港珠澳大橋珠澳口岸人工島地基處理方案

錢所軍，陳囡，劉軍軍

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410114； 2.廣州誠(chéng)信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，廣東 廣州 510420；3.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461）

港珠澳大橋珠澳口岸人工島地基處理方案

錢所軍1，3，陳囡2，劉軍軍3

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410114； 2.廣州誠(chéng)信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，廣東 廣州 510420；3.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461）

針對(duì)港珠澳大橋珠澳口岸人工島采用吹填砂形成的特點(diǎn)，研究真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方案和井點(diǎn)降水聯(lián)合堆載預(yù)壓方案的可行性。通過對(duì)比分析，分別為島壁區(qū)和島內(nèi)區(qū)推薦了合適的軟基處理方案，并根據(jù)推薦的軟基處理方法對(duì)島內(nèi)區(qū)的地基沉降進(jìn)行計(jì)算。研究成果已成功應(yīng)用港珠澳大橋珠澳口岸人工島填海工程的設(shè)計(jì)。

人工島；軟基處理；沉降計(jì)算；真空聯(lián)合堆載預(yù)壓；堆載聯(lián)合降水預(yù)壓

0 引言

港珠澳大橋是國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中珠江三角洲地區(qū)環(huán)線的組成部分和跨越伶仃洋海域的關(guān)鍵工程，是連接粵、港、澳三地的大型跨海通道，也是舉世矚目的重大基建工程。工程主要包括3項(xiàng)內(nèi)容：海中橋隧主體工程；香港、珠海和澳門三地口岸；香港、珠海和澳門三地連接線。

珠澳口岸人工島（以下簡(jiǎn)稱“人工島”）島形近似“壺”狀，人工島填海工程包括島壁區(qū)（建造環(huán)形隔海圍堤區(qū)）和島內(nèi)填海區(qū)（圍堤內(nèi)填海造陸區(qū) ），總填海面積約為 217.56 萬 m2，島壁長(zhǎng)度約 8 012 m，島上主要包括口岸及養(yǎng)護(hù)建筑、道路、停車場(chǎng)地等。

本文主要研究地基沉降計(jì)算方法，對(duì)各種以砂作為回填材料的大面積軟基處理方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合人工島陸域形成工法和島壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提出軟基處理方案，為人工島填海工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 珠澳口岸人工島地質(zhì)情況

人工島場(chǎng)地范圍內(nèi)無明顯的錯(cuò)斷第四系覆蓋層的斷裂構(gòu)造穿過，屬構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定區(qū)[1]，地震基本烈度確定為Ⅶ度，天然地基允許承載力如表1所示，典型地質(zhì)剖面圖如圖1所示。

表1 天然地基容許承載力表Tab le1 A llowablebearing capacity of natural foundation

圖1 典型地質(zhì)剖面圖Fig.1 typicalgeologicalsectionmap

2 回填材料選擇

人工島的填海規(guī)模大、進(jìn)度緊，結(jié)合場(chǎng)地提供標(biāo)準(zhǔn)的要求，陸域形成的回填料應(yīng)盡量選用排水快速、沉降速度發(fā)生快的材料。在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)及研究單位從材料供應(yīng)、環(huán)保、耐久、施工組織管理、工期及經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)方面進(jìn)行綜合比對(duì)，認(rèn)為砂作為回填材料在來源、儲(chǔ)量、施工、后續(xù)地基處理方法上均具有較大優(yōu)勢(shì)，各方面均能滿足人工島回填的要求，推薦采用砂作為人工島的回填料，本文的研究就是基于砂回填材料展開的[2]。

3 地基處理方案研究

根據(jù)人工島場(chǎng)地的陸域布置及水工結(jié)構(gòu)的不同，將整個(gè)場(chǎng)區(qū)分為島內(nèi)區(qū)和島壁區(qū)，每個(gè)區(qū)根據(jù)自身特點(diǎn)可選用不同的處理方式。島壁區(qū)是指西、北護(hù)岸的地基預(yù)處理區(qū)域，寬度為 110 m，即西、北護(hù)岸前沿線外側(cè) 60m 和內(nèi)側(cè) 50m 之間的范圍。島內(nèi)區(qū)是指島壁區(qū)至東、南護(hù)岸前沿線后方 24~30m 之間的范圍，如圖 2 所示。

圖2 人工島地基處理分區(qū)圖Fig.2 Artificialisland foundation treatmentpartition

3.1 島壁區(qū)

由于西、北護(hù)岸采用半直立式混合結(jié)構(gòu)，可在形成護(hù)岸施工前先進(jìn)行地基處理，在軟土層達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行開挖，然后再施工基床及護(hù)岸結(jié)構(gòu)。島壁區(qū)經(jīng)過處理后，能夠減少護(hù)岸基槽的開挖量和回填量，從而降低造價(jià)，保護(hù)環(huán)境[3]。

由于工期緊迫，為使護(hù)岸結(jié)構(gòu)的施工具有充足的工期，應(yīng)使護(hù)岸的地基處理在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成，因此該范圍不考慮采用吹泥的方式形成，而是直接填砂形成。地基處理方法采用施工速度快、處理效果好、對(duì)臨時(shí)圍堰邊坡穩(wěn)定影響小的真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的方法。

3.2 島內(nèi)區(qū)

由于砂類土的加固需要振密與擠密，因此，對(duì)于海砂的地基處理，可以采用的方法包括強(qiáng)夯法、振沖密實(shí)法、井點(diǎn)降水聯(lián)合堆載預(yù)壓法、擠密砂石樁法及爆破擠密法、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓等。在吹填砂工程中應(yīng)用最為廣泛的是振沖密實(shí)法，但由于珠澳口岸人工島是在深厚的淤泥層上回填海砂形成的，振沖密實(shí)法對(duì)海砂下部的淤泥地基加固效果并不明顯。

當(dāng)人工島陸域考慮采用砂作回填材料時(shí)，島內(nèi)區(qū)原泥面以上回填砂的厚度大約有 9.8m，作用在原狀軟土上的附加荷載較大。由于場(chǎng)地使用荷載有 30 kPa，原狀軟土若僅依靠回填砂的附加荷載進(jìn)行固結(jié)沉降，其殘余沉降不能滿足使用要求，同時(shí)也為了減少施工工期，需要施加一部分預(yù)壓荷載進(jìn)行超載預(yù)壓。因此人工島島內(nèi)區(qū)回填砂方案，其地基處理方案主要考慮井點(diǎn)降水聯(lián)合堆載預(yù)壓方案、堆載預(yù)壓方案和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方案，地基處理方案比選內(nèi)容見表 2[4]。

表2 島內(nèi)區(qū)地基處理方案比較表Table 2 Com parison of the foundation treatmentschemesof the inner part of the island

經(jīng)綜合比較，井點(diǎn)降水聯(lián)合堆載預(yù)壓方案具有施工簡(jiǎn)單，施工工期短，施工費(fèi)用低，加固效果顯著等特點(diǎn)，故島內(nèi)區(qū)使用砂作為筑島填料時(shí)的地基處理推薦采用降水聯(lián)合堆載預(yù)壓方案。

4 地基沉降計(jì)算

采用分層總和法對(duì)原狀淤泥層進(jìn)行沉降計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：Sp為主固結(jié)沉降；Sp，t為預(yù)壓時(shí)間 t時(shí)的主固結(jié)沉降； Ut為 預(yù)壓 時(shí)間 t 時(shí) 的固 結(jié)度 ；Sp，t（residual）為主固結(jié)殘余沉降；Ss，t30（residual）為次固結(jié) 殘余沉降 ；Sresidual，t30為 30 a 殘余沉降。

根據(jù)上述計(jì)算公式，結(jié)合表1的土體天然地基承載力的情況，沉降計(jì)算選擇④層作為沉降計(jì)算的起始層，主要的計(jì)算指標(biāo)見表 3、表 4。

表3 土層主要計(jì)算指標(biāo)Table3 Main computing indicatorsofsoil layer

表4 e-p 曲線統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical tableof e-p curve

根據(jù)表2的對(duì)比結(jié)論，島內(nèi)區(qū)地基處理采用堆載聯(lián)合降水預(yù)壓方案，護(hù)岸后方開挖三角區(qū)采用堆載預(yù)壓處理，對(duì)島內(nèi)不同地質(zhì)鉆孔處進(jìn)行沉降計(jì)算的結(jié)果如表5、表6所示。

5 結(jié)語

本文以港珠澳大橋珠澳口岸人工島填海工程為背景，研究了人工島采用填砂形成時(shí)大面積軟基處理方法，并結(jié)合地基處理方法對(duì)島內(nèi)區(qū)的地基沉降進(jìn)行了計(jì)算，得到以下結(jié)論：

表5 島內(nèi)區(qū)堆載聯(lián)合降水預(yù)壓沉降計(jì)算結(jié)果Table5 Settlement resultsof co-preloading of filland dewateringmethod in the inner partof the island

表6 島內(nèi)區(qū)堆載預(yù)壓沉降計(jì)算結(jié)果Tab le6 Settlement resultsof preloadingmethod in the inner part of the island

1） 通過對(duì)比分別為島壁區(qū)和島內(nèi)區(qū)推薦了合適的地基加固方案：即島壁區(qū)采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固方案；島內(nèi)區(qū)采用降水聯(lián)合堆載預(yù)壓加固方案。

2） 采用分層總和法分別對(duì)島內(nèi)區(qū)的采用堆載聯(lián)合降水預(yù)壓方案和堆載預(yù)壓方案的地基沉降分別進(jìn)行了計(jì)算，得出的計(jì)算結(jié)果已應(yīng)用于口岸人工島的設(shè)計(jì)。

3）本文所得出的結(jié)論可在后續(xù)的珠澳口岸人工島地基加固施工中得到印證和修改，所得參數(shù)和結(jié)論可為類似工程的地基加固設(shè)計(jì)、施工提供參考。

[1] 港珠澳大橋珠澳口岸人工島填海工程初步設(shè)計(jì)[R].中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2009. Preliminary plan for the reclamation project of the artificial island of Zhuhai-Macao Port in the HZMB[R].CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2009.

[2] 澳門土木工程實(shí)驗(yàn)室，華南理工大學(xué).找尋天然砂替代品或其它砂源研究報(bào)告[R].2008. Macao Civil Engineering Laboratory，South China University of Technology.Research on looking for substitutesof natural sand or othersand sources[R].2008.

[3] 董志良，胡利文，張功新.真空及真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固軟基的機(jī)理與理論研究[J].水運(yùn)工程，2005（9）：83-91. DONGZhi-liang，HU Li-wen，ZHANGGong-xin.Mechanism and theoretical research on vacuum and vacuum-load consolidation of softground[J].Port&Waterway Engineering，2005（9）：83-91.

[4] 陳囡.人工島填海工程軟基處理應(yīng)用技術(shù)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2009. CHEN Nan.Research on the app lied technology of soft foundation treatment in the reclamation project of the artificial island[D]. Guangzhou：South China University of Technology，2009.

Foundation treatment schemes of the artificial island of Zhuhai-M acao Port in the HZMB

QIANSuo-jun1，3，CHENNan2，LIU Jun-jun3
（1.Changsha University ofScience&Technology，Changsha，Hunan 410114，China；2.Guangzhou Chengxin Consulting Company on Supervising and Administering Highway Construction，Guangzhou，Guangdong 510420，China； 3.CCCCFirst Harbor Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300461，China）

For characteristicsof the sand filling formation of the artificial island of Zhuhai-Macao Port in the HZMB，this paper studies the possibilities of twomethods，which are the co-preloading of vacuum and fillmethod and co-preloading of fill and dewateringmethod.After comparative analysis，the suitable foundation treatments for the outerand inner partof the island are recommended，and according to that recommended schemes，the ground settlement calculation ismade.The results have already applied in the design ofsea reclamation projectsof the artificial island of Zhuhai-Macao Port in the HZMB.

artificial island；treatment of soft foundation；the calculation of settling amount；co-preloading of vacuum and fillmethod；co-preloading of filland dewatering method

U655.544

A

2095-7874（2014）06-0011-04

10.7640/zggw js201406004

2014-03-26

錢所軍 （1978 — ），男，江蘇揚(yáng)州人，工程師，碩士，主要從事項(xiàng)目管理工作。E-mail：zjyhhn@163.com