北围堤沉降量随时间的变化关系

图2 西围堤沉降量随时间的变化关系

利用自沉降量观测法判别围堤稳定性，通过上面的分析，得到表1中的判别标准。

表1 自沉降量观测法评价标准

4 围堤施工质量综合检验方法

4.1 体积平衡法

爆炸挤淤填石施工的质量控制重要方法之一是体积平衡法，通过对每一次堤头爆的土石方量进行统计及侧爆、爆后的堤顶补抛土石方量的统计，结合爆前、爆后断面测量，计算分析实际抛填土石方量和设计土石方量的差异程度，推算堤身形成的完整性。

4.2 钻孔检测法

利用钻探检验爆炸挤淤围堤施工质量是最直观、最可靠的方法，沿堤身纵向钻探取样，通过钻孔可查明堤身落底深度、堤身下卧土层地质结构及堤身密实度等情况，除对施工情况进行检验外，同时还可对原始地层资料进行验证。

4.3 物探检测法

该法也称为浅层地震反射波法，应用最多的仪器是地质雷达，是根据地震波或电磁波的透射原理来确定堤身底界面，方法简便易行。可进行全堤纵、横断面的测量，但其精度稍差，且必须结合钻孔结果分析。

4.4 自沉降量监测法

通过打设沉降管和设置沉降观测桩结合水准仪的方法对不同断面的围堤沉降进行监测。通过间断观测每次的沉降量，来判别围堤的稳定性。

5 围堤施工质量综合检验方法的应用与结果

5.1 体积平衡统计结果

通过比较实际抛填土石方量和设计土石方量的差异程度，判定抛填比例。现场按每50米堤身的抛填比例，根据实际统计与设计量比算，每一控制桩号抛填比例基本处于103.9%～138.6%之间，均超过100%，满足设计要求。

5.2 钻孔检测结果

沿围堤纵向布设钻孔，利用钻孔检验挤淤施工质量。在每一断面上，布设3个钻孔，分别为沿轴线和位于轴线两侧的3个位置处。从现场检测结果看出，钻孔检验挤淤效果良好，泥石混合层厚度小于设计允许厚度2.5m，几乎不存在完全没有得到置换的淤泥层；里程数K0+940、K1+050 、K1+252与K1+499挤淤处理的泥石混合层厚度相对较大，但仍在设计允许的2.5m范围之内。

5.3 物探检测结果

采用面波法检验挤淤施工质量，面波点间距为20m，面波波速基本处于200～600m/s之间，单独采用该法来判断爆炸挤淤填石情况效果欠佳，需结合钻孔检测进行对比分析。

5.4 自沉降量监测结果

沿围堤中心线处每隔一定距离布设沉降位移观测点，布设间距均为50m，北围堤共布设14个监测点，西围堤共布设18个监测点，监测围堤沉降位移。北围堤和西围堤沉降量随时间的变化关系如图1和图2所示，可以看出，对于北围堤，爆炸挤淤完成后40天内沉降量较大，40天后趋缓，但一直持续增大；对于西围堤，挤淤完成后200天内沉降速率较大，200天后趋缓。（注：北围堤沉降中系列1,2,3,…里程数分别为K0+900, K0+950, K1+000, …；西围堤沉降中系列1,2,3,…里程数分别为K0+000, K0+050, K0+100, …）

根据表1给出的自沉降观测法判别不同时刻的围堤稳定性标准，得出围堤各断面在爆炸挤淤完成后的初期，均处于较不稳定；随着时间的持续，爆炸挤淤完成后约经历3个月后，围堤各断面基本上均处于基本稳定状态；约经历1年后，围堤各断面均处于稳定状态。