海涂围垦工程中悬挂式爆＊破挤淤基础处理技术探讨

王文杰,赵微人,郭加根

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;

2.杭州市水利水电勘测设计院 萧山分院,浙江杭州 311201)

浙江省东南沿海海床底质基本上为软土,其厚度一般达15～40m,软土地基最为鲜明的特点是：灵敏度高,含水量大,承载力低,因此,在这类地基上进行工程建设首先必须对地基进行处理。就围涂工程而言,基础处理通常采用的方法有塑料排水板和爆破挤淤。塑料排水板造价较低,目前施工技术也比较成熟,不论软土层厚薄均可实施,其缺点是施工工期长,工后沉降大;爆破挤淤由于采用抛石充填料置换软土,所需石方量较大,因此,工程造价较塑料排水板而言要高一些,但其明显的优势是施工进度快,工后沉降小。正因为两种方法各有其优缺点,我省沿海围涂工程地基处理中两种方法都有采用。总体而言,塑料排水板应用较为广泛,但爆破挤淤技术应用实例也越来越多,如温州、舟山等地均在应用。软土地基爆破挤淤基础处理一般分落底式和悬挂式两种,所谓落底式系指爆破后被置换的爆填石料底高程达到持力层,如粉质粘土,砂质粉土或砂砾石层等,这种断面设计技术目前已经比较成熟,通常软土层厚度不大(如15～20 m)的区域均可采用落底式;而悬挂式则不同,由于软土层深厚(一般达20～40 m),通常难以将其全部置换掉,如全部予以置换,不仅造价太高,就工程本身而言一般也没有必要。因此,为了进一步改进悬挂式爆破挤淤基础处理技术,尽可能减小工后沉降,有必要进行总结,供同行今后设计工作中参考。

1 问题的提出

对于落底式爆破挤淤基础处理而言,一般爆填堤心石的底高程(土石混合层)落在持力层之上,所谓持力层系指土层地质力学指标(粘距离C,摩擦角 φ)高,承载力好(一般达100 kPa以上),因此,坝体的工后沉降小(一般几厘米);而悬挂式爆破挤淤基础处理由于软土层深厚,爆填堤心石底高程不能落到持力层之上,而是“悬浮”于软土之中,由于软土地基的土体力学性质差,含水量高,承载力低,因此,如果爆填堤心石断面设计不合理,坝体产生的沉降可能会比想象的要大的多,给后期堤顶预留超高值的确定带来很大的困难,须引起高度重视。本文拟通过工程实例加以阐述并提出改进的措施。

2 工程简介

杨文围涂工程(分东、西围区,本文仅涉及东围区)位于浙江省温州市洞头县洞头岛东北的屿仔岛与内瑾、屿仔岛与柴岙之间,界于 27°51′07″～27°51′40″N,121°09′28″～ 121°10′20″E之间。围涂的北侧为洞头岛与三盘岛之间的水道,南侧为洞头岛陆域,东侧为洞头客运码头(水桶擂码头),参见图1。

图1 杨文围涂工程位置图Fig.1 The location of Yangwen reclamation engineering

2.1 自然条件

杨文围涂工程东围区的涂面稍陡,东西向长1 000m左右,涂面高程在-1.7～0.5m(假定基面,下同)之间,平均为-0.84m,平均坡度为1：180。

洞头附近海区的潮汐属正规半日潮。根据洞头潮位站1985—2002年实测资料统计,最高高潮位5.27 m(发生在1994年9417号台风期间),多年平均高潮位3.03m;最低低潮位-2.72 m,多年平均低潮位-1.08 m(1990年);多年平均潮位0.97 m;最大潮差6.77 m(1996年),最小潮差1.13 m(1987年),平均潮差4.09m;平均涨潮历时6.17 h,平均落潮历时6.08 h。

工程区域多年平均风速4.8 m/s,最大风速34.0 m/s,最大风力12级以上,8级以上大风多年平均约31.6 d,6—8月盛行东南到西南风,11月—次年3月盛行北到东北风。

根据现有海图资料和邻近海洋测站资料分析,本工程主要受外海传入的波浪影响,因而采用波浪数学模型进行计算,堤前波要素如表1。

本工程围堤堤基软土层深厚,软土层底板标高在-25 m以下,如图2所示。因此,若采用爆破挤淤法进行基础处理,则只能采用悬挂式爆破挤淤。

表1 50年一遇堤前波要素汇总表Table1 Wavematrix elements of once in 50 year return wave in the front of seaw all

图2 工程地质典型剖面图(m)Fig.2 A typical profile of engineering geology(m)

2.2 围堤断面结构拟定

围堤为3级建筑物,按50 a一遇高潮位加50 a一遇风浪爬高(允许越浪)和安全加高进行设计。

1)堤顶高程确定

围堤堤顶高程同时满足同频率的潮位与波浪组合作用的要求,经计算得到围堤的堤顶高程堤9.3 m(挡浪墙高程)。

2)围堤地基处理

对于软土地基,基础处理一般不外乎两种方法：塑料排水板和爆破挤淤。由于本工程堤基面向东北向开阔海面,东北方向的波浪很大,加上涂面又较低,因此,塑料排水板施工难度较大,再加上施工工期较长,沉降也大,难以满足业主急于开发的要求;而爆破挤淤填石法进行地基处理,虽然一次性投资较排水板要大些(约10%左右),但由于施工进度快,工后沉降小,所以经综合比较推荐采用。根据堤身整体稳定要求,爆破填心石(混合过渡层)底高程为-26.5 m,底宽24.4m,坡比1∶0.8。具体断面结构如图3所示。

图3 围堤典型断面结构图(m)Fig.3 A typical diagram of an embankment cross-section(m)

2.3 存在的问题

本工程于2004年8月20日开工,2005年3月25日完成堤基爆炸挤淤填石。爆填堤心石完成后,经过物探单位对爆填堤心石部分勘查,土面以下部分爆破体断面形式基本与设计断面一致。经过一段时间的沉降观测,认为基本上也没有沉降产生(2～3个月仅几个mm)。于是,给我们认识上带来了误区：认为爆破处理的地基,其上部结构基本不会发生沉降。但为了确保挡浪墙高程不低于设计高程,决定在挡浪墙和堤顶路面施工中预留小量的沉降超高值,即10 cm。挡浪墙完工后,不断进行高程测量,发现沉降并无有收敛的迹象,经近1 a左右时间,非但把预留部分全部沉完,还略低于原设计高程,这是始料未及的事情。围堤堤顶挡浪墙沉降观测成果如表2。从表可知,其最大沉降值较预留值大出近20 cm。为此,又对墙顶进行加高处理。

表2 堤顶挡浪墙沉降观测记录＊Table 2 Subsidence data observed at the top of dike w all

3 结 语

对于悬挂式爆破挤淤基础处理技术,目前还处于摸索阶段,本文通过工程实践认识到工后沉降问题不容忽视。在不增加工程量的前提下,爆填堤心石部分的断面结构应尽量考虑采用“矮胖”型断面,即加大腰宽,减小落底深度,可以有效降低堤顶工后沉降。除此以外,笔者认为,对于悬挂式爆破挤淤基础处理,其上部结构的水平外移和结构倾斜问题也必须引起重视,加强原位观测工作,以防患于未然。

[1] 杨岸英.爆破挤淤法填筑海堤[J].辽宁师专学报：自然科学版,2003,5(4)：91-93.

[2] 吴建星,梅甫定.水下爆破挤淤处理软基技术[J].武汉科技大学学报：自然科学版,2007,5：27.