某围填海项目护岸地基处理方案研究

◎ 沈学明 中铁第四勘察设计院集团有限公司

1.概述

某围填海工程项目位于旅游景区附近，填海形成陆域面积35.55万m，防波堤护岸总建设规模为2096.7m，护岸顶高程6.0m，陆域形成设计标高为+5.0m（高程系统为当地理论最低潮面）。防波堤堤身结构为抛填1～500kg开山石，外坡坡比1:1.5，抛设3t扭王字块体护面，内坡坡比1:1，内坡设二片石倒滤层，坡比为1:1.5，铺设一层土工布。防波堤护岸结构坐落在深厚软土层上。

根据地质勘察资料显示：该区海水水深在2～3m，区域表层覆盖较厚软弱土层（1-1层淤泥层，流塑状），层厚在4m～7m，平均厚度约为6m，淤泥抗剪强度2.4kpa，其工程性能极差，不能作为护岸天然浅基础使用。

2.护岸地基处理方案

为了减少建成后护岸沉降，需要对该层护岸范围内的软弱土层全部进行换填。换填区域如上图阴影部分所示。本工程共提出两个地基换填处理方案进行了比较：

2.1 方案一：爆破挤淤

爆破挤淤处理加固地基的基本原理是在回填面前端一定位置的淤泥内埋置药包，药包爆炸将淤泥向四周挤出并向上抛掷形成爆坑，回填面前端抛石体在爆炸空腔负压和重力作用下定向滑移落入爆坑并形成石舌，瞬时实现泥石置换。在每次爆破前后，都要进行堤身断面测量，并对堤内外侧进行挖泥并补抛基础块石，对水下平台不足的部分补抛大块石，平整坡面，挖除多余的石料。然后抛填护底石和进行护面施工，完成堤身回填。

图1 防波堤护岸断面图

图2 工程地质剖面图

表1 岩土物理力学参数一览表

参考《水运工程地基设计规范》（JTS 147-2017），在淤泥层厚度为4m～25m之间时，可采用爆破挤淤法进行地基换填。拟建工程区域淤泥层厚度在7m左右，具有含水量大，高压缩性、强度低、透水性差等不良工程地质性质，符合爆破挤淤的使用条件。

根据堤身宽度，挤淤厚度计算爆破挤淤装药量，计算公式如下：

式中：

q’—线布药量，单位（kg/m），即单位部药长度上分布的药量；

q—炸药单耗，单位（kg），即爆除单位体积淤泥所需的药量，按表2选取；

表2 炸药单耗值（kg/m3）

L—爆破挤淤一次推进的水平距离，单位（m），按表3选取；

表3 爆破排淤填石一次推进的水平距离

H—淤泥厚度，单位（m）；

H— 置换淤泥厚度，单位（m）；

γ—水重度，单位（kN/m3）；

γ—淤泥重度，单位（k N/m）；

H—覆盖水深，单位（m）；

Q —次爆破挤淤药量，单位（kg）；

图3 爆破挤淤示意图

图4 警戒线设置平面图

L—爆破挤淤的一次布药线长度，单位（m）。

经计算，线布药量q’为20kg/m，一次爆破挤淤药量Q为400kg。

根据水运工程爆破技术规范（JTS 204-2008），在水深小于30m的水域内，炸药量为400kg时进行水下爆破，水中冲击波对人员安全允许距离为1400m，对客船安全允许距离为1500m，对施工船舶安全允许距离为150m；爆破个别飞散物对人员的安全允许距离为400m。因此，在实施爆破挤淤时，需要对附近人员及船舶进行疏散，并需在相应位置设置警戒线。

2.2 方案二：抛石挤淤+强夯

抛石挤淤是指用块石或片石投入软土中，将淤泥挤出，以提高地基强度的措施。此方法一般适用于淤泥层厚度不超过4m，且表壳无硬壳层的流塑状饱和淤泥或淤泥质土的处理。对于超过5m以上的深厚淤泥，需采用强夯等措施，才可使换填物下沉到下层较硬的持力层。

本工程勘察地质资料显示表层淤泥层为流塑状淤泥，淤泥抗剪强度为2.3kpa。满足抛石挤淤的条件，可采用整式压载挤淤方式进行，但工程区域软土层厚度达到了7m，还需配合强夯加速挤淤进程，加强挤淤效果。

根据土体极限平衡理论，填筑体下沉深度D和厚度H的关系如下：

图5 整式压载挤淤计算假设示意图

式中：

C—淤泥的抗剪强度，单位（kPa）；

γ—淤泥的重度（本项目淤泥层全部在水下，取浮重度），单位（kN/m）；

γ—填筑体的重度（本项目块石部分在水上，部分在水下，取水上、水下加权重度），单位（kN/m）；

t—淤泥层厚度，单位（m）；

H—计算所得出抛填体总厚度，单位（m）；

B—填筑体的宽度，单位（m）。

经计算，抛填体计算总厚度H为13m，本工程设计回填高程5.0m，淤泥面高程-0.5m，淤泥底面高程-7m，实际抛填体厚度约12m，与计算结果相差1m。为了确保填筑体能下沉到下层较硬持力层上，需要辅以强夯措施。根据《水运工程地基设计规范》（JTS 147-2017），强夯加固深度计算公式为：

式中：

H—强夯的有效加固深度，单位（m）；

α—经验系数，一般采用0.4～0.7；

M—锤重，单位（t）；

h—落距，单位（m）。

经计算，当采用20 t夯锤，落距10m，夯击能2500KN·m，强夯加固深度可达到8m。本项目淤泥层处理最大厚度为7m，满足设计要求。

3.整体稳定计算

两种地基处理方式所形成的防波堤断面结果相同，护岸整体稳定计算采用河海大学Auto Bank 7.41水工设计软件计算。护岸作用荷载包括结构自重、施工期荷载、填土压力，以上荷载按承载能力极限状态和正常使用极限状态并结合相应的设计状况进行组合。填土完工后使用期极端低水位时护岸整体稳定等计算结果见图6。

图6 使用期填土后极端低水位计算结果示意图

使用期极端低水位时护岸整体稳定抗力分项系数为1.24，整体稳定满足规范要求。

4.方案比选

虽然方案一和方案二地基处理方式均能达到换填目的，但方案一需要进行爆破处理，而本工程处于旅游景区，爆破时需要在1500m外设置警戒线，否则爆破产生的冲击波会危及到附近客船和游客，严重影响旅游业发展，且爆破施工技术难度大，炸药使用审批困难；而方案二采用抛石挤淤配合强夯换填软土层，此方案简单易实施，且对景区影响范围小，施工安全更易控制。因此，本文地基处理方案推荐方案二，即采用抛石挤淤结合强夯的方式进行换填。

5.结论

本文结合工程实例，通过分析工程区域环境特点，提出了有效的实施方案。计算确定本工程淤泥层换填厚度在7m范围内时，可以通过抛石挤淤配合强夯实现，不用进行爆破挤淤处理，对该地质条件下其他拟建工程具有借鉴意义。