抛石挤淤在挡潮闸工程地基处理中的应用

金瑞芳

（青岛西海岸新区水务发展中心，山东 青岛 266500）

1 抛石挤淤技术原理

抛石既包括单纯以石料为置换物，又包括以石料为主的其他置换物。就字面意思理解，抛石挤淤技术就是通过抛投石料及以石料为主的其余置换物，挤动并置换淤泥，并达到地基加固目的。所以抛石挤淤技术在理论上并不复杂，与其他置换技术最大的不同之处在于，抛石挤淤是一种纯粹的置换，将淤泥尽可能全部置换成石料等置换物以彻底改变地基土性质，达到软基处理及地基加固的目的。

淤泥主要表现为流塑状态，受到侧向及竖向等外力挤压后必然发生移动，通过抛石处理向其施加侧向的外力作用，并形成具有一定厚度填石层。如果淤泥层呈软塑状态或厚度过大，则底部必然存在难以挤动的残留淤泥，则在填石层自重预压下底部淤泥会发生固结排水，使残留淤泥物理力学性质得到改善。抛石过程属于自由落体运动过程，抛石料入水后因受到水体、淤泥等的阻力影响而速度减缓，最终停止下落。所以，抛石挤淤处理厚度与淤泥状态直接相关，一般情况下，淤泥液性指数越大，则抛石下落距离也越长，所对应的抛石挤淤处理厚度也越大，对于流塑状淤泥，抛石挤淤处理厚度应控制在15 m以内。

2 工程应用

2.1 工程概况

李村河、张村河下游综合整治工程挡潮闸工程位于青岛市市北区、李沧区、崂山区李村河、张村河下游。挡潮闸位于李村河入海口上游210 m，工程共23 孔，单孔净宽10 m，闸门高4×10 m，挡潮闸闸孔总净宽230 m。挡潮闸上游蓄水深度0.80～2.50 m，蓄水面积47.50 万m2，形成蓄淡水79 万m3，过闸流量1 090 m3；市政道路路面宽6 m、长400 m，河道清淤约12 万m3。

在上游C20 细石混凝土砌石护底以及下游C20 细石混凝土砌石海漫段基础采用抛石挤淤地基处理，采用反铲挖掘机将尺寸≥30 cm、块重50～150 kg 的乱石抛投进护底及海漫底部淤泥层中，通过推土机推平、预压，挖掘机配合，再用13 t 振动压路机碾压。挤淤结束后在其上按护底及海漫设计要求施工，抛石至淤泥层底，上下游抛石挤淤厚度均在2.50 m 以上，以满足设计要求。

2.2 现场试夯

在李村河、张村河下游综合整治工程挡潮闸工程抛石挤淤施工前，必须进行试夯操作，以确定各项施工参数及技术指标取值，该挡潮闸工程试夯沉降曲线与夯实击数之间的关系详见图1。从图中可以看出，当采用三种重量分别为5、8、10 t 的重锤进行强夯试验时，所对应的沉降量基本均在12 击左右达到稳定状态。所以，该挡潮闸工程地基加固抛石挤淤强夯处理的最大夯击能按照12击确定。

2.3 大面积强夯

该挡潮闸工程抛石挤淤所用石料粒径均不超出500 mm，较粗颗粒通常用在施工前期，施工后期应选用粒径较小的石料颗粒，并避免采用粘性土含量高的土方为填料。通过挖掘机及进占法进行填方施工，首先通过装载机将土石料从原料堆放处运输至施工区域，再通过挖掘机进行第一层抛投料的均匀抛填，结束后改用大自重推土机和挖掘机行走碾压，直至填方料沉入后开始第二层抛填；抛填完成后通过同样方式碾压处理，此时若填方料无明显沉降，则可进行下一段施工；如果填方料存在较大沉降，必须再抛填一层填方料后再行碾压，直至填方沉降量达到设计要求。首层回填石料厚度为1～2 m，其余层回填料厚度则根据工程实际控制在1 m 以内，在达到交工标高前每层碾压1 遍，达到交工标高后每层碾压2～3 遍。

值得注意的是，该挡潮闸工程抛石挤淤施工主要是向吹填淤泥区抛填石料，必须通过挖掘机将装载机所运输到的石料抛填至淤泥区，以便保护监测点，并确保表层淤泥无较大相对移动的情况下监测数据的真实性。工程区内主要为土质性状极差的吹填淤泥，必须控制施工进度，待碾压完成标高和交工标高高差不超出0.50 m时方可继续填方施工至交工标高。

3 地基处理效果监测

3.1 监测内容

考虑到该挡潮闸工程土质性状极差，抛石料自身沉降量必然较大，并且抛石料还会不断排挤周边淤泥质土体，导致周边一定深度范围内土体因受挤压而变形，表现出隆起和侧向变形。为此必须在抛石挤淤过程中进行试验段淤泥深层水平位移、沉降、周边隆起及孔隙水压力等参数的监测，并增设补充勘测点、重型动力触探点。

沉降观测点的布设采用相对高程系，通过水准仪引测，以监测抛石挤淤施工前后软土地基沉降量，并分析不均匀沉降及后期沉降规律，为挡潮闸工程地基处理质量及效果评价提供依据；深层水平位移点的布设则主要用于施工期间及工后周边填方土体水平位移量的监测，以便进行周边土体挤密深度、范围及程度受地基处理影响的分析；通过隆起点的布设进行地基处理对周边土体挤密影响的监测，并分析影响范围及规律；应用振弦式孔隙水压力计进行孔隙水压力测量，并对抛石挤淤处理软弱地基过程中土体孔隙水压力消散情况进行监测，判断土体固结程度；重力触探试验主要监测挡潮闸工程地基加固处理后地基土强度、深度等参数取值变化。

3.2 监测结果

考虑到此次试验主要监测对象为试验段淤泥沉降，为保证监测结果的可靠，客观真实描述试验段实际沉降，在2020 年7-8月该挡潮闸工程抛石挤淤试验段施工过程中，分别在场区吹填淤泥区及已抛石回填区设置2 个观测点展开观测。所得到的观测数据具体见表1。

表1 挡潮闸工程场区监测点累计沉降观测结果表 （单位：mm）

该挡潮闸工程淤泥质土体在抛石挤淤加固处理前处于超饱和状态，流动性强，含水量大，且表面存在一层薄层硬壳。抛石挤淤处理过程中因无规律地抛投，且无任何侧限，致使薄层硬壳下方的淤泥受到挤压后向四周偏移，薄层硬壳上所设置的监测点受到带动后也随之一起移动，淤泥表面也随之形成隆起状。监测结果还表明，抛石挤淤施工过程中淤泥表层表现出较大的推移，且沿推进方向和垂直方向所发生的推移10 m以上，淤泥表面的隆起最大达到700 mm；抛石沉降值最大为14 m，最小5.40 m；已回填区所测沉降值为80～115 mm。根据监测结果，该工程抛石挤淤过程存在较大的随意性，既造成抛填料资源方面的过大消耗，又导致加固处理后淤泥厚度分布严重不均，沉降量较大，但基本符合《水电工程软弱土地基处理技术规范》要求。

考虑到该挡潮闸工程抛填石料粒径不超出500 mm，故后期监测采用的是适用于碎石土、砂类土的重（2）型动力触探及超重型动力触探结合方法。在已铺设道路的两边及中间布设12 个监测点，进行下部淤泥在上部石料影响下属性变化程度监测。监测结果显示的填料厚度最大最小值分别为12.80 m和5.60 m，且淤泥从表层向下以6～7 m为界被分为两个亚层：界面以上为形状极差的灰褐色淤泥，界面以下为性状较差的灰黑色淤泥。分别设置在以上两个亚层的1#测点和3#测点锤击数与深度的关系具体见图2和图3。结果表明，在深度分别达到8 m和8.50 m处时，锤击数突然增多，说明该处所抛填的石料已经达到淤泥层底部。

挡潮闸工程大面积采用抛石挤淤处理技术，必然会在工后在石料底层留下厚度不均的淤泥层，虽然抛石处理会在一定程度上改善淤泥性质，但残留淤泥的物理力学性质仍存在较大离散性和不均匀性，必然会成为后期地基处理的薄弱环节；此外，挡潮闸工程河道整治过程中所抛投的是粗大石料，必然增大后期可能进行的基坑开挖、桩基础等施工难度，增大工程处理成本。为此，必须结合该河道综合整治工程挡潮闸工程规划，只有在该河道未来不用于建筑物、桥梁等工程建设的情况下，才可以进行抛石挤淤加固处理。

4 结论

综上所述，李村河、张村河下游综合整治工程挡潮闸工程河道整治所采取的抛石挤淤方案基本可行。施工过程中抛填石料粒径基本控制在500 mm 以内，且石料内所含粘性土料较少，并严格按照抛填方式施工，在抛填材料和施工方法方面得以保证。结合类似工程施工经验，抛石挤淤技术通常适用于淤泥面积小、淤泥层厚度较小的软弱地层，若应用于面积大且淤泥层厚度大的工程，必须采取土工布及土工格栅等辅助性方法，控制抛石料抛投的随意性，并保证淤泥厚度分布的均匀性。