深厚淤泥爆炸挤淤堤的稳定性分析

摘要：在软土上修建大型工程，地基处理是一项必需的措施。爆炸挤淤填石法具有施工快速、造价低、处理效果好等优势。文章以福州港可门作业区4#、5#泊位围堤基础软基处理为例，对深厚淤泥爆炸挤淤堤的稳定性进行了分析。

关键词：深厚淤泥；爆炸挤淤堤；海岸工程

中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0086-02

随着社会经济的发展，沿海一带修建大型码头和防波堤等海岸工程设施的数量日益增多，而这一带广泛分布着深厚淤泥等软土，在软土上修建大型工程，地基处理是一项必需的措施。爆炸挤淤填石法因其施工快速、造价低、处理效果好等优势，已得到了广泛应用。

“爆炸挤淤法”虽在一般厚度（厚度通常小于15m）的淤泥等软土地基处理中得到了成功应用，相应的处理机理与技术工艺也得到了一定的认识。但对于深厚软土，该项技术仍存在许多问题，具体表现在：许多工程的深层软土难以完全置换，即存在泥石混合层，或仍存在一定深度的未置换软土层，对围堤稳定性造成一定影响。本文依托福州港可门作业区4#、5#泊位软基处理工程中的北围堤（此围堤为海侧围堤），对深厚淤泥爆炸挤淤堤的稳定性进行了分析。

1 工程概况

1.1 地理与海况

福州港可门作业区4#、5#泊位围堤工程位于福建省福州市连江县境内罗源湾的南岸，具于下宫乡境内，面海背山，其南面为山区，西面紧邻门前屿、圆屿、长屿三个岛屿，北面和东面均为罗源湾海域。

根据自然条件、地质条件的特点，本工程北围堤采用斜坡堤的结构型式。淤泥层深厚，考虑到工程施工进度及经济性，围堤采用爆炸挤淤填石法处理。北围堤为海侧围堤，东西围堤为接岸围堤。北围堤长667m，为永久性围堤，桩号从K0+840～K1+504。

正常设计高水位：3.14m；设计低水位：-3.21m；极端高水位：4.65m；极端低水位：-4.31m。

1.2 地质条件

岩土工程勘察报告揭示，该围堤地层地质状况较差，地基土淤泥层深厚，从泥面开始淤泥层厚度达20～30m，土质较差，对围堤稳定性影响较大。北围堤的地层状况为（以泥面为深度零点）：（1）0～3m，淤泥混砂，灰黄色；（2）3～30m，淤泥，深灰色；（3）30～39m，粉质粘土，黄褐色，上部夹少量砂土；（4）39m以上，粉质粘土，夹碎石。

1.3 北围堤典型断面形式

图1 北围堤典型断面形式

2 爆炸挤淤原理

爆炸挤淤填石的方法是在抛石体外缘一定距离和深度的淤泥质软基中埋放炸药包群、起爆瞬间产生的巨大压力在淤泥中形成空腔，将淤泥破坏挤出去。当空腔继续扩大到一定范围，靠水面薄弱处，能量释放出去，同时抛石体借助自身重力，在受到震动后滑入空腔形成新的石舌，达到置换淤泥的目的。通过多次堤头推进爆破，第一次爆破位置的堤心石才能在多次的爆破中不断下沉，最后达到设计要求的堤心石基础底标高，完成石头置换淤泥处理软土地基的目的。纵向爆破一段距离后，在堤身两侧进行爆破填石可使围堤达到设计断面要求。

随爆炸参数、淤泥厚度及淤泥性质而异，这种“抛填-定向滑移下沉”过程将出现多次，直到抛石体接近下部硬土层为止。重复进行上述“抛填-定向滑移下沉”循环施工作业直至达到全堤设计要求。

因爆炸挤淤填石法在形成堤身断面的过程中，经过数十次上百次爆破震动，堤身的密实度较一般抛石堤密实

得多。

3 稳定性分析

影响围堤稳定程度的因素较多，且各因素影响程度也不同。这些因素大致可分为三类，即围堤本身填料与几何性质、地质因素和海况。

3.1 爆炸挤淤置换效果

对于深厚淤泥层，由于受施工条件限制，淤泥填石的置换首先从围堤上部开始，下部淤泥的置换是由上部填石滑入后形成的，所以上部置换率往往高于下部，这就造成了围堤上部几乎全部由填石所置换，下部可能为完全置换的泥石混合层和未得到任何置换的纯淤泥层。不同置换效果的围堤稳定性不同，为研究围堤置换效果对稳定性的影响，对围堤置换形式进行归类，分为4种形式：（1）围堤完全置换；（2）围堤下部为完全置换，上部为完全置换的填石，下部为泥石混合层；（3）围堤下部存在泥石混合层和淤泥层；（4）围堤下部完全没有得到置换。

采用钻探的方法查明福州港可门作业区4#、5#泊位围堤工程置换完毕后的置换效果，底层钻探资料揭示，从堤顶往下底层状况分别为：（1）填石：松散-稍密，深度从堤顶至泥面以下23～29m，填料主要由中风化-微风化花岗岩和辉绿岩的块石、碎石组成，块石和碎石间隙由角砾、粘性土和砂充填。爆炸挤淤堆填而成；（2）泥石混合层，由块石、碎石、角砾、粘性土和淤泥共同组成，厚度在0～6.0m之间；（3）粘土层，黄褐色，上部夹少量砂土。

通过分析，该工程基本属于置换形式（1）和（2），置换形式（2）中泥石混合层厚度大小不等，最大可达6.0m。

3.2 围堤失稳模式

深厚淤泥爆炸挤淤围堤，在不同置换形式下，失稳模式不同。结合围堤的设计和施工以及底层情况、堤心石的置换形式，探讨围堤可能存在的失稳模式。

3.2.1 滑移破坏，如围堤内侧开山石和吹填砂的高度过大，则围堤可在内侧填土的土压力作用下发生滑移破坏，滑移破坏面为与外侧泥面等高的一水平面。

3.2.2 局部滑动，该种失稳模式可存在两种情况，一是滑动面只经过围堤内部，二是同时经过围堤内部和周边土体，前者称为局部滑动I，后者称为局部滑动II。

3.2.3 整体滑动，围堤在内侧土压力作用下，若围堤下部或堤底土体强度较低，可沿堤底发生整体圆弧滑动破坏。

3.2.4 倾覆破坏，泥面以上的围堤发生倾覆破坏。

3.2.5 地基承载力不足，如果围堤底部土体性质较差，或围堤横断面尺寸过小，围堤填土高度过大，可能因地基承载力不足，而发生冲剪破坏等，围堤进而产生较大的沉降和侧向变形。

3.3 安全稳定性评价

根据安全系数评价方法，对各围堤进行评价：

围堤抗滑移破坏的安全系数：

局部滑动稳定安全系数：

整体滑动稳定安全系数：

抗倾覆滑动稳定安全系数：

地基承载力计算公式：

北围堤外侧泥面以上填石坡角分别为11°，经计算，围堤的局部抗滑动安全系数分别为4.3，因此，北围堤局部抗滑均判别为稳定状态。

围堤以下淤泥未完全置换时对于围堤局部滑动没有影响。

安全系数法评价结果，除断面K0+940处于较不稳定状态，K1+050、K1+252、K1+499三个断面处于基本稳定状态，其余各断面处于稳定状态。

在工程施工中，沿围堤中心线处每隔一定距离布设沉降位移观测点，布设间距均为50m，北围堤共布设14个监测点，西围堤共布设18个监测点，监测围堤沉降位移。根据自沉降量法评价，围堤稳定结果与安全系数法分析

相同。

3.4 其他因素对围堤稳定性的影响

3.4.1 护底块石对稳定性的影响。实际上在设计施工时，在坡角处设置了长15m、厚2m或长8m、厚1m的护底块石层。该护底块石层的设置可有效防止堤角冲刷侵蚀作用，对于提高围堤整体滑动稳定性也能起到一定作用。

3.4.2 极端海况对围堤稳定性的影响。在极端海况下，作用在围堤和胸墙上的波浪力加大，潮流速度提高，威胁到围堤的稳定性。

对于福州港可门作业区围堤工程，围堤内侧的填土高度高于外侧，形成了由内向外的土压力，极端海况下，波浪力作用在围堤的外侧，能够平衡一部分土压力，加之波浪力一般要小于同高度的土压力，故波浪力的作用对于围堤的稳定性无不良影响。

4 结语

根据围堤置换形式，围堤的失稳模式，通过安全系数法和自沉降量法对围堤的稳定性进行了分析。爆炸挤淤完成后，增加下部淤泥混合层的固结，围堤的稳定性有助于提高。在围堤设置足够厚度和长度的护底块石层，也有助于提高围堤的整体稳定性。

作者简介：周芝（1985—），女，湖南邵阳人，中交三航局厦门分公司助理工程师，研究方向：工程管理。