寧波象山港北岸吹砂場地軟基處理效果分析

任旭挺

寧波公路市政設(shè)計有限公司 浙江 寧波 315000

一段時間以來，我國濱海地區(qū)由于港口碼頭及外向型產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)需要，將一些臨灣臨港區(qū)域進(jìn)行圍海造陸，用于城市建設(shè)和產(chǎn)業(yè)布局，一定程度上有效緩解了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與建設(shè)用地不足的矛盾。但是由于濱海地區(qū)較為特殊的地形地貌及水文地質(zhì)條件，場地用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之前需要進(jìn)行必要的處理，尤其在分布有深厚軟土層的場地，如何在陸域形成后通過工程措施短期內(nèi)達(dá)到開發(fā)建設(shè)要求，同時兼顧經(jīng)濟(jì)性，國內(nèi)外已經(jīng)積累了不少工程經(jīng)驗(yàn)。本文主要通過工程實(shí)例分析闡述了濱海圍涂區(qū)域市政道路建設(shè)軟土地基處理方案選用及竣工后相關(guān)處理效果對比分析，對類似工程具有借鑒作用。

1 工程概況

本基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目地處浙江省寧波市象山港北岸的鄞州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)二期圍海區(qū)域，總開發(fā)面積約9平方公里，2016年初通過吹砂形成陸域約5平方公里作為首期開發(fā)建設(shè)地塊，項(xiàng)目包含新建八條網(wǎng)狀城市道路、帶狀公園綠地及道路間地塊填筑工程，場地填筑與道路工程同步實(shí)施。項(xiàng)目的建成將為鄞州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)二期開發(fā)提供可靠的基礎(chǔ)設(shè)施保障，建設(shè)完善區(qū)域內(nèi)道路及排水系統(tǒng)，并將為區(qū)內(nèi)待開發(fā)地塊提供不可缺少的水、電、煤氣、通訊等市政基礎(chǔ)配套設(shè)施，創(chuàng)造良好的投資及生活環(huán)境。且項(xiàng)目采用PPP模式，總投資約12億元，考慮融資成本項(xiàng)目工期要求相對較高。

場地內(nèi)八條道路以網(wǎng)格狀分布，其中經(jīng)三路位于場地中心位置，工況更具代表性，本文以經(jīng)三路為對象進(jìn)行分析。經(jīng)三路工程為南北走向，道路全長2.514km，為城市主干路，設(shè)計速度為60km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為50m，雙向六車道斷面形式，道路兩側(cè)為10m至25m寬綠化帶。機(jī)動車道路面結(jié)構(gòu)為4cm厚細(xì)粒式改性瀝青混凝土+6cm厚中粒式改性瀝青混凝土+8cm厚粗粒式瀝青混凝土+3層18cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層，路面結(jié)構(gòu)層總厚度為72cm，在已經(jīng)形成的吹砂層上采用宕渣超寬填筑路基，并對下部軟基進(jìn)行處理。根據(jù)規(guī)劃資料，經(jīng)三路除橋梁以外的一般路段路面設(shè)計標(biāo)高為3.50m左右（1985年國家高程基準(zhǔn)，下同）。

2 地形地貌及地質(zhì)情況

本工程場地位于寧波市象山港北側(cè)的灘涂上，場區(qū)通過隔堤與外海隔絕，灘涂坡度較緩，大致由西北向東南微傾，坡度約為0.15‰。海涂出露為海相沉積淤泥質(zhì)土，工程區(qū)屬于較穩(wěn)定的淤漲型海涂，以淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，含水量40%-48.4%，孔隙比1.136-1.191，軟土層厚度較為均勻，普遍在15m至20m左右，灘涂頂面標(biāo)高為-1.0m左右。土層分布如下：①層沖填土（mlQ43）（吹砂層），②-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（mQ42），②-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（mQ42），④層淤泥質(zhì)粘土（mQ41），⑤層粉質(zhì)粘土（al-lQ32-2），⑥粘土（al-lQ32-1），⑦-1層中砂（alQ32-2），⑦-2層粉質(zhì)粘土（allQ22-2），⑦-3層含粘性土角礫（alQ22-2）。場地吹填（砂）至標(biāo)高1.5m-2.0m，吹砂層厚度約2.5m-3.0m，擬建道路位于吹填砂地基上。

3 軟基處理原則及處理方案的選擇

3.1 軟基處理原則

每一種地基處理方法都有其適用范圍和局限性，宜根據(jù)地基土的工程性質(zhì)、路堤填筑高度、工期要求、當(dāng)?shù)胤e累的經(jīng)驗(yàn)以及對周圍環(huán)境施工的特定要求，采用最適合該區(qū)域的處理方法分段加固地基，保證工程在施工期間與使用期間的安全。經(jīng)充分分析本項(xiàng)目特點(diǎn)，道路周邊地塊均采用宕渣填筑，目前尚未開發(fā)無構(gòu)筑物存在，本工程道路整體地基處理方法結(jié)合了周邊地塊的開發(fā)時序因素，且軟基處理工期需滿足PPP工程總工期要求，處理方法經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)先進(jìn)、易于施工。

路基容許工后變形執(zhí)行《城市道路路基設(shè)計規(guī)范》（CJJ 194-2013）：

表1 路基容許工后變形[1]

本文僅對一般填筑路基段軟基處理方案進(jìn)行分析，根據(jù)現(xiàn)行《城市道路路基設(shè)計規(guī)范》（CJJ 194-2013）路基容許工后變形要求，經(jīng)三路為主干路，一般路段工后沉降按不大于0.30m控制設(shè)計。通過理論分析計算，總沉降量S為：

式中ms為綜合經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，此處按經(jīng)驗(yàn)公示估算，Sc為主固結(jié)沉降，吹填砂層按硬殼層考慮，經(jīng)三路總沉降量估算值為148cm。主干路瀝青混凝土路面設(shè)計使用年限取15年[3]，此處期末的地基沉降量按總沉降量控制設(shè)計，工后沉降Sp為：

式中S0為路面設(shè)計使用年限末的地基沉降量，Scp為路面施工（預(yù)壓）期沉降量，因此根據(jù)理論計算施工期需完成不小于118cm的沉降量作為本次軟基處理的設(shè)計目標(biāo)。

3.2 一般路段軟基處理方案選擇

常見的軟基處理方法有排水固結(jié)、膠結(jié)法、擠密法、置換法、加筋土等。根據(jù)地質(zhì)情況，本場地軟土層較厚，不適合采用換填法，水泥攪拌樁等膠結(jié)法處理造價過高，處理深度有限，擠密法、加筋土同樣造價過大，強(qiáng)夯法如配合排水板施工也可達(dá)到預(yù)期效果，但由于場地軟土工程性質(zhì)差，較難承受強(qiáng)夯機(jī)械的自重。因此從處理效果、經(jīng)濟(jì)性及可行性方面綜合比較，本工程軟土地基的處理選用預(yù)壓排水固結(jié)法，預(yù)壓排水固結(jié)法根據(jù)加壓系統(tǒng)的不同，分為堆載排水預(yù)壓法和真空排水預(yù)壓法。根據(jù)本項(xiàng)目地質(zhì)情況，結(jié)合類似工況項(xiàng)目成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，從施工工期、加固深度、施工質(zhì)量控制、處理效果等方面綜合考慮，本項(xiàng)目軟基處理采用超載預(yù)壓法結(jié)合塑料排水板的處理方案，預(yù)壓宕渣卸載后可用于周邊場地填筑之用，節(jié)省造價。

超載預(yù)壓法結(jié)合塑料排水板是在軟土地基上分級堆載預(yù)壓，將土體中的孔隙水排出，地基土逐漸固結(jié)，從而使地基發(fā)生沉降，結(jié)合塑料排水板加速排水達(dá)到提高地基承載力和穩(wěn)定性的目的的一種軟基處理方法。具體軟基處理方案：吹砂面（標(biāo)高為1.5m至2.0m）上鋪40cm厚級配碎石層，根據(jù)軟土層厚度打設(shè)15m至20m長塑料排水板，再上鋪10cm級配碎石層，分層填筑宕渣至超載預(yù)壓標(biāo)高5.0m進(jìn)行堆載預(yù)壓，同步路基兩側(cè)坡腳設(shè)置排水溝，設(shè)計預(yù)壓期不小于12個月，待沉降穩(wěn)定后卸載宕渣至道路路基設(shè)計標(biāo)高約2.80m，后續(xù)實(shí)施管道及路面。

塑料排水板間距1.1m梅花形布設(shè)，打設(shè)范圍寬出道路紅線外三排，塑料排水板規(guī)格為100mm×4.5mm，縱向通水量≥40cm3/s，濾膜滲透系數(shù)≥5×10-4cm3/s。

4 沉降觀測及監(jiān)測

本工程路基沉降觀測工作分為填筑期觀測、預(yù)壓期觀測，由第三方進(jìn)行監(jiān)測。本場地陸域形成使用吹填砂及回填宕渣，和下臥地基土同時成為欠固結(jié)土，依據(jù)地基沉降量的組成，可以分為回填土本身的沉降量和下臥地基土的沉降量?；靥钔敛粌H是下臥土層的荷載，而且作為將來組成新地基的一部分，其本身的壓縮量直接影響地基的沉降量，加之下臥層軟粘土工程性質(zhì)差，厚度較大且局部存在起伏，同時由于工程陸域形成范圍廣，屬于深厚軟粘土地基上的大面積堆載，附加應(yīng)力基本不會衰減直接傳遞到深層土體，壓縮層厚度很大，故在大面積回填土的作用下會產(chǎn)生很大的沉降量。在路基施工過程中實(shí)施沉降穩(wěn)定動態(tài)控制，正確控制填筑速率以確保路堤的穩(wěn)定性，確定加載預(yù)壓強(qiáng)度和卸載時間，使不利的沉降量提早發(fā)生，確保結(jié)構(gòu)物的安全，減少路面施工期的沉降量，從而有效控制工后沉降量和不均勻沉降，保證路面結(jié)構(gòu)完整和車輛高速平穩(wěn)行駛。

沉降板設(shè)置要求：一般路段每隔100m設(shè)置一個觀測斷面，每個觀測斷面布設(shè)左中右三個觀測點(diǎn)埋置沉降板。沉降觀測數(shù)據(jù)經(jīng)修正處理以后，按近似公式S實(shí)=（B+△B）×(△h1+2△h2+△h3)/4計算斷面沉降方量，S實(shí)-實(shí)測斷面沉降的面積，B-路面標(biāo)準(zhǔn)寬度，△B-路面加寬值，△h1-左側(cè)邊緣實(shí)測沉降值，△h2-道路中心處實(shí)測沉降值，△h3-右側(cè)邊緣實(shí)測沉降值。

填筑期控制要求：極限填筑高度內(nèi)填筑速率要求不大于1.5m-2.0m/月，大于極限填筑高度按每7天填筑一層，一般路堤沉降速率應(yīng)不大于15mm/24h[4]。

路基穩(wěn)定的判斷標(biāo)準(zhǔn)：本項(xiàng)目路基采用工期與沉降速率雙控穩(wěn)定判斷標(biāo)準(zhǔn)，通過連續(xù)觀測，連續(xù)兩個月每月累計沉降量均不大于5mm時即判斷為沉降穩(wěn)定，且預(yù)壓沉降期需滿足不少于12個月。均滿足要求后卸載超載宕渣整平壓實(shí)，通過專項(xiàng)驗(yàn)收后方可實(shí)施路面。

5 堆載預(yù)壓處理效果分析

綜合宕渣供料、進(jìn)場條件等因素，片區(qū)道路宕渣路基填筑采用分段填筑分段監(jiān)測形式，基本于2018年6月至10月堆載至設(shè)計預(yù)壓高程5.0m，選取經(jīng)三路K1+152.820-K2+514.239段（一個監(jiān)測路段）沉降監(jiān)測報告數(shù)據(jù)，該路段長度約1.4km，于2018年7月31日填筑至堆載設(shè)計標(biāo)高5.0m進(jìn)入預(yù)壓期，直至2019年8月24日止，最后連續(xù)兩個月每月累計沉降量平均值均小于5mm，單點(diǎn)最大值分別為4.99mm及3.69mm，滿足連續(xù)兩個月每月累計沉降量均小于5mm沉降穩(wěn)定要求。

相關(guān)分析：

(1) 預(yù)壓期：根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，該路段路基沉降穩(wěn)定實(shí)際預(yù)壓期為12.7個月，較原設(shè)計沉降期12個月長。同期建設(shè)的其他道路實(shí)際預(yù)壓期在10個月至16個月之間，且預(yù)壓期總體與堆載厚度呈正相關(guān)性。

圖2 經(jīng)三路路基沉降曲線對比圖

(2) 沉降量：從平均值看，本路段填筑期累計沉降約57.8cm，預(yù)壓期累計沉降約43.5cm，總沉降量約101.3cm，可見在該工況下，填筑期完成了約60%的沉降量，占比較大。因?qū)嶋H開工進(jìn)場地面（吹砂面）復(fù)測時，已較設(shè)計測量地面標(biāo)高下降約21cm-35cm，因此實(shí)際已完成沉降約122.3cm-136.3cm，工后沉降量可以控制在30cm以內(nèi)。從觀測斷面看，每個斷面中心沉降量較斷面邊緣沉降量大（見圖1）。路基的填筑過程中，宕渣填筑及施工裝載車輛對路基的碾壓產(chǎn)生較大的荷載，從而產(chǎn)生較大沉降，隨著路基填筑的推進(jìn)，在隨后的超載預(yù)壓期間由于路基受到超載的重力作用也發(fā)生明顯沉降，但沉降變化趨于平穩(wěn)。

圖1 經(jīng)三路路基實(shí)測沉降曲線圖（局部路段）[5]

(3) 理論沉降趨勢驗(yàn)證：通過實(shí)測沉降曲線與理論沉降曲線做對比，變化趨勢接近，施工期實(shí)際發(fā)生的沉降量較同期理論值略小。此處理論與實(shí)際施工工況存在一定差異，設(shè)計階段填筑期按分層填筑線性加荷理想工況，后實(shí)際因供料等因素填筑階段未嚴(yán)格執(zhí)行，后期集中堆載階段呈現(xiàn)出沉降變化較快的現(xiàn)象，路基填筑過程中，宕渣填筑及施工裝載車輛對路基的碾壓產(chǎn)生較大的荷載，從而產(chǎn)生較大沉降，隨著路基填筑的推進(jìn)，在隨后的超載預(yù)壓期間由于地基受到超載的重力作用也發(fā)生明顯沉降，但沉降變化趨于平穩(wěn)。另在設(shè)計預(yù)壓期考慮了沉降補(bǔ)方填料增重影響，后實(shí)際未補(bǔ)方。包括計算參數(shù)取值、工序差異在內(nèi)的諸多因素均是沉降曲線圖形差異的原因。

6 結(jié)束語

寧波地區(qū)軟土分布廣泛，道路建設(shè)中軟基處理造價占比也較高，作為項(xiàng)目建設(shè)中重要的設(shè)計要點(diǎn)難點(diǎn)一直廣受重視，尤其在橋頭跳車治理上往往作為專項(xiàng)整治工程來實(shí)施。本文以片區(qū)場地內(nèi)八條道路中具有代表性的經(jīng)三路作為案例，通過經(jīng)三路一個觀測路段路基實(shí)際沉降與理論設(shè)計進(jìn)行對比分析，施工期已完成大部分沉降，工后沉降量滿足規(guī)范要求，且工期也得到有效控制，總體達(dá)到了預(yù)期設(shè)計效果。

根據(jù)本項(xiàng)目同時也結(jié)合以往工程設(shè)計回頭看等經(jīng)驗(yàn)，軟基設(shè)計在理論分析計算與實(shí)際效果之間往往吻合度不足，因此重點(diǎn)關(guān)注地質(zhì)、工況及后期效果更具借鑒與指導(dǎo)意義。