廈門新機(jī)場試驗(yàn)段吹填泥地基處理方案研究

林 暉

(廈門路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建廈門 361000)

以往的填海造陸多以開山石及海砂作為工程填料，但隨著填料資源的日益匱乏及價(jià)格的不斷上漲，填海工程急需大量廉價(jià)的工程填料[1]，同時(shí)沿海地區(qū)環(huán)境治理疏浚河道、近海、航道時(shí)，有大量的疏浚泥需要棄置，因此利用疏浚泥填海造陸在沿海地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。吹填淤泥的性質(zhì)具有三高一低的特點(diǎn)，即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、滲透系數(shù)小，一般呈軟塑到流塑狀態(tài)[2]。吹填淤泥是否需要處理和采用何種處理方法，取決于吹填淤泥的顆粒組成、土層厚度、均勻性和排水固結(jié)條件[3-4]。

本文根據(jù)廈門新機(jī)場試驗(yàn)段的地基處理試驗(yàn)成果，通過對(duì)比分析真空聯(lián)合堆載預(yù)壓和插板排水堆載預(yù)壓處理吹填淤泥的施工工藝和處理效果，探討廈門新機(jī)場吹填泥地基處理合理方案。

1 工程概況

廈門新機(jī)場擬建場地原始地貌為海域或?yàn)I海潮間帶，由于海砂、土方等優(yōu)質(zhì)填料匱乏，2010—2012年廈門市利用環(huán)境整治工程的河道和近海疏浚泥，在新機(jī)場規(guī)劃場地吹填造陸。至2012年底，已完成約3.0 km2魚塘區(qū)吹填，共吹填疏浚泥約1 100萬m3，形成的陸域泥面高程約5.0 m(85國家高程系，下同)。由于填料來源復(fù)雜，性質(zhì)差異大，為了掌握吹填土的地基處理技術(shù)，取工程條件具有代表性的場地，進(jìn)行吹填泥工程性質(zhì)及地基處理技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)。

2 地質(zhì)條件

場地巖性自上而下為吹填土層、海積淤泥層、粉質(zhì)黏土層、黏土層等，局部有粉砂層。其中吹填土層和海積淤泥層為軟土層，為本次處理的對(duì)象，吹填淤泥含黏土顆粒較多，其強(qiáng)度和壓縮性指標(biāo)都比天然的海積淤泥差[5]。吹填淤泥和海積淤泥物理力學(xué)性質(zhì)和壓縮性指標(biāo)見表 1[6]。

3 地基處理方案

試驗(yàn)段一期工程分別選用了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓和插板排水堆載預(yù)壓兩種軟基處理方法，以研究兩種處理方法在本項(xiàng)目的適應(yīng)性。

表1 吹填淤泥和海積淤泥的物理性質(zhì)和壓縮性指標(biāo)

1)插板排水堆載預(yù)壓[7-9]

當(dāng)采用插板排水堆載預(yù)壓處理時(shí)，插板采用SPB100-B型整體式排水板，插板間距1.0 m，正方形布置，預(yù)壓荷載強(qiáng)度取80 kPa，等效于5.0 m土柱高度。

插板排水堆載預(yù)壓處理斷面圖如圖1所示。

圖1 插板排水堆載預(yù)壓處理斷面

2)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓[9]

當(dāng)采用插板排水真空聯(lián)合堆載預(yù)壓時(shí)，插板采用SPB100-B型整體式排水板，插板間距0.9 m，正方形布置，滿載后抽真空180 d，填土荷載應(yīng)考慮砂墊層以上至土基交工面所有填土高度。

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理斷面圖見圖2。

圖2 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理斷面

4 軟基處理效果分析與檢測(cè)

4.1 沉降分析

插板排水堆載預(yù)壓區(qū)共有12塊沉降板，滿載5個(gè)月后，其沉降量為896～2 831 mm，平均為1 615 mm。卸載前一個(gè)星期的平均沉降速率為0.5 mm/d。實(shí)測(cè)的插板排水堆載預(yù)壓區(qū)沉降時(shí)程曲線(CJ-3號(hào)沉降板)見圖 3[10]。

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)共有7塊沉降板，滿載6個(gè)月后，其沉降量為979～2 182 mm，平均為1 315 mm，卸載前一個(gè)星期的平均沉降速率為0.4 mm/d。實(shí)測(cè)的真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)沉降時(shí)程曲線(CJ-16號(hào)沉降板)如圖 4[10]。

圖3 插板排水堆載預(yù)壓區(qū)沉降時(shí)程曲線

圖4 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)沉降時(shí)程曲線

由圖3和圖4可見，場區(qū)沉降總體上可以分為兩部分:①填筑施工期的沉降約占總沉降量的65%，對(duì)應(yīng)于每一級(jí)加荷都有較大的沉降發(fā)生，反映了淤泥對(duì)于加荷是極其敏感的。在加荷的間歇沉降發(fā)展較快，幾乎是以直線的方式向前發(fā)展，加荷產(chǎn)生的沉降臺(tái)階并不明顯。②滿載預(yù)壓期的沉降約占總沉降量的35%，以拋物線的形式向前發(fā)展，滿載預(yù)壓5個(gè)月后，沉降速率已經(jīng)＜0.5 mm/d，曲線趨于平緩。

經(jīng)推算，插板排水堆載預(yù)壓區(qū)和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)的工后沉降均能滿足工后沉降＜20 cm的要求。

4.2 軟基處理效果檢測(cè)

在工后沉降滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，進(jìn)場進(jìn)行鉆孔取樣檢測(cè)和原位測(cè)試，檢測(cè)孔間距30 m×30 m，鉆孔取樣和原位測(cè)試孔各一半，原位測(cè)試采用十字板剪切試驗(yàn)。鉆孔取出的吹填淤泥土樣能成型，指壓有一定的強(qiáng)度。見圖5。

圖5 軟基處理后鉆孔取出的淤泥

插板排水堆載預(yù)壓區(qū)和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)處理后淤泥的性質(zhì)對(duì)比如表2。由表2可見，兩種方案處理后的淤泥性質(zhì)基本一致。處理后吹填淤泥含水率約56.7%，孔隙比約 1.45，十字板剪切強(qiáng)度 25.0～27.4 kPa。

表2 兩種方案處理后淤泥性質(zhì)

5 兩種處理方法施工工藝和處理效果比較

1)插板排水堆載預(yù)壓法質(zhì)量容易控制，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的質(zhì)量易受停電、密封膜破損、密封效果等因素的影響。

2)相比真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法，插板排水堆載預(yù)壓法工期較長。試驗(yàn)段一期工程插板排水堆載預(yù)壓區(qū)，滿載預(yù)壓5個(gè)月，總工期約為16個(gè)月;真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)，滿載預(yù)壓5個(gè)月，總工期只要12個(gè)月。這是因?yàn)檎婵章?lián)合堆載預(yù)壓法節(jié)約土石方填料，可以較早實(shí)現(xiàn)滿載預(yù)壓，因此工期較短。

3)插板排水堆載預(yù)壓法處理后的地基均勻，真空預(yù)壓法處理時(shí)因分區(qū)的需要，存在密封溝的處理問題。

4)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在超軟地基的加載控制上有優(yōu)勢(shì)，且真空荷載之后對(duì)邊界穩(wěn)定和場地穩(wěn)定有利。

5)插板排水堆載預(yù)壓法適用于淤泥層，造價(jià)480.4元/m2;真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法適用于底部無連貫砂層的淤泥層，造價(jià)561.2元/m2。

在堆載預(yù)壓材料可以重復(fù)利用的情況下，插板排水堆載預(yù)壓法造價(jià)較低，而且該方法施工質(zhì)量易于控制，應(yīng)優(yōu)先考慮插板排水堆載預(yù)壓法。當(dāng)土石方材料缺乏，或者堆載材料不能周轉(zhuǎn)利用時(shí)，對(duì)差異沉降要求不嚴(yán)格的區(qū)域，可采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理。

6 結(jié)論

1)插板排水堆載預(yù)壓區(qū)和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)經(jīng)處理后能夠滿足機(jī)場建設(shè)對(duì)場地工后沉降和交工面地基承載力的要求。

2)兩種處理方法基本原理一致，處理后淤泥的性質(zhì)基本一致。處理前真空預(yù)壓處理區(qū)淤泥性質(zhì)差，因此預(yù)壓時(shí)間應(yīng)適當(dāng)加長。

3)后續(xù)工程的大面積飛行場道軟基處理中堆載預(yù)壓材料可以重復(fù)利用，因此建議優(yōu)先考慮插板排水堆載預(yù)壓法。

4)吹填泥經(jīng)插板排水堆載預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理后含水率約56.7%，孔隙比約1.45，十字板剪切強(qiáng)度25.0～27.4 kPa，處理效果顯著。

[1]彭濤，武威，黃少康，等.吹填淤泥的工程地質(zhì)特性研究[J].工程勘察，1995(5):1-5.

[2]劉瑩，王清.江蘇連云港地區(qū)吹填土室內(nèi)沉積試驗(yàn)研究[J].地質(zhì)通報(bào)，2006，25(6):763-765.

[3]王芳，郭進(jìn)京，鄭忠成.吹填土地基處理方法的討論[J].巖土工程界，2008，12(6):15-17.

[4]胡順洋，劉海，嚴(yán)秀俊.強(qiáng)夯法處理吹填砂土基的試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2012(3):83-84.

[5]葉書麟，葉觀寶.地基處理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[6]中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院.廈門新機(jī)場吹填造地地基處理試驗(yàn)段一期工程巖土工程勘察報(bào)告[R].深圳:中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院，2012.

[7]郎向偉.堆載預(yù)壓法處理軟土地基控制指標(biāo)的分析[J].鐵道建筑，2012(8):93-95.

[8]田忠.真空堆載預(yù)壓加固軟基施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2007(7):66-68.

[9]中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院.廈門新機(jī)場吹填造地地基處理試驗(yàn)段一期工程施工圖設(shè)計(jì)[Z].深圳:中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院，2012.

[10]中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院.廈門新機(jī)場吹填造地地基處理試驗(yàn)段一期工程研究總報(bào)告[R].深圳:中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院，2013.