CN113481963B - 一种基于动态设计的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法 - Google Patents

一种基于动态设计的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于动态设计的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法，本方案在前端设计环节采用修正后的极限平衡分析法公式可以较为准确地预判抛石层厚度及海堤断面形态，满足前期控制造价的需要，解决深厚淤泥条件下堤身抛石较难落底的问题；过程物探手段验证及动态设计复核调整，有利于保证海堤质量，便于工程计量及验收；本发明通过采用动态设计方法，检测验证方法以及施工协同实时方法三部分内容形成一个成套技术体系，大大提高了抛石挤於工程的效率与稳定性。

Description

一种基于动态设计的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工 方法
技术领域
本发明涉及水运工程建设技术领域，具体涉及一种在深厚淤泥基地上通过抛石挤於的方式形成永久海堤的技术方法。
背景技术
抛石挤淤是一种利用抛填块石的自重使下部软弱淤泥层遭受破坏后被强制挤出，从而达到置换淤泥效果的地基加固方式。通过这种处理方式可以快速提高地基承载能力、减少沉降量。并且由于其施工工艺简单，施工对周边环境影响小，在石料丰富的地区，是一种应用较广的地基处理方式。
但目前由于相关标准规范及文献对这种地基处理方式缺乏相应的技术规定，客观存在技术方案系统性不强、现场操作缺少指导、实施效果不可控的问题。同时，常规的抛石挤於深度一般为5m-7m，超过此深度抛石落底及形态则很难保证，因此在此基地上形成的海堤存在极端情况失稳的风险。
发明内容
针对现有抛石挤於施工方案在深厚(超过10m)淤泥基地上进行施工时无法保证工程质量的问题，本发明的目的在于提供一种基于动态设计的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法，本方案能够有效提高深厚淤泥条件下抛石挤淤这种地基处理方式的可控性，并有效保证工程质量，可很好地克服现有技术所存在的问题。
为了达到上述目的，本发明提供的基于动态设计的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法，包括：
(1)采用极限平衡分析法公式来确定抛石总厚度；所述极限平衡分析法公式如下：
Figure BDA0003156343840000011
式中：H为抛石总厚度，Cu为淤泥扰动后的十字板修正强度；
γS和γ分别为淤泥及抛石的容重；
B为抛石的填筑宽度；
D为抛石挤入淤泥中的深度，按照淤泥深度确定；
(2)根据预估抛石挤入淤泥中的深度D及堤顶宽度确定初始堤身两侧反压平台尺度；
(3)按照抛石的填筑宽度B尺度先陆推形成临时海堤断面；
(4)对临时海堤断面尺度进行物探检测初判挤淤状况；
(5)根据现场土方计量记录推算的断面方量对物探断面形态结果进行修正；
(6)根据修正后物探断面形态结果，重新复核堤身两侧平台尺度；
(7)根据复核结果重新确定的堤身两侧平台尺度，形成平台及最终断面。
进一步地，所述初始堤身两侧平台尺度根据预判挤於深度D及堤顶宽度按照边坡计算稳定安全系数大于规范允许值方式进行确定。
进一步地，根据计算稳定安全系数大于1.05及陆推高程高于平均水位的方式确定陆推分层高度。
进一步地，所述物探检测采用地质雷达法与海上高密度电法组合的方式。
进一步地，所述物探检测时，通过地质雷达法探测堤顶下面抛石分布，同时通过海上高密度法探测整个海堤横断面分布，并同构两者相互校准分析。
进一步地，所述施工方法采用两侧局部清淤或超载方法结合平台范围陆推挤淤方式形成平台及最终断面。
本发明提供的方案能够很好的解决抛石挤淤堤设计施工系统化不强的问题，且有效突破常规施工方案中抛石挤淤不大于5m～7m的限制，有效提高深厚淤泥条件下抛石挤淤这种地基处理方式的可操作性及实施效果的可控性，可有效保证工程质量，且便于工程计量及验收。
本发明提供的方案在前端设计环节采用修正后的极限平衡分析法公式实现准确地预判抛石层厚度及海堤断面形态，满足前期控制造价的需要，解决深厚淤泥条件下堤身抛石较难落底的问题；同时在施工过程中，配合物探手段验证及动态设计复核调整，有利于保证海堤质量，便于工程计量及验收。
本发明能够有效的形成深厚淤泥地基条件下抛石挤淤筑堤设计及施工的成套技术体系，使该类筑堤方式便于操作，前期造价预估及后期实施效果可控，对环境友好，具有很高的推广应用价值。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1是本发明实施中预估形式示例图；
图2是本发明实施中物探状态示例图；
图3是本发明实施中陆推挤淤示例图；
图4是本发明实施中物探成果解释图的示例图。
标记说明：
1.堤身、2.堤身两侧平台、3.挤於边界、4.泥下物探抛石端面、5.物探边界、6.淤泥包、7.钻孔。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
针对现有的抛石挤淤深度只能到达5m-7m，超过此深度抛石落底及形态则很难保证的技术问题，本发明针对于此技术问题提出了一种在超过10m的深厚淤泥地基上通过抛石挤於的方式形成永久海堤的施工方案，本方案可操作性强及实施效果佳，能够有效保证工程质量。
本发明给出的深厚淤泥基地抛石挤於的海堤施工方案，通过动态设计、检测验证以及施工控制之间的协同操作，有效实现在超过10m的深厚淤泥地基上通过抛石挤淤方式形成永久海堤，且能够保证工程质量。
本方案的实施流程如下：
S1：首先采用修正后的极限平衡分析法公式确定抛石总厚度。
这里所采用到的修正后的极限平衡分析法公式，详见下式。
Figure BDA0003156343840000031
式中：H为抛石总厚度(m)；另外根据H确定的抛石高程应大于设计堤顶高程2m以上，形成超载预压效果，满足最终断面稳定及沉降控制标准；
Cu为淤泥扰动后的十字板修正强度(KPa)；对于该Cu，作为优选方案，先根据地勘报告初步确定淤泥十字板强度，再根据不同土层性质按照0.5～0.9经验系数进行修正取用。
γs和γ分别为淤泥及抛石的容重(KN/m3)；在具体实现时，γs根据地勘报告确定，γ为经验参数。
B为抛石的填筑宽度(m)，B＝堤顶宽度+2m(且10≤B≤15m)；在具体实现时，该B根据建设标准及车辆通行道路宽度确定。
D为抛石挤入淤泥中的深度(m)，具体按照淤泥深度确定。
相对于现有极限平衡公式未考虑实际抛石挤淤过程中石料扰动土体造成土体抗剪指标会进一步降低，造成计算挤淤深度与实际挤淤深度偏差较大的问题。本方案结合淤泥扰动后的十字板修正强度值构建相应的极限平衡公式，有利于更为精准预估挤淤深度，进而达到前期准确预估造价的需要。
S2：接着，根据预估抛石挤淤深度D及堤顶宽度按照稳定计算确定初始堤身两侧平台尺度。
本阶段中，首先根据建设标准及车辆通行道路宽度确定堤顶宽度；接着，再根据堤身高度、地质情况等因素通过边坡稳定计算确定堤身尺度。
本阶段中，在确定初始堤身两侧平台尺度时，按照边坡稳定计算稳定安全系数大于规范允许值方式来确定初始堤身两侧反压平台尺度。
这样通过本阶段能够实现为整个方案阶段估算工程量及投资。
S3：接着，按照抛石的填筑宽度B尺度先陆推形成临时海堤断面。
作为举例，这里在陆推形成临时海堤断面时，可将开山石料直接倒入海中(如采用土方卡车)，利用开山石自重将淤泥向两侧挤出后，开山石自然下沉稳定后形成一定宽度的海堤。
在一些实施方式中，可根据计算稳定安全系数大于1.05及陆推高程高于平均水位的方式来确定陆推分层高度。同时，底层块石应大于50cm。这里采用大粒径石料有利于保证挤淤效果
S4：接着，针对临时海堤断面尺度进物探检测初判挤淤状况。
在一些实施方式中，物探检测方式采用地质雷达法与海上高密度电法组合的方式。其中，通过地质雷达法探测堤顶下面抛石分布，通过海上高密度法探测整个海堤横断面分布，两者相互校准分析。
作为举例，这里进行物探检测的过程如下：
1)根据临时海堤尺度情况布设若干个检测横断面及纵断面，分别进行地质雷达法及海上高密度法断面数据收集；
2)通过剔除直达波、增益、频谱分析、滤波水平叠加以及反褶积等环节以及坏点删除、软件反演计算等处理步骤，将相关数据进行校准修正；
3)根据色彩图、电阻率值、雷达波形图及能量图综合分析形成抛石的边界物探成果解释图(如图4所示)。
最后，可通过形成的边界物探成果解释图来初判挤淤状况。
S5：接着，根据物探结果，将其与现场土方计量记录推算的断面方量进行对比，对物探结果进行修正。
作为举例，本步骤在实现时，首先将物探成果解释图计算量与现场土方计量记录量进行对比；
接着，判断对比结果，若对比结果差异较大，则通过钻孔方式，即钻孔揭示的抛石落底标高，对物探结果进行修正，这里具体对物探所揭示的抛石断面形态进行修正。
通过本步骤对物探结果进行修正，进一步为后续边坡稳定计算复核及工程量计算提供更为精准的依据。
S6：接着，根据修正后物探断面形态结果，重新复核平台尺度。
作为举例，本步骤在实现时，首先，将修正后的抛石断面形态对应的抛石物探边线替代原断面的预估挤淤边界线；
接着，再根据堤身高度、抛石物探边线等因素通过边坡稳定重新核算确定堤身尺度。
S7：最后，根据复核结果重新确定的平台尺度，采用两侧局部清淤或超载方法结合平台范围陆推挤淤方式形成平台及最终断面。
作为举例，本步骤在实现时，其过程如下：
1)采用抓斗将临时堤两侧平台段淤泥清除至设计高程；
2)快速回填超载开山石形成反压平台；
3)待平台沉降稳定后，反开挖并施工防渗层、护面等结构，形成最终断面。
基于上述方案可知，相对于常规抛石挤淤通常按照设计高程进行，本方案通过在设计高程上超载、控制断面尺度B以及底部挤淤料选用大块石等技术手段进行有机配合，使得本方案在实施时，能够保证超过10m的深厚淤泥地基通过抛石挤於的方式形成永久海堤的可行及可靠性。
可见，本方案在前端设计环节采用修正后的极限平衡分析法公式实现准确地预判抛石层厚度及海堤断面形态，满足前期控制造价的需要，解决深厚淤泥(超过10m)条件下堤身抛石较难落底的问题；同时在施工过程中，配合物探方式验证及动态设计复核调整，有效保证海堤质量，便于工程计量及验收。
针对上述方案，举例说明一下本方案的实现过程。
参见图1-图3，其所示为采用方案进行在超过10m的深厚淤泥地基上通过抛石挤於的方式形成永久海堤的示例过程。
参见图1，本实例首先采用修正后的极限平衡分析法公式确定抛石总厚度，进而确定泥面以下堤身1及平台2断面预判挤淤边界3，以便于估算工程量。
这里的堤身1为抛石预估形态，平台2为抛石预估形态，边界3为预判挤淤边界。
同时，这里的修正后的极限平衡分析法公式为：
Figure BDA0003156343840000061
式中：H为抛石总厚度(m)，根据H确定的抛石高程应大于设计堤顶高程2m以上，形成超载；
Cu为淤泥的十字板强度(KPa)；
γs和γ分别为淤泥及抛石的容重(KN/m3)；
B为抛石的填筑宽度(m)；B＝堤顶宽度+2m(且10mB≤15m)；
D为抛石挤入淤泥中的深度(m)。
在此基础上，根据本方案，进一步按照抛石的填筑宽度B尺度先陆推形成临时海堤断面。
再进一步的参见图2，通过堤顶钻孔7边坡采用探地雷达结合海上高密度电法等物探手段经修正后确定泥下物探抛石断面4的物探边界5，根据物探断面成果，重新复核确定平台尺度.
最后，采用两侧局部清淤6结合平台范围陆推挤淤方式形成平台及最终断面(如图3所示)。
据此实例可见，本发明可形成在深厚淤泥(超过10m)地基条件下抛石挤淤筑堤设计及施工的成套技术体系，使该类筑堤方式便于操作，前期造价预估及后期实施效果可控，对环境友好，具有很高的推广应用价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于动态设计的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法，其特征在于，包括：
（1）采用极限平衡分析法公式来确定抛石总厚度；所述极限平衡分析法公式如下：
Figure 182064DEST_PATH_IMAGE001
；
式中：H为抛石总厚度，Cu为淤泥扰动后的十字板修正强度；
γS和γ分别为淤泥及抛石的容重；
B为抛石的填筑宽度；
D为抛石挤入淤泥中的深度，按照淤泥深度确定；
（2）根据预估抛石挤入淤泥中的深度D及堤顶宽度确定初始堤身两侧反压平台尺度，在确定初始堤身两侧平台尺度时，按照边坡稳定计算稳定安全系数大于规范允许值方式来确定初始堤身两侧反压平台尺度；
（3）按照抛石的填筑宽度B尺度先陆推形成临时海堤断面，陆推形成临时海堤断面时，将开山石料直接倒入海中，利用开山石自重将淤泥向两侧挤出后，开山石自然下沉稳定后形成一定宽度的海堤；
（4）对临时海堤断面尺度进行物探检测初判挤淤状况；
（5）根据现场土方计量记录推算的断面方量对物探断面形态结果进行修正；首先将物探成果解释图计算量与现场土方计量记录量进行对比；接着，判断对比结果，若对比结果差异较大，则通过钻孔方式，即钻孔揭示的抛石落底标高，对物探结果进行修正，这里具体对物探所揭示的抛石断面形态进行修正；
（6）根据修正后物探断面形态结果，重新复核堤身两侧平台尺度；
（7）根据复核结果重新确定的堤身两侧平台尺度，形成平台及最终断面。
2.根据权利要求1所述的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法，其特征在于，根据计算稳定安全系数大于1.05及陆推高程高于平均水位的方式确定陆推分层高度。
3.根据权利要求1所述的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法，其特征在于，所述物探检测采用地质雷达法与海上高密度电法组合的方式。
4.根据权利要求3所述的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法，其特征在于，所述物探检测时，通过地质雷达法探测堤顶下面抛石分布，同时通过海上高密度法探测整个海堤横断面分布，并同构两者相互校准分析。
5.根据权利要求1所述的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法，其特征在于，所述施工方法采用两侧局部清淤或超载方法结合平台范围陆推挤淤方式形成反压平台及最终断面。
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