引堤工程中地基处理方案的设计优化及总结

陈波，周鑫强

摘 要：引堤工程中地基处理的方法很多，选定合理的地基处理方案对工程造价影响巨大。结合印尼爪哇7号燃煤电厂配套码头及取排水设施工程，通过多方案比选，最终运用开挖及推填块石挤淤结合强夯的方案对引堤的地基进行处理，缩短了工期，节省了造价，通过施工后的钻孔检测及沉降位移观测数据分析，对于软土层厚度约10m的引堤工程，部分开挖后对留下的不超过4m厚的淤泥层进行挤淤是可行的，通过强夯既可以使块石落底，减少堤底存留淤泥，又可以密实回填的块石，减少工后沉降，取得了良好的效果。推填块石挤淤施工中应及时清除挤出的淤泥包，最后再理坡形成断面，并要求挤淤块石应级配良好，对设计方案及施工方法进行分析总结。

关键词：引堤;开挖;推填挤淤;强夯

中图分类号：U674.18          文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）11-0069-03

地基处理方法的选定，应考虑土质条件及加载方式、建筑物类型及适应变形能力、施工条件、材料来源和处理费用等众多因素，必要时可联合应用多种地基处理方法，水运工程常用的地基处理方法有换填法、爆破法、排水固结法、强夯法、砂桩法、水泥搅拌桩法等，这些方法有各自的适用范围，根据水运工程地基设计规范，换填法一般适用于不大于4m的软土[1]。一般情况下，利用填筑体自身的重力置换4m以内的淤泥是可行的，但若淤泥厚度超过4m，填筑体一般无法接底，使堤体成为悬浮式结构，不利于堤身稳定，因此，必须根据残留淤泥的厚度及埋深等情况，采用强夯、反压护脚或部分清淤等方法对抛石区进行处理，以加强堤身安全，降低工后沉降。

1 工程概况

印尼爪哇7号燃煤发电工程是响应“一带一路”合作倡议的投资项目，新建机组是目前印尼单机容量最大的機组，配套码头及取排水设施工程为电厂配套项目，建设规模为2个14000DWT卸煤泊位、2个4000HP拖轮泊位、1个1000DWT重件泊位、一座1431m长的输煤栈桥、一座2268m长的输煤引堤（兼做隔热堤）及相应的取排水设施。

本工程位于西爪哇岛西北角的万丹湾，处于爪哇海与巽他海峡的交汇处，设计平均水位标高约0m，引堤段地形标高约在0m～-5m之间。依据水深不同，将引堤划分为两个区：深水区标高约-3m～-5m;浅水区标高约0m～-3m。深水区引堤先挖除部分淤泥，开挖边坡为1：3，采用推填块石挤淤的地基处理方式，挤淤块石的厚度为3.0m～4.0m，推填块石挤淤后紧接着进行强夯处理，单点夯击能量为2000kN.m～4000kN.m。引堤为斜坡堤结构，采用陆上推填1～500kg堤心石，设计顶高程2.0m，堤顶净宽8.9m，北侧采用700～800kg护面块石，南侧采用200～300kg护面块石，顶部两侧现浇挡浪墙，引堤面设置有路面结构和管带机圈梁基础，圈梁基础横梁高0.6m，设置有3根联系纵梁，纵梁高0.4m，引堤深水区典型断面图见图1。浅水区引堤地基处理与深水区相同，上部结构采用陆上推填1～500kg堤心石，里段采用100～200kg护面块石，两侧现浇挡浪墙，挡浪墙顶高程为3.0（2.5）m，引堤过渡段北侧采用300～400kg护面块石，南侧采用200～300kg护面块石，两侧现浇挡浪墙，引堤浅水区典型断面图见图2。

2 地基处理方式的优化设计

2.1地质条件

依据地质勘察报告，工程场地复杂程度等级为二级（中等复杂场地），地基复杂程度等级为一级（复杂地基），主要岩土层有：全新世海陆交互相沉积层（Q4mc）、上更新统（Q3al+pl）冲洪积层及火成岩层[2]。本工程引堤处淤泥、淤泥质土层具有压缩性大、强度低、承载力低等不良工程特性，需要经过加固处理方能满足引堤使用要求，平均厚度约10m，下卧土层主要为粘土～粉质粘土层和砂层，岩层埋深较深。

引堤处主要土层物理力学指标统计表见表1。

2.2方案比选

2.2.1方案比选

依据地质情况分析，若全断面采用开挖换填块石的方案，肯定能满足稳定和工后沉降的需求，但此时工程费用已不再经济，可先挖除一部分淤泥，使剩余淤泥不超过4m厚，再进行推填块石挤淤，在利用石料自重进行初步挤淤后，此时再采用强夯的方法进行叠加处理，即在推填块石挤淤和整平碾压后，采用点夯，对置换的堤芯块石进行强夯，在压缩、密实堤芯块石的同时排开淤泥，使块石穿透淤泥层落底，起到挤密、提高地基承载力的作用。

在项目的初步设计阶段，对引堤的设计方案进行了多方案比选[3]，各结构方案优缺点分析详见下表2。

上述结构方案均能满足引堤的使用要求，从引堤结构的后期沉降、造价及施工方面综合比较分析，开挖推填块石挤淤方案具有使用船机设备少、施工速度快、后期沉降量小、工程造价低等优点，因此引堤结构推荐开挖推填块石挤淤方案。

2.2.2推荐方案

在水运工程中，推填块石挤淤用于处理淤泥厚度小于4m的地基是比较常见的。但是如本工程这样长距离推填块石挤淤处理深厚的软土地基的设计和施工在印尼水运工程中尚属首例。

（1）堆载高度确定。挤淤深度一般按抛石层底的压力和软土层的地基承载力相平衡的原理进行计算，但这种方法计算较繁琐，计算结果也不够精确。本工程采用地基处理手册[4]推荐的压载法计算公式：

（1）

式中： 为淤泥十字板抗剪强度（kPa）;  分别为淤泥及换填堆石密度（10-3 kg/m3）;B为换填体的宽度（m）;D为换填体在淤泥中下沉深度（m）。

换填体高出淤泥面的高度：

（2）

经计算抛石挤淤的堆载高度为+2.0m。

（2）强夯。在利用堤芯块石自重进行初步挤淤后，此时采用强夯的方法进行叠加处理，单点夯击能量为2000kN.m ～4000kN.m，第一遍夯点与第二遍夯点均按正方形布置，夯点间距5m，单点夯击10击，满夯1遍，单击夯击能量为1000kN.m，每点3击，夯印搭接1/4。实际夯点击数及夯点间距应按试夯所得夯击击数和夯沉量关系曲线确定，同时满足以下条件：①单击夯击能<4000kN.m时，最后两击平均夯沉量不大于50mm，单击夯击能为4000kN.m时，最后两击平均夯沉量要求不大于100mm;②夯坑周围地面不应发生过大的隆起;③不因夯坑过深而发生起锤困难。

为保证施工顺利进行，加强处理效果，强夯施工前须进行现场强夯工艺试验以检验设计参数和处理效果，确定最佳夯击能量、强夯工艺及控制标准，指导全场的设计和施工。试夯范围：单块试验区长度50m，试夯夯锤底面积为5m2，锤重约20～26t，落距约为15m～20m，视单击夯沉量确定适宜的夯击数和遍夯间歇时间等参数。试夯结束后，间隔两个星期进行检测，以检验强夯加固效果和加固深度。试夯效果检测采用现场载荷板试验，载荷板试验在交工面进行，载荷板尺寸1.5mx1.5m，每个试验区布置1个试验点，要求处理后回填层的承载力容许值不小于200kPa。

（3）施工要求。推填块石挤淤总体由陆侧向海侧推进，挤出淤泥、施工呈条带状，施工中挤出的淤泥将对已处理区域形成反压作用，减弱后续区域挤淤效果，因此，严防回填料把拱起的淤泥包裹形成淤泥包，造成回填层的不均匀，应及时清除挤出的淤泥包。

在施工中，为使挤淤达到设计深度，應尽可能快速、连续、全断面推填堆高块石挤淤体，最后再理坡形成断面，并要求堤芯块石应级配良好，本项目堤芯石具有良好的级配，10kg以下的块石含量和含泥、砂量均小于10%，堤芯石最大重量不大于500Kg。

3 地基处理效果

3.1钻孔检测

引堤整体稳定性的需要，推填块石挤淤应处理至软土层底部。通过钻孔检测来查明块石的落底情况，主要是通过钻探查明岩土（抛石体、混合层）分布，依据施工勘察报告，引堤施工完成后地基土从上至下划分为以下土层：①-2层抛石体、混合层，成分主要为玄武岩块石，少量碎屑及砂填充，块石粒径大于200mm，堆积年限0.5～1.0年，抛石体岩性成分为玄武岩，抗风化能力较强，边坡较稳定;抛石体的下卧土层为②-3层粉质粘土和②-4层细砂[5]。抛石体均落底，满足设计要求。

为确定地基处理加固效果，强夯施工结束后，进行了现场施工质量检测。检测手段主要为现场载荷板试验，尺寸1.5mx1.5m，检测点布置原则为每400m布置1个载荷板试验点。依据试验检测报告，处理后引堤地基承载力特征值不小于200kPa，满足设计要求。

3.2沉降位移观测

观测工后沉降是检验地基处理效果的一个有效方法，因此堤身填筑完成后，选择若干个观测断面埋设沉降观测点进行工后沉降观测，依据引堤水工建筑物位移观测记录，引堤大部分最后100d的沉降速率小于0.04mm/d[6]，依据规范判断沉降已经达到基本稳定状态，工后沉降较小。

4 结语

（1）对于软土层厚度约10m的引堤工程，开挖后对留下的不超过4m厚的淤泥层，采用推填块石挤淤结合强夯的地基处理方案，通过本项目的钻孔检测及工后沉降位移观测数据分析，块石落底情况良好，工可沉降较小已经达到基本稳定状态，方案可行并且是比较经济。

（2）开挖推填块石挤淤后，通过强夯既可以使块石落底，减少堤底存留淤泥，又可以密实回填的块石，减少工后沉降，具体的夯击能量可通过现场试夯确定。

（3）推填块石挤淤总体由陆侧向海侧推进，应尽可能快速、连续、全断面推填堆高块石挤淤体，施工中应及时清除挤出的淤泥包，最后再理坡形成断面，并且挤淤块石要求应级配良好。

参考文献：

[1] JTS147-2017，水运工程地基设计规范[S].

[2] 中交第四航务工程勘察设计院有限公司.神华国华印尼爪哇7号2×1050MW燃煤发电工程岩土工程勘察报告（初步设计、施工图设计阶段）[R].广州：中交第四航务工程勘察设计院有限公司，2016年10月.

[3] 中交第四航务工程勘察设计院有限公司.神华国华印尼爪哇7号2×1050MW燃煤发电工程配套码头工程初步设计[R].广州：中交第四航务工程勘察设计院有限公司，2016年10月.

[4] 龚晓南. 地基处理手册[M].第三版. 北京： 中国建筑工业出版社， 2008.

[5] 核工业金华工程勘察院.神华国华印尼爪哇7号2×1050MW燃煤发电工程配套码头工程及取排水设施工程（引堤）施工勘察报告[R]，核工业金华工程勘察院，2018.4.27.

[6] JGJ8-2016，建筑变形测量规范[S].