沿海吹填區(qū)市政道路基礎設施位移控制關鍵技術淺析

陳 豪，瞿和甌

（溫州市城市道路建設研究中心，浙江 溫州 325000）

0 引言

由于沿海地區(qū)土地資源缺乏，大量的海岸帶被開發(fā)成了住宅和工業(yè)用地。在海涂和新吹填土中，其工程地質特征常常是“三高兩低”。其特點是：高含水量，高孔隙比，高壓收縮，滲透率低，強度低。相對于養(yǎng)殖用地，建設用地須具備較高的承載力和較小的地基變形要求。因此，原狀土必須經(jīng)處理后，才能滿足建設要求。本文將理論與實踐相結合，提出一種適合沿海吹填區(qū)大規(guī)模使用的位移控制技術，并分析其效果。

1 吹填區(qū)市政基礎設施位移產(chǎn)生的問題

海涂改造成建設用地難度大、成本高、時間長。在海涂區(qū)域進行基礎設施建設，因位移難以控制，極易產(chǎn)生各種工程質量問題。按問題產(chǎn)生的時間，可分為施工時和施工后。

1.1 施工時的問題

（1）地基承載力低，施工人員、機械難以進場。吹填區(qū)的原狀土一般為灘涂土，吹填的材料往往也是海泥或海砂，整個場地場坪低，含水量極高，缺少排水通道，承載力極低，施工車輛甚至施工人員都難以進入。

（2）橋梁樁基易偏移。吹填區(qū)淤泥層厚，橋梁樁基須打至基巖，樁長較長。施工時，施工方往往在吹填面高程上開始施工樁基。施工完樁基后，在開挖承臺時，因兩側開挖不均，樁基常常被淤泥擠偏。

（3）河道、管線開挖難度大。吹填區(qū)地下水位高，吹填土含水量高、強度低、靈敏度高，土體往往呈流塑狀。在原狀吹填土區(qū)域內(nèi)開挖河道和管線時，開挖到一定深度，流塑狀的土體向開挖處涌動，河道和管線難以開挖到設計高程。

1.2 施工后的問題

（1）市政道路沉降大，路面凹陷、開裂。吹填區(qū)因特殊的地質特性、施工質量和工期，軟基處理往往難以到達設計要求。尤其是路基工后沉降往往過大，造成路面凹陷、開裂。

（2）市政橋頭跳車、橋接坡路面開裂等問題。市政道路采用軟基處理后，工后沉降雖然得到控制，但仍會沉降。橋梁采用的是樁基礎，打入基巖，不會沉降。因此，兩者間的不同沉降會產(chǎn)生橋頭跳車、橋接坡路面開裂或承臺上路面波浪問題。

（3）市政管線變形，產(chǎn)生裂縫甚至錯位。因吹填區(qū)軟基處理未達到設計標準，市政管線工后沉降大，且不同區(qū)域沉降不均，造成重力管排水不暢。更有甚者，管線變形過大后，管線產(chǎn)生裂縫，接口錯位。

2 市政基礎設施出現(xiàn)問題成因分析

（1）整個場地為灘涂區(qū)，場地承載力低，受力后易發(fā)生變形，造成地基或管線沉降、邊坡失穩(wěn)、橋樁偏移。

（2）灘涂區(qū)土體孔隙比高、壓縮性高，建設時受力影響范圍內(nèi)，地基變形大、變形時間長。

（3）灘涂區(qū)土體含水量高、滲透率低，呈流塑狀，且需要很長時間才能排水固結，滿足在其上層建設的要求。

3 沿海吹填區(qū)市政道路基礎位移控制技術

根據(jù)成因分析，要在吹填區(qū)上進行市政建設，必須要解決土體中水的問題，而且要通過工程措施加快土體排水。

根據(jù)工程經(jīng)驗，吹填區(qū)位移控制的方法主要有真空預壓法、堆載預壓法、真空-堆載聯(lián)合預壓法、換填法、強夯法、復合地基法等。

3.1 技術比較

結合區(qū)域實際地質條件和加固要求，著重從技術、造價、工期和施工可行性等方面具體分析不同的軟基處理方式的特點，包括施工、工期、成本，具體見表1。

表1 吹填區(qū)位移控制處理方法特點比較

軟基處理的本質是通過工程措施（費用）換取時間，因此從工期與造價兩個方面對以上處理方案進行比較。

工期：③水泥攪拌樁＜①真空聯(lián)合堆載預壓法+豎向排水板＜②堆載預壓+土工合成材料加筋法。

地基處理單位造價：②堆載預壓+土工合成材料加筋法＜①真空聯(lián)合堆載預壓+豎向排水板法＜③水泥攪拌樁。

綜合工期和造價因素，真空聯(lián)合堆載預壓+豎向排水板法是處理大范圍的吹填土較好的辦法。

3.2 真空預壓+豎向排水板法加固機理

真空預壓法是一種比較有效的加固方式。它是利用真空產(chǎn)生的局部負壓源，減少土壤中的孔隙水壓力，從而達到排出孔隙水、增加有效應力、壓密土壤的目的。

目前，國內(nèi)外對真空預壓加固機理的研究、數(shù)值模擬計算、現(xiàn)場試驗和實驗室模擬試驗都有較大的發(fā)展。趙維炳[1]對真空預壓砂井地基的半解析解進行了改進，使之適合于堆載預壓及成層土。孫立強等[2]在現(xiàn)場和實驗室實驗中，利用超軟土真空預壓法研究了真空預壓法加固效果不理想的原因，得出了二次插板補強的結論。樓曉明等[3]分析原位測試結果，并提出了按強度增加與深度遞減規(guī)律計算超固結比及真空固結應力在深度上的分布。

關于真空預壓法的負壓轉移和加固深度問題尚有許多爭論。閆澍旺等運用彈性力學原理，介紹了真空預壓法在軟土地基中的作用機制，并用實際工程實踐證明，真空預壓法的有效加固深度可以達到10 m以上。經(jīng)研究，真空預壓法的有效加固深度與排水管板的埋設深度有關，經(jīng)對抽放20 m 排水管的真空預壓軟基工程進行分析，發(fā)現(xiàn)對20 m 以下的地基仍然具有一定的加固作用。

下文將在溫州市甌江口新區(qū)一期市政工程案例中分析本工法的實際使用效果。

4 理論在工程案例中的應用

4.1 工程概況

以溫州市甌江口新區(qū)一期市政工程為背景，進行吹填土區(qū)域市政道路基礎設施位移關鍵技術分析。

溫州市甌江口新區(qū)一期市政建設項目，地處甌江口新城的中心地帶，是一座城市的重要組成部分。其具體范圍包括：經(jīng)七路以西，北至北圍堤，東至經(jīng)一路，南至通海大道，共計14.72 km2。目前已建淺灘填埋場，基坑高度在2.6～2.8 m 之間。

甌江口新區(qū)一期工程總體布置在溫州淺灘，在海床軟質基礎上進行了吹填。根據(jù)現(xiàn)場實測資料，在46.20 m 以下的基礎上，可將其分為4 個級別：第1層為流塑-軟塑狀、高壓縮性；第二層為砂質、流塑型、無層理、局部微層理、區(qū)域分布；第三層為泥質，流塑，不具層理，局部有少量的貝殼碎片，分布于全區(qū)；第四層為泥質黏土、流塑、鱗片狀區(qū)域。

根據(jù)地勘報告，溫州甌江口新區(qū)的地質屬于典型的吹填區(qū)地質。在其范圍內(nèi)進行道路建設，地基需要滿足市政道路的建設要求。

4.2 位移控制要求

道路基礎設施位移控制要求：表層0～2 m 深度范圍內(nèi)地基承載力特征值不小于80 kPa，2 m 以下加固范圍內(nèi)地基承載力特征值不小于60 kPa，15 a內(nèi)地基工后沉降要求不大于30～50 cm。

4.3 應用中的難點

溫州甌江口新區(qū)的建設場地，吹填土以淤泥為主，淤泥層厚度大，導致在市政配套工程建設中，吹填土區(qū)域需進行市政道路基礎設施位移控制。

針對大面積的濱海吹填區(qū)軟土地基，位移控制有以下難點。

（1）由于吹填深度深、面積大，且江浙一帶大多為平原，缺乏填筑材料，不宜采用換填法。

（2）復合地基法造價高昂，不適用于大面積的吹填區(qū)域。

4.4 甌江口道路位移控制采取的設計方案與施工過程

對于大面積深厚軟土地基，工程中較多采用真空預壓法、堆載預壓法或強夯法。

綜合考慮甌江口地質條件、現(xiàn)場情況、工期時間和造價，道路一般路段大部分采用真空預壓+豎向排水板法。

設計方案為：豎向排水板長20 m，間距0.8 m，正方形布置，抽真空壓強80 kPa，時間不少于3 個月（根據(jù)沉降速率確定抽真空時間），處理范圍為道路路基范圍。

施工過程：先在原狀土上鋪筑砂墊層，厚度0.5 m；再將排水板打至底標高-16 m，塑料排水板長19.6 m，其間距均為0.8 m，正方形布置。然后，在地表鋪真空膜，開始抽真空。由于沉降一直難以穩(wěn)定，實際抽真空時間約為180 d。

5 應用評估

5.1 地表沉降與真空度檢測評估

減少地基沉降是地基處理的目的。地基沉降的變化規(guī)律是工程設計中控制工程進度、合理安排工程設計的關鍵，同時也是最直觀的檢測方法。大范圍的真空預壓會導致場地的沉降加速，在較短時間內(nèi)，特別是在抽氣初期消除大量沉降，加固效果很明顯。

由于每個路段內(nèi)不同區(qū)塊的沉降和真空度歷時曲線很接近，所以此處只給出路段有代表性的沉降和真空度歷時曲線（見圖1）。

圖1 第九合同段某路沉降歷時曲線

上述監(jiān)測結果表明，在真空壓力施加初始階段，隨著土體中真空度的增加，各土層在真空壓力的作用下發(fā)生固結壓縮，逐漸引起地表沉降。

通過觀測到的沉降數(shù)據(jù)和記錄曲線可知，整個場地的固結沉降與真空預壓時間有很大的相關性。在真空預壓作用前期（5～7 d），地面沉降速度最大；在真空度升高后，地面沉降速度逐漸降低，最終以一個相對平穩(wěn)的速度緩慢收斂。

5.2 承載力檢測評估

通過靜力觸探試驗，檢測不同深度土層的承載力，并與原狀情況進行比較，詳見圖2、圖3。

圖2 鉆孔處預壓處理前后錐尖阻力隨深度變化圖

圖3 不同土層不同狀態(tài)土樣承載力對比直方圖

通過直方圖的對比可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過處理的土層的承載力、壓縮模量等參數(shù)都有了一定的增強，淺部土層比深部土層更加明顯。

5.3 小結

根據(jù)沉降觀測和承載力檢測，可以得出以下結論：

（1）真空預壓+塑料排水板是沿海吹填區(qū)市政道路基礎設施位移控制的有效措施。

（2）在海岸淤泥吹填區(qū)域，真空預壓法對設排水板范圍內(nèi)的土壤有較好的強化作用，且與處理深度成反比關系。