拋石擠淤法在農(nóng)安縣兩家子水庫壩下公路工程中的應(yīng)用

曲 楠

1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春 130061;2.吉林省城市供水有限公司, 吉林 長春 130061

軟土的概念：軟土是淤泥和淤泥質(zhì)粘土的總稱。它是在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學(xué)作用形成。主要是第四紀(jì)后期形成的海相、潟湖相、三角洲相、湖沼相的粘性土沉積物或河流沉積物［1，2］。它的特點(diǎn)是天然含水量大、有機(jī)質(zhì)含量多、壓縮性高、天然孔隙比大、滲透系數(shù)小、在外荷載作用下承載能力低，地基變形大，不均勻變性也大。廣泛分布于我國東南沿海和部分內(nèi)地地區(qū)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化水平的提高，在工程建設(shè)過程中不斷涉及到軟土地基加固。根據(jù)軟土的性質(zhì)和空間分布，一般可通過排水固結(jié)、振沖擠密、強(qiáng)夯置換、拋石擠淤［3］等方法進(jìn)行加固處理。

與其他加固方法相比，拋石擠淤法施工方便快捷、工藝簡單、不用抽水、不用挖淤，通過向軟土中拋入較大的塊石，使塊石強(qiáng)行擠出軟土并占據(jù)其位置，以此來提高地基承載力，減小沉降量，提高土體的穩(wěn)定性。這種施工方法施工迅速，不用抽水挖淤，特別適用于軟弱地基表面存在大量積水無法排除，具有觸變性的流塑狀的飽和淤泥土的處理。對施工區(qū)域附近石料豐富，運(yùn)輸距離較短的情況，采用拋石擠淤法進(jìn)行軟基處理，可以有效節(jié)約施工成本，縮短工期。

拋石擠淤法原理：從理論上來講，淤泥一般為流塑狀甚至流態(tài)狀，在受到一定的外力擠壓時，在無側(cè)限的條件下，必然要發(fā)生移動。外力有側(cè)向的，也有正向的，拋石給予的基本是屬于側(cè)向的外力作用，在形成一定厚度的填石層后，也會產(chǎn)生正向的壓力，但對淤泥擠動影響最大的是側(cè)向的外力作用，在形成一定厚度的填石層后，也會產(chǎn)生正向的壓力，但對淤泥擠動影響最大的是側(cè)向的外力作用。如果淤泥層厚度過大或淤泥呈軟塑狀態(tài)，底部將有一定厚度無法擠動的殘留淤泥。那么，填石層的自重預(yù)壓與填實(shí)之間的縫隙將使底部淤泥有一個固結(jié)排水的過程，也可以改善殘留淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)［4］。由于擠淤拋填體必須下沉到底層的硬土層，故其一般適用于不排水抗剪強(qiáng)度小，四周為封閉的稀淤泥及塊石能沉達(dá)底部的泥沼或厚度不超過4 m 的軟土。

1 工程概況

農(nóng)安縣兩家子水庫位于農(nóng)安縣農(nóng)安鎮(zhèn)北1 km處，壩址坐落在伊通河支流兩家子溝下游，水庫大壩地理坐標(biāo)為東經(jīng)125°15′，北緯44°30′。

該水庫始建于1973 年，于1974 年竣工，水庫控制集水面積150 km2,總庫容1 062 萬立方米，是一座以城市供水為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)魚為一體的中型水庫。兩家子水庫大壩為均質(zhì)土壩，全長1 450 m，最大壩高12 m，壩頂寬8 m,壩頂為農(nóng)安縣城至靠山鄉(xiāng)公路，現(xiàn)已鋪砌了7 m 寬的柏油路面，屬于三級公路。

兩家子水庫為農(nóng)安縣城主要供水水源地，為保護(hù)水源地環(huán)境，避免受交通生活垃圾給水庫水源帶來嚴(yán)重的污染，同時為避免壩頂公路超載運(yùn)行對水庫安全構(gòu)成威脅，現(xiàn)將該公路兩家子水庫壩頂公路段改線，新建公路選線布置在壩下游壩坡處，公路總長1 389 m，路中心線與壩頂公路中心線相距約20 m，跨消力池處新建54.05 m 長交通橋1 座。

2 工程地質(zhì)條件

2012 年5 月11 日，設(shè)計(jì)、地質(zhì)勘查人員到現(xiàn)場，會同業(yè)主、監(jiān)理、施工單位等有關(guān)人員，進(jìn)行現(xiàn)場挖探坑檢測，在壩下公路樁號0+800 處和1+100 處挖探坑深1.2 m 左右，2 h 后觀測，坑內(nèi)積滿水，水位上升至地表以下14.6～20 cm 左右。

經(jīng)過現(xiàn)場檢查，壩下公路樁號0+250～0+320區(qū)間，長70 m； 樁號0+450～0+770 區(qū)間，長320 m；樁號0+880～1+155 區(qū) 間，長275 m 和樁號1+155～1+250 區(qū)間，長95 m，共四段總長760 m 范圍內(nèi)，地下水豐富，地基土屬淤泥質(zhì)土，在施工機(jī)械進(jìn)入現(xiàn)場時沉陷量很大，施工機(jī)械無法進(jìn)入進(jìn)行進(jìn)行清基和渣石攤鋪、碾壓。

通過地基土質(zhì)和工程運(yùn)行情況分析，兩家子水庫存在壩基接觸滲漏問題至今未得到處理。而且自2012 年春節(jié)以來，農(nóng)安縣兩家子水庫從中部城市供水系統(tǒng)每日飲水4.0 萬立方米水量入庫，持續(xù)到施工期，水庫水位最高上升至171.58 m 高于平常庫水位1.42 m。這些因素均導(dǎo)致壩后地下水位抬高。為保證工程質(zhì)量和施工進(jìn)度，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)和施工單位現(xiàn)場共同研究，為提高地基承載力，有必要采取工程加固措施。

2.1 加固方案比選

地基加固設(shè)計(jì)考慮三個方案進(jìn)行方案比較，方案一：攤鋪土工格柵法；方案二：換填法；方案三：拋石擠淤法；

各方案分析比較見表1。

通過上述三個方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，設(shè)計(jì)選用施工進(jìn)度快，投資較省的拋石擠淤方案三，拋石擠淤工程數(shù)量見表2。

3 施工方法

3.1 施工順序

施工準(zhǔn)備→測量放線→地表清基→施工降排水→清底→驗(yàn)槽→拋填塊石→重型碾壓→沉降觀測→檢查驗(yàn)收→鋪設(shè)反濾層→驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行路基填筑。

3.2 施工準(zhǔn)備

（1）材料拋石擠淤設(shè)計(jì)采用堅(jiān)硬、不易風(fēng)化的塊石，設(shè)計(jì)要求在石料運(yùn)抵現(xiàn)場前必須取樣作試驗(yàn)，要求其浸水抗壓強(qiáng)度不小于20 MPa，塊石粒徑尺寸不應(yīng)小于30 cm，允許有20%較小的塊石，但粒徑不小于15 cm。塊石準(zhǔn)備、送檢合格后，報(bào)請監(jiān)理工程師進(jìn)行檢查，簽字后方可使用。

（2）設(shè)置好觀測點(diǎn)，實(shí)測地面高程，測量路基回填邊線。

（3）地表清理，拋石之前，路基范圍內(nèi)的草木殘株及種植土、有機(jī)土、建筑垃圾、草皮、樹墩、樹根等表層土要用挖掘機(jī)清除，并用人工配合清理。清基后在拋石前，地表必須開挖50 cm，并將廢土運(yùn)出路基外。

（4）主要施工機(jī)械：挖掘機(jī)、推土機(jī)、自卸汽車、壓路機(jī)、強(qiáng)夯機(jī)械。

（5）測量放線：按設(shè)計(jì)圖要求進(jìn)行測量放線，確定其拋石范圍并經(jīng)業(yè)主或監(jiān)理工程師現(xiàn)場檢查界線。

3.3 拋填塊石

拋石采用挖掘機(jī)進(jìn)行，方法為進(jìn)占法。 在地表清基后，進(jìn)行塊石拋填。攤鋪平整工作采用挖掘機(jī)和推土機(jī)相結(jié)合進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對于地層較平坦的地段，拋石順序是沿路中線向前拋填，再向兩側(cè)擴(kuò)展，以20～50 m 長度依次推進(jìn)。如遇到地層有較大橫坡時，拋填塊石應(yīng)從高處側(cè)，并在低處側(cè)多拋填一些，拋石填筑完成后，個別不平整處應(yīng)配合人工用細(xì)塊石進(jìn)行填塞和找平。拋石厚度初步拋填時，采用清基挖除的界面高50 cm，經(jīng)現(xiàn)場用重型壓路機(jī)反復(fù)碾壓達(dá)到強(qiáng)度要求后，現(xiàn)場確定拋石拋填厚度，若50 cm 厚塊石經(jīng)碾壓，沉降量仍較大，則需再拋一層塊石進(jìn)行碾壓。確定拋石厚度最大不能超過80 cm，否則需分二層進(jìn)行拋填碾壓。

表1 方案比較表Table 1 Comparison table of the plan

表2 拋石擠淤工程數(shù)量表Table 2 The ripped-rock crowded silting engineering quantities

3.4 碾壓

一般而言，碾壓機(jī)在地基的碾壓過程中其靜止碾壓速度為2～4 km/h,動態(tài)振動碾壓速度為3～4 km/h。拋投過程中首先由自重較大的推土機(jī)及挖掘機(jī)來回走動進(jìn)行碾壓，使塊石沉入基本穩(wěn)定。待作業(yè)面展開后，再用自重18 t 以上的振動式壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，振動碾壓4～5 遍，直至拋石層頂面平整無明顯孔隙。用壓實(shí)度控制拋填施工，經(jīng)振動壓路機(jī)振動碾壓4～5 遍，直至碾壓后相鄰輪跡高差l cm，再用觀測點(diǎn)檢測點(diǎn)高程。施工中若發(fā)現(xiàn)淤泥翻出，采用挖掘機(jī)挖除。

3.5 檢測

壓實(shí)度檢測采用沉降觀測法，以重型振動壓路機(jī)壓實(shí)，當(dāng)壓實(shí)層頂面穩(wěn)定，無輪跡，可判為密實(shí)狀態(tài)。在檢測路段選擇檢測點(diǎn)，用白灰做出明顯標(biāo)記，先記錄初始高程，然后用壓路機(jī)振動壓實(shí)2 遍后，再觀測檢測點(diǎn)的高程，如前后兩次檢測點(diǎn)高程差在3 mm 以內(nèi)，可判定沉降穩(wěn)定，壓實(shí)度滿足要求。如檢驗(yàn)后不符合要求，查明原因，采取措施或繼續(xù)碾壓，直到合格為止。

4 效果及評價(jià)

從拋石擠淤法的原理、實(shí)踐到效果分析，再到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的比較論證，可以得出一些簡單的結(jié)論。

（1）根據(jù)軟土地基處理理論，采用拋石擠淤法處理（樁號）段飽和淤泥質(zhì)粘土的施工方法是正確的，完全滿足了對路基的設(shè)計(jì)要求，路基處理十分成功。

（2）拋石擠淤法作為一種處理表層一定厚度的淤泥還是有其獨(dú)特的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，也是有一定的發(fā)展前景的。

（3）為了保證擠淤的良好效果，拋填石料的塊徑應(yīng)控制在30～45 cm 以上，并保證大直徑的塊石含量在60%以上。

[1] 李 平，陳利群． 拋石擠淤在軟土地基處理中的應(yīng)用［J］.湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2009， 31(2): 103- 106．

[2] 胡永安，孫立宏． 拋石擠淤地基處理法在飽和淤泥基礎(chǔ)中的應(yīng)用［J］. 陜西水利， 2010， 5(4): 65- 66．

[3] 趙明華． 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程［M］．武漢: 武漢理工大學(xué)出版社，2005．

[4] 周 勝，張 巍，李 平. 拋石擠淤在軟土地基加強(qiáng)處理中的應(yīng)用[J].山西建筑 2007,33(28):118-119.