東南亞珊瑚砂島礁類地基處理方法研究

李銘 韋港榮 蔣恒

摘要：為分析不同碾壓方式對島礁珊瑚砂地基處理的效果，文章以馬爾代夫維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建工程為例，研究振動(dòng)和沖擊兩種碾壓方式下珊瑚砂地基干密度和CBR變化規(guī)律。結(jié)果表明：振動(dòng)和沖擊兩種碾壓方式下珊瑚砂地基干密度和CBR均隨碾壓遍數(shù)的增加呈線性增加趨勢，但振動(dòng)碾壓方法增加速率更高，尤其對干密度表現(xiàn)更為明顯;以干密度≥1.6g/cm3為質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要求的振動(dòng)和沖擊碾壓遍數(shù)應(yīng)分別不小于11遍和27遍。推薦在島礁珊瑚砂地基處理中優(yōu)先使用振動(dòng)碾壓法。

關(guān)鍵詞：珊瑚砂;地基;振動(dòng)碾壓;沖擊碾壓

In order to analyze the effect of different rolling methods on the treatment of coral sand foundation in island reefs，with the reconstruction and expansion project of Vilana International Airport in Maldives as the example，this article studies the dry density and CBR variation law of coral sand foundation under vibration and impact rolling modes.The results show that the dry density and CBR of coral sand foundation increase linearly with the increase of rolling number under the vibration and impact rolling modes，but the increasing rate under vibratory rolling method is higher，especially for dry density.When the dry density of not less than 1.6g/cm3 is used for quality control standard，the required number of vibration and impact rolling passes shall be not less than 11 times and 27 times respectively.It is recommended to use the vibratory rolling method in the coral sand foundation treatment of island reefs

Coral sand;Foundation;Vibratory rolling;Impact rolling

0 引言

“一帶一路”沿線國家特別是發(fā)展中國家進(jìn)入了交通建設(shè)的需求旺盛期，廣西加快推進(jìn)南向通道建設(shè)，給廣西交通企業(yè)“走出去”帶來重大機(jī)遇。目前東南亞公路基礎(chǔ)設(shè)施缺口很大，廣西交通設(shè)計(jì)企業(yè)以拓展戰(zhàn)略合作、聯(lián)合經(jīng)營等多種經(jīng)營模式拓展海外市場，不斷擴(kuò)大廣西交通設(shè)計(jì)企業(yè)的影響力與市場規(guī)模，已成功

為越南河內(nèi)至下龍高速公路、越南諒山至河內(nèi)高速公路、老撾萬象至萬榮高速公路等項(xiàng)目提供了咨詢、設(shè)計(jì)等服務(wù)。東南亞地區(qū)11個(gè)國中，老撾是唯一的內(nèi)陸國，其余十國皆面向海洋，有眾多島嶼，島礁地區(qū)特殊的地質(zhì)地理?xiàng)l件給公路建設(shè)設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。

地基作為道路構(gòu)造物的基礎(chǔ)，其承力性能直接影響整個(gè)工程質(zhì)量，因而對地基進(jìn)行處理十分重要。目前對砂土、粉土、黏土等常見土質(zhì)地基的處理已有較為成熟的理論和經(jīng)驗(yàn)方法。而對于島礁地區(qū)，存在大量珊瑚砂地基，其由造礁珊瑚碎屑組成，含有部分的珊瑚枝、礁石、貝殼、硨磲等海洋生物碎屑，礦物成分主要為文石和高鎂方解石，化學(xué)成分主要為碳酸鈣，是名副其實(shí)的碳酸巖類砂土或鈣質(zhì)砂土[1]。珊瑚砂顆粒大小混雜，含有角枝狀珊瑚碎屑，具有棱角度高、磨圓度差及孔隙比較大等特點(diǎn)[2]。顯然，島礁珊瑚砂與其它填土在工程特性上存有明顯差異，故其地基處理方法不能一概而論[2-5]。為此，本文以馬爾代夫維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建工程島礁珊瑚砂地基為工程依托，研究不同壓實(shí)方法對其的處理效果，對今后進(jìn)軍同類型的東南亞島礁工程有一定的參考意義。

1 工程概況

1.1 工程簡介

馬爾代夫維拉納國際機(jī)場位于首都馬累島東北部2 km處的機(jī)場島。根據(jù)機(jī)場發(fā)展需求，需新建一條新跑道，滿足飛行區(qū)等級4F運(yùn)行要求，且滿足空客A380和波音747-800等F類機(jī)型的使用要求。由于其位于熱帶海域地區(qū)，珊瑚砂分布廣泛，改擴(kuò)建工程中亦存在大量珊瑚砂地基。

1.2 地質(zhì)概況

（1）工程地質(zhì)條件

該工程地基由現(xiàn)有陸域區(qū)和填海造地區(qū)域兩部分組成。在現(xiàn)有陸域區(qū)的地勘報(bào)告中顯示，珊瑚砂素填土主要為灰白色，局部為灰色，濕-飽和，一般為松散狀，局部表層為中密-密實(shí);砂為鈣質(zhì)砂，以細(xì)砂為主，局部為中粗砂，含部分珊瑚枝丫、礁石、貝殼、硨磲等;局部表層為厚度約20 cm的耕植土，夾少量黏性土。

（2）水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，勘察鉆探深度（16.0 m）范圍內(nèi)觀測到一層地下水（見表1）。其地下水類型為潛水，與海水處于連通狀態(tài)，以大氣降水、地下徑流及潮汐為主要補(bǔ)給方式，以越流和地下徑流為主要排泄方式。以上水位為施工時(shí)觀測到的地下水位情況，地下水位會隨潮位漲落而發(fā)生變化，單日變幅約0.4～1.0 m。

（3）氣象條件

馬爾代夫中心區(qū)域（胡爾胡勒）平均日最高溫度30.5 ℃，最低溫度25.7 ℃。南部日最高溫度和最低溫度分別是30.9 ℃和24.5 ℃。五月中旬到九月份為多雨期，其中馬爾代夫中部、西南和東北部每年平均降雨量分別為1 924.7 mm、2 277.8 mm和1 786.4 mm。

（4）地震情況

本工程場址處為一般場地（中硬場地），設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度g為43 gal（g=0.0 438 m/s2）。按照《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2015的加速度分檔標(biāo)準(zhǔn)可知（按0.05 g考慮），場址區(qū)屬于Ⅵ度區(qū)。

2 不同地基處理方法效果研究

為研究不同方法對島礁珊瑚砂地基處理的效果，在現(xiàn)有陸域區(qū)和填海造地區(qū)域分別采用振動(dòng)碾壓（設(shè)備自重26 000 kg，振動(dòng)頻率27/32 Hz，沖擊力405/290 kN）和沖擊碾壓（設(shè)備自重12 000 kg，沖擊能為26 kJ）的方法進(jìn)行地基處理試驗(yàn)，之后分階段進(jìn)行干密度和CBR試驗(yàn)檢測。檢測結(jié)果顯示不同區(qū)域和不同的碾壓方式下，隨碾壓遍數(shù)的增加，其試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)的整體發(fā)展趨勢基本一致。鑒于篇幅所限，本文以吹填厚度<6 m的珊瑚砂填海造地地區(qū)地基處理試驗(yàn)情況進(jìn)行匯總分析。試驗(yàn)區(qū)地基處理區(qū)域按圖1進(jìn)行布局，其中1～6號點(diǎn)為振動(dòng)碾壓試驗(yàn)區(qū)，1和3號點(diǎn)碾壓44遍，2、4、6號點(diǎn)碾壓20遍，5號點(diǎn)碾壓52遍;7～18號點(diǎn)為沖擊碾壓試驗(yàn)區(qū)，7～10號點(diǎn)碾壓55遍，11～14號點(diǎn)碾壓45遍，15～18號點(diǎn)碾壓30遍。

2.1 干密度試驗(yàn)

試驗(yàn)段采用無核密度儀分別對振動(dòng)碾壓和沖擊碾壓前后珊瑚砂土體的干密度進(jìn)行檢測。其工作原理為通過發(fā)射電磁波進(jìn)入被測介質(zhì)，經(jīng)反射接收后測定介電常數(shù)，然后利用相關(guān)程序轉(zhuǎn)化為密度。因?yàn)樵谕馏w壓實(shí)過程中，由于水分被擠出，空隙減小，故土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，此時(shí)介電常數(shù)也隨之變化，最終反映到密度變化上來。測定過程中其主要操作步驟如下：

（1）標(biāo)定。在待測區(qū)域隨機(jī)選點(diǎn)，使用無核密度儀對密度進(jìn)行檢測，然后在同一點(diǎn)使用灌砂法檢測密度，以灌砂法密度為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定無核密度儀。

（2）選點(diǎn)。使用無核密度儀進(jìn)行密度測試時(shí)其底盤應(yīng)與測點(diǎn)緊密接觸。

（3）參數(shù)設(shè)定。測試前應(yīng)就儀器測試深度和數(shù)據(jù)儲存等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

（4）測定。將儀器輕放于測點(diǎn)上方，讀取儀器上的密度值，注意整個(gè)讀數(shù)過程中儀器不能晃動(dòng)。

按上述步驟對不同碾壓方式下珊瑚砂土體的干密度進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知：振動(dòng)和沖擊碾壓方式下珊瑚砂地基干密度均隨碾壓遍數(shù)的增加逐漸增加。其中振動(dòng)碾壓次數(shù)由0遍增加至52遍時(shí)，其干密度值增加16.9%;而沖擊碾壓次數(shù)由0遍增加至55遍時(shí)，其干密度值增加9.1%。此外，其增加趨勢基本呈線性變化，進(jìn)行線性回歸分析得出的R2值分別為0.993 4和0.959 2;振動(dòng)碾壓對珊瑚砂地基干密度的提高效果優(yōu)于沖擊碾壓，進(jìn)行回歸分析時(shí)振動(dòng)碾壓條件下干密度隨碾壓遍數(shù)的變化斜率為0.005，沖擊碾壓的斜率則為0.002 6，兩者約相差1倍，表明珊瑚砂地基有類似砂土地基的特征，采用振動(dòng)方式進(jìn)行碾壓時(shí)其顆粒間更容易密實(shí)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，以干密度≥1.6 g/cm3為質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要求的振動(dòng)和沖擊碾壓遍數(shù)應(yīng)分別不少于11遍和27遍。

2.2 CBR試驗(yàn)

CBR即加州承載比，能較好地反映土基的承力性能。為此分別對振動(dòng)碾壓和沖擊碾壓前后珊瑚砂土體的現(xiàn)場CBR進(jìn)行檢測。其檢測原理為通過將一定面積的貫入桿貫入土體，讀取貫入一定深度時(shí)的力值大小與貫入標(biāo)準(zhǔn)試樣同一深度的力值大小相比作為土基承載力評價(jià)指標(biāo)。測定過程中主要操作步驟如下：

（1）選點(diǎn)。選擇直徑30 cm區(qū)域，去除其表面浮土并進(jìn)行整平。

（2）儀器安裝。安裝現(xiàn)場CBR試驗(yàn)儀，包括千斤頂、貫入桿、墊板和百分表等。同時(shí)在貫入桿位置安裝4塊1.25 mm分開成半圓的承載板（共5 kg）。

（3）調(diào)零。調(diào)節(jié)測力計(jì)和百分表，使其初始讀數(shù)歸零。

（4）加載。啟動(dòng)千斤頂，以1 mm/min速度將貫入桿壓入土基，并在貫入深度分別為0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm、3.0 mm、4.0 mm、5.0 mm、7.5 mm、10.0 mm及12.5 mm時(shí)，記錄測力計(jì)讀數(shù)，也可根據(jù)實(shí)際情況在貫入量達(dá)到7.5 mm時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。

（5）計(jì)算。卸除荷載，并在測點(diǎn)周圍取樣，測定材料含水量和密度等指標(biāo)，然后計(jì)算CBR值。

按上述步驟對不同碾壓方式下珊瑚砂土體的CBR進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知：振動(dòng)和沖擊碾壓方式下珊瑚砂地基現(xiàn)場CBR值均隨碾壓遍數(shù)的增加逐漸增加。其中振動(dòng)碾壓遍數(shù)由20遍增加至52遍時(shí)，其現(xiàn)場CBR值增加33.6%;而沖擊碾壓遍數(shù)由30遍增加至55遍時(shí)，現(xiàn)場CBR值增加23.9%。此外，其增加趨勢基本呈線性變化，進(jìn)行線性回歸分析得出的R2值分別為0.995 9和0.957 0。振動(dòng)碾壓對珊瑚砂地基現(xiàn)場CBR的提高效果優(yōu)于沖擊碾壓，進(jìn)行回歸分析時(shí)振動(dòng)碾壓條件下CBR隨碾壓遍數(shù)的變化斜率為1.070 8，沖擊碾壓的斜率則為0.933 2，前者較后者高出8.0%。

3 結(jié)語

本文通過現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)和沖擊兩種碾壓方式下珊瑚砂地基干密度和CBR均隨碾壓遍數(shù)的增加呈線性增加趨勢，但振動(dòng)碾壓方式下干密度隨碾壓遍數(shù)的增加速率較沖擊碾壓方式下高出1倍，CBR增加速率則高出8%;以干密度≥1.6 g/cm3為質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要求的振動(dòng)和沖擊碾壓遍數(shù)應(yīng)分別不少于11遍和27遍;考慮工程效果和經(jīng)濟(jì)效益，推薦在島礁珊瑚砂地基處理中優(yōu)先使用振動(dòng)碾壓法。

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