悬浮式整体抛石挤淤法在水利工程中的应用

沈 建

（江苏文天水利规划设计研究院有限公司，南京 210000）

0 前 言

抛石挤淤法是向灵敏度高的流塑状淤泥表面集中抛填大量土石料，利用自重挤开淤泥，强行置换地基中饱和软土的地基处理法。

抛石挤淤法通常用于厚度4m 以下，且挖除表层硬壳后具有触变性的流状饱和淤泥或淤泥质土的处理。抛石挤淤法可分为整体压载挤淤和散式挤淤二种挤淤方法。

整式压载挤淤的填筑体一起沉入淤泥中，除淤泥的交界面外，填筑体内部不混有淤泥。整体压载挤淤的形式有接底式和悬浮式等，整体挤淤结构整体性好，承载力高，又以接底式稳定性更好。在淤泥较薄的情况下，应尽可能使填筑体挤至层底硬土层面上。在上部荷载较小且沉降方面的要求不高的情况下，悬浮式结构的应用也较广泛[1]。

1 工程概况

政和县七星溪（外屯段）安全生态水系建设项目位于政和县外屯乡，项目涉及范围为七星溪及其支流湖屯溪、古元溪，河道总长度 13.911km。本项目区生态护岸位于洋屯段以及下游生态休闲段，其中下游生态休闲段河道中心线桩号Q10+654~Q12+435，起于8#滚水坝，止于蛙岩，新建生态防洪堤2347m，其中左岸长1984m，右岸长363m。

2 工程区地质条件

根据地质勘察钻探资料揭露，区内主要岩土层情况如下：

2.1 人工填筑层

1）素填土: 褐色、褐黄色，稍湿，松散，主要由粉质黏土、粉细砂等组成，有机质含量较高，局部夹有植物根系，厚度为0.6m 左右，该层主要分布河床岸坡上农田中，为新近人工填土，分布不均，差异性较大。

2.2 冲洪积层

1）-1 粉细砂：黄褐色、褐色，松散状，饱和，粒径小于0.075mm 含量80%，局部夹有少量的卵石，含泥量较高，该层揭露厚度1.5~6.2m，厚度差异性较大。

2）-2 淤泥质粉土：灰色、深灰色，饱和，流速-软塑，干强度一般，韧性一般切面光滑，局部含较多粉砂，含少量有机质，有臭味。标贯为1~2 击，力学性能较差，压缩性较高。该层沿线均有分布，厚度2.6~16.4m，厚度差异性较大，分布不均。

3）-3 中粗砂：褐色、灰褐色，稍密，饱和，局部位置夹有少量分粉砂，钻孔揭露厚度0.6~5.2m，分布不均。

4）-4 砂卵石：杂色、灰色，最大卵石粒径达10cm，重力触探击数11~14 击/10cm，未钻穿。

3 基础处理方式及要求

新建生态护岸的基础均处于淤泥质粉土层，根据地质勘察成果，该层承载力特征值为60kPa，达不到设计要求，且淤泥质粉土层厚度较厚，采用换填及桩基础的处理方式均不具备可行性。经多方面比选后，决定采用抛石挤淤方案进行地基加强处理，以提高地基承载力。同时为减小基础沉降对新建护岸产生的影响，新建护岸采用格宾石笼柔性挡墙结构。

4 新建护岸结构断面型式

本工程结合项目区具体情况，下游生态休闲段河道左岸新建生态护岸采用生态格网挡墙复合式堤坊的断面形式。下部采用抛石抛至常水位以上1m，抛石顶宽3.5m，坡比1:1.5，抛石粒径≥0.5m，面层理砌。抛石面以上采用五绞网 垫， 尺 寸 为 厚2000mm×2000mm×400mm，以上采用生态格网挡墙，分为两层，下层尺寸为2000mm×1500mm×1000mm， 上 层 尺 寸 为2000mm×1000mm×1000mm，网垫及挡墙后设置与砂碎石反虑层，厚300mm，并设置一层反滤土工布（400g/m²）。挡墙以上采用三维网垫草皮护坡至防洪堤堤顶，坡比1:2，堤顶设置3.5m 宽亲水步道。

新建生态护岸典型断面见图1。

图1 新建生态护岸典型断面图

5 稳定计算

5.1 计算方法

生态护岸挡墙稳定计算采用北京理正设计研究所《理正挡土墙设计软件》进行计算。根据《堤防工程设计规范》和《水工挡土墙设计规范》的要求，本工程护岸挡墙按5 级水工建筑物标准控制，在基本荷载组合条件下抗滑和抗倾覆稳定安全系数不应<1.20，在特殊荷载组合条件下抗滑稳定安全系数不应小于1.05。

5.2 计算工况

生态格网挡墙高度为2.4m，选取挡墙高度2.4m作为典型计算断面。计算工况选取3 种工况：即①设计水位工况；②不利中水位工况；③完建情况。

5.3 计算参数

生态护岸挡墙岩土层主要计算参数见表1。生态格网挡墙墙体容重g=18kN/m3，墙背填土容重g±=16kN/m3；墙背回填土的等效内摩擦角φ=35°，土体与墙背间的摩擦角δ=φ/2；挡墙基底坐落在抛石上，摩擦系数采用f=0.4，地基承载力取320kPa。

表1 岩土层主要计算参数

5.4 计算结果

经计算，生态护岸挡墙在各工况下的安全系数均大于规范允许值，满足规范要求。各工况稳定计算成果见表2。

表2 各工况稳定计算成果表

6 基础处理施工方法

本工程采用抛石挤淤法对河道淤泥质粉土软土地基进行处理，其基本原理就是在淤泥中抛入挤淤片块石填体。随着项目施工进度的不断进展，所抛块石逐渐下沉，不断挤压淤泥质基础，淤泥质基础因受到挤压产生对抛石块体的阻滑力和上托力，当该力与所抛石块体的自身下沉力相等时，抛石块体与其周围的淤泥质基础将处于相对平衡的状态，所抛石块亦不再下沉。抛石块体周围淤泥质基础中的超孔隙水压力随着时间的推移而逐渐排出，有效应力逐渐增大，淤泥质基础的结构强度也逐渐提高，承载能力逐渐增大，使抛石体形成悬浮在淤泥质基础中的稳定结构，进而形成新建生态护岸挡墙的基础平台。

关键施工要点如下：

抛石挤淤原材料片块石的强度应符合设计要求。

抛石之前，抛填范围应使用挖掘机进行清表，同时配以人工清理。对于地势低洼、不易清淤的坑塘，应修筑围堰进行抽水，优先清除杂草。

向基坑抛入不同粒径的片块石，小片石应充分填塞大片石的间隙，同时注意排除泥浆质和积水，并配以人工理砌。

达到一定抛填量后，用履带式推土机进行稳压，之后再次抛入一层片块石并进行稳压，按序重复至无明显沉降为止。

本次七星溪安全生态水系新建护岸挡墙采用格宾石笼柔性结构，以减少因基础不均匀沉降造成的挡墙破坏。为避免河道水流对抛石体造成冲刷，本次设计对抛石基础表面所抛块石进行人工理砌，厚度0.5m，增加抛石体的抗冲刷能力。

7 结 语

政和县七星溪安全生态水系工程施工期为半年，完工后已安全运行多年，所建护岸未发现明显的沉降变形、开裂等现象，项目区河道防洪功能完好，同时展现了良好的生态景观效果。实践证明，采用悬浮式整体抛石挤淤处理河道工程中深度较大的淤泥质基础，工期短、效果可靠。