拋石擠淤在軟土地基處理中的應用現狀及發展趨勢

趙方毅

中國水利水電第二工程局有限公司，北京 100011

拋石擠淤在軟土地基處理中的應用現狀及發展趨勢

趙方毅

中國水利水電第二工程局有限公司，北京 100011

在軟土地基的加固和處理中，拋石擠淤法使用的十分廣泛，對于常見的軟土地質，結合淤泥質土的特性，介紹了常用的拋石擠淤方案。通過對軟土特性的說明，分析了拋石擠淤施工中的應用現狀以及施工原理和相關的技術要求，如何控制拋石擠淤工程的質量。并從實際的使用中總結了拋石擠淤工藝的發展趨勢，并簡單介紹了這些工藝的使用方法。

拋石擠淤；地基處理；應用；發展

引言

軟土指的是在緩慢的流水環境或者靜態條件下沉積，具有孔隙比大、含水率大、強度低、壓縮性高等特性的黏性土壤，軟土地基承載力較差，通常都需要采取地基強化措施進行處理，以符合工程建設的需要。軟土地基強化處理的理論以及手段在不斷發展完善。依據其加強性質可大致分為排水固結法、動力固結法、復合地基法和淺層處理法這四類。地基強化措施應按照地貌特征、軟土底面橫坡、成層情況、軟土特性和現場條件等實際情況，完成技術與經濟的評估比對，然后確定最終的處理方案。拋石擠淤法可歸為排水固結法一類，通常適用于厚為3至 4m的軟土層或者是常年積水并且不易抽干的湖塘、河流等積水地域，或是軟土的液性指數大、表層無硬殼的情況，它具有操作工藝簡單、施工便利、強化效果明顯、經濟效益明顯等特點，在工程中進行軟土地基強化處理常使用的方法。

1 軟體地基的特點和拋石擠淤法在地基處理原理

1.1 軟土地基特性

軟土地基指的是壓縮層主要由淤泥以及其他高壓縮性的土層構成的地基，軟土的承載能力很低，通常不超過50kn/時。軟黏土中最常見的也是工程地質性質最劣的是淤泥以及淤泥質土。一般工程上將天然孔隙比不低于1.5的亞黏土、黏土稱為淤泥，將孔隙比超過1.0而低于1.5的黏土稱為淤泥質黏土。其主要特性如下:(1)天然含水量以及孔隙比大。我國軟土天然的孔隙比通常介于1和2之間，淤泥質土以及淤泥的天然含水率w通常在50%至70%之間，通常大于液限，最高的可達200%(2)可壓縮性強。我國淤泥質土和淤泥的壓縮系數通常都大于0.5 MPa，在這種軟土上建造的建筑物將會發生較大的下沉，如果沉降不均將會導致建筑物結構的開裂和損壞。(3)透水性差。軟土中的含水量大，但透水性卻很差，滲透系數k通常在1mm/d。由于透水性十分差，土體在受荷載作用下，往往會產生很高的孔隙水壓力，破壞地基壓密和固結。(4)抗剪應力的強度低。軟土一般呈軟塑或流塑的狀態，在外部荷載影響下，抗剪應力性能極低。部分資料統計結果表明，我國軟土的無側向抗剪應力強度一般小于50KN/時(0.3kg/cm2);不排水時，其內摩擦角幾乎為零，黏聚力決定其抗剪強度。固結時，一般為5至150之間。所以，加強軟土地基強度的核心是排水。假如土層中有排水出路，它能隨有效壓力的提升逐步固結;反之，如果沒有良好的排水渠道，隨著荷載增加，其強度反而會衰減。在這類軟土地基上的建筑物須盡量使用“輕型薄壁”，以減輕建筑荷重。（5）靈敏度高。軟黏土中特別是海相沉積的軟黏土，如果結構未被破壞時，抗剪強度比較可觀，然而一經擾動，抗剪應力強度將顯著降低。軟黏土受到擾動后的強度降低的性質可以用靈敏度(當含水量不變的情況下，重塑土和原狀土無側限抗壓強度的比值)來表示。軟黏土的靈敏度通常介于3到4之間，也有可能會更高。所以在靈敏度較高的軟土地基上建筑時須盡量避免對地基土層的干擾。按照軟土地基特征，相應的處理手段有很多。軟土地基加固的目標是增強地基穩定性，降低施工后的不均勻下沉。所以施工技術人員首先要充分意識到軟土地基的嚴重性，堅決以數據為準，認真評估基底的承載能力，并依據不同的地質條件、投資和工期要求，采用切實有效的加固方案。

1.2 地基處理拋石擠淤法的原理

拋石擠淤對于孔隙比大、抗剪強度低、含水量高、透水性弱的軟土地基，通過振動碾壓機器，填入片石并對片石進行振動和碾壓，淤泥質的黏土受到振動擠壓和擾動等因素，土層結構遭到破壞，當片石被壓入之后，土粒顆粒大小重新整合，孔隙水經由片石排出，孔隙內部壓力逐漸消散，對下層的淤泥質黏土的性質有很大的改善。片石置換擠密之后，使片石充分的壓入到軟土之中，建立起片石地基層，以提升地基的承載力，減少下沉，片石地基層可以對淤泥質黏土結構重新調整完善，而片石本身也具有良好的透水性，所以可以加速地基固結，提升或恢復淤泥質黏土的結構強度。

2 拋石擠淤相關施工的應用現狀和技術要求

2.1 拋石擠淤施工中的應用現狀

拋石擠淤法是將一定量適當粒徑的塊石拋入要處理的淤泥質土或淤泥地基里，把原基礎中的淤泥質土或淤泥壓走，從而滿足加固地基的目標。該方法施工流程簡單、投資不高，對于處理流塑型的淤泥質土或淤泥地基以及常年積水的洼地有很強的實用性。這些洼地，軟土層都位于水面以下，很難更換土壤;當基底直接放入含水量高的淤泥中時，基本的物結構力學性能指標顯示其稠度遠高于液限、透水性能差、天然含水量極大、壓縮性極高;對于高填方路堤，如對軟基不做任何處治或做出不當處理，都會導致路基的失穩以及過量下沉，影響公路的正常使用。針對表層無硬殼、厚度薄、片石可以沉入底部淤泥或厚度在3～4m的軟土，也可以使用拋石擠淤法。施工中用自然排水法或抽水機把處理范圍中的地表水引入天然水系，必要時修筑圍堰排水，并配備挖換范圍內的截水溝和排水溝，避免再次積水。讓挖掘機從一端朝另一端或從兩端向中部挖除上方一定厚度的軟土，由自卸汽車運輸至指定棄土場，挖除地段的長短，依據挖掘機可達到的最大水平距離，挖除一個地段后，立即進行拋石。拋擠過程中，若軟土層比較平坦，拋投可沿路中線往前拋填，然后向兩側擴展;若軟土層橫坡較陡，從高處向低處拋投，然后于低處邊緣進行拋投，使地處邊緣有2m左右的平臺頂面。把拋石壓出的下部淤泥清除干凈后，拋石到達挖除界面的高度時，于回填的片石頂部，鋪上0.1m厚的碎石墊層并整平。首段落拋石擠淤過程完成后，挖掘機重復上述流程開始第2段落工作，直至整段拋石擠淤工作完成。拋石擠淤中，遇見各處沉降速度不一致時，會在路堤下方殘留部分軟土，完成后，可能會產生出現不均勻下沉。所以必須保證墊層鋪筑后充分壓實，完全將淤泥擠出，避免這種不利影響。

2.2 拋石擠淤工程施工中的技術要求

陸域軟基段使用拋石擠淤法進行筑堤時，應先在拋石棱體施工，然后以其為依托，完成堤身閉氣土方的填筑。拋石棱體可以通過定線放樣，于陸域軟基段可設立標桿，間距50m左右。陸域軟基段進行拋石，可用自卸車輛，由側邊向前延伸立拋，拋石過程可以不用分層或使用分層階梯式拋填;在軟基上的拋石厚度，不可超過地基土極限承載高度。拋填石料塊重介于20至40kg之間為宜，拋投時采取大小搭配原則。拋石棱體到達預定的斷面，經沉降過程穩定后，需按設計輪廓把拋入石體整理成型。閉氣土方和拋石棱體的接觸面，需按照設計要求完成土工織物濾層或砂石反濾層。若堤基上鋪填的土工合成材料或透水材料加固層時，需要注意保護。陸域拋石法使用時，要用自卸車輛，由緊靠拋石背水側進行填筑閉氣土方，然后向堤身擴展。關于閉氣土方的填筑密實度需要符合以下規定。(1)拋石用料最好用當地所產石塊。為了擠淤效果更加明顯，拋石后的土質均勻，可將石料的粒徑維持在小于400的范圍內，并將石料中的石屑清除。(2)拋石由挖掘機完成，方法采用進占法。首先通過挖掘機在作業范圍內均勻拋首層毛石，然后再采用自重較高的T140,T180推土機或者EX300挖掘機往回走動碾壓;等塊石沉入到與基底持平后，進行次層拋石，完成后采用同樣的方法進行碾壓;如塊石沒有明顯的下沉，方可向前延伸開始下一段施工;如塊石沉降量依舊很大，就需繼續加入一層塊石并碾壓，直到塊石沉降量很小為止。(3)拋投的順序首先要沿橋涵的中軸線，從中間向兩邊，將淤泥向兩邊擠出;片石擠淤工作完成后，要鋪上砂礫反濾層，然后再開始基礎施工。(4)全部路段拋石完成后，用自卸汽車把石料移至基坑邊緣，再用推土機推至基坑中，均勻鋪上后再加入適當碎石來填充塊石中縫隙，鋪平之后以12t的振動碾壓四五遍;碾壓結束后再進行下一層施工，直到設計標高。

2.3 拋石擠淤施工應用中的質量控制

拋石擠淤工程是一種隱蔽工程，所以需要對施工質量進行嚴格的控制，以保障工程的質量。拋石擠淤施工中的控制重點是:塊石材質以及石料計量兩方面。(1)塊石材質質量。拋入的石料，選用材質新鮮、完整，硬度較高、強度可靠并符合設計要求的材料。(3)石灰巖的抗滑與耐磨性能滿足高速瀝青路面的抗滑需要。在以標準試驗狀態下為基準時，砂巖的抗滑性能是玄武巖的74%；石灰巖的抗滑性能是玄武巖的44% (4)同砂巖相比，石灰巖的性能相對較差，和玄武巖相比會更差，僅是玄武巖的50%，所以一般不用石灰巖作為路面的抗滑材料。

3.發展趨勢

3.1 拋石擠淤綜合法

散式的拋石擠淤方式只能用于淤泥厚度低于3 m的稀軟淤泥，并且多依靠單塊塊石的自重，讓拋填體沉入到淤泥里，最終的復合地基將以塊石做骨架，中間填滿淤泥。周圍非封閉的淤泥，無法形成穩固的置換地基。而且，散式擠淤時拋填體要下沉到硬基底層，這樣就限制了散式擠淤的使用條件。當淤泥厚度高于3 m的重要工程上采用整式擠淤置換，由于整式壓載擠淤結構承載力高、穩定性強、整體性好等優點，對重要工程主要采用接地式的整式壓載擠淤。由于該工藝要求填筑中不得雜有淤泥，要使用大體積的混凝土塊石或者配料良好的砂石材料，這又會增加現場施工的難度，對于小型工程將提升工程成本，拖延施工工期。所以新型的拋石擠淤綜合法十分必要。

3.1.1 拋石擠淤綜合法的流程

拋石擠淤綜合法包含散式擠淤的流程，又可以實現整式擠淤的目標。它采用大塊徑單塊體填入淤泥中，靠自重無法下沉時，再以振動碾逐層壓入，將大塊徑單塊體形成淤泥中骨架。再于骨架上部和間隙填入透水不透泥的石渣，完成整式壓載擠淤過程，將散式骨架和整式擠淤方法結合的綜合法地基見圖1。

圖1

3.1.2 拋石擠淤綜合法在施工中的要求

為保證填筑體正常下沉，需先清除阻礙填筑體沉降的表層殼層。要防止復合地基底部拋入塊體太多造成內部架空現象。遵循近挖遠卸的排淤方法，利用有效的挖泥機械在填筑體兩邊挖淤卸荷，增加填筑體下沉深度。和整式擠淤相同，盡量避免填筑體漂移。

3.2 爆炸拋石擠淤法

爆炸拋石擠淤法在處理軟土地基及水下地基在上世紀80年代末期在國內出現的一項新的施工工藝，國內港口和碼頭工程很常用，效果良好，而在高速公路軟基加固中很少應用。

3.2.1 爆炸拋石擠淤法的基本原理

爆炸拋石擠淤法的基本原理:拋石體的外緣適當深度和距離的淤泥質軟基內埋放藥包群，在藥包爆炸時，起爆的瞬間能淤泥將從起爆中心向四周散開形成爆坑。處于爆坑邊緣的拋石會失去支撐，在爆炸的強烈震動作用和負壓下瞬間填入爆坑，完成淤泥的置換。然后繼續拋入石料，建立新的拋石層，再埋入藥包群引爆。經過多次循環爆破，就可達到最終的置換目標。

3.2.2 爆炸拋石擠淤法適用的條件

適用在拋石置換水下的軟基的圍堰、護岸、駁岸、防護堤; 地質條件以淤泥軟土地基為宜，置換軟基的厚度在3至17m為宜;公路濱海路堤需要是路堤被海(河)水浸泡、軟基較厚、持力層橫坡面積較大時采用此方法比較合適。

3.2.3 施工方法的選取和藥量使用

爆炸擠淤法在處理公路軟基時有兩種施工工藝:a.堤側爆炸擠淤。在路基的內側順路線拋石填筑出寬約10m的內堤，隨后由內向外進行循環推進，利用爆炸擠淤建成路堤。路堤橫斷面部分是軟基，持力層朝外傾斜，淤泥從內向外逐步增厚的路基。b.堤端爆炸擠淤。順路基中心縱向爆破逐步推進形成堤頭，隨后從堤頭兩側向外使用堤側爆炸形成路堤，最終路堤坡角爆破完成設計的反壓平臺。適用于持力層相對平緩，淤泥厚度改變較小，全斷面是爆炸拋石擠淤后的路基。

4.結語

拋石擠淤在軟基處理中有著工藝簡單，可操作性強，因此在實際的工程施工中應用十分廣泛。但是隨著我國建設步伐的加快，由于實際建設的需要，很多工程需要建設在自然條件更加困難的環境中，對于復雜的軟基或水洼環境，常用的拋石擠淤手段往往無法滿足，而綜合拋石擠淤法、爆破拋石擠淤法的優越性就發揮出來了。而且也能有效的彌補傳統拋石擠淤工藝中的不足，也是目前拋石擠淤發展的主要方向。對我國軟基加固工藝有很大的幫助，提升了拋石擠淤的質量，完善了建筑的總體水平。

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