海砂換填道路軟基的方案設計與施工應用

肖金寶（泉州臺商投資區城市建設發展有限公司，泉州362000）

海砂換填道路軟基的方案設計與施工應用

肖金寶
（泉州臺商投資區城市建設發展有限公司，泉州362000）

本文以泉州市臺商投資區通港公路拓改工程的軟基處理為北京，分析了海砂的特性及其在軟基換填處理中的技術可行性、經濟合理性，對海砂在換填處理中的應用技術及效果進行了探討，以便在缺少河沙的沿海地區推廣應用。

軟基處理地質分析設計方案施工應用

0 前言

福建省位于中國東海沿海，其中福州、莆田、泉州、廈門和漳州等城市的沿海地區，多是濱海沉積演變的陸地，淺層多埋藏有淤泥及淤泥質土。淤泥及淤泥質土屬于軟土，具有天然含水量大、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低等特點，因此不能直接作為路基的持力層，必須經過特別處理。否則，由于軟弱土的抗剪強度不足，在路基受到車輛荷載作用時，極易造成路基出現局部破壞或者是整體剪切破壞，導致公路路基出現失穩、塌方以及滑坡等病害問題；由于軟土在荷載的作用下會出現較大的沉降變形，特別是會出現不均勻沉降的問題，因而有可能造成后期公路工程出現路面開裂、下沉、車轍、唧漿，嚴重的整幅路面都會發生下陷或位移和橋頭跳車等現象。

1 工程概況

泉州市臺商投資區通港公路拓改工程（以下簡稱通港公路）位于泉州臺商投資區的西南部，呈東西走向，西起海邊的沿海大通道，東至張青公路的起點，路線全長8.02km。改造前的通港公路是一條二級公路，路基寬18m，路面寬15m，土路肩寬1.5m，機動車道雙向4車道。改造后的的通港公路是一條主干路，紅線寬度50m，主車道為雙向6車道。

泉州臺商投資區地形波狀起伏，由南向北，地貌類型依次為海灣淤積平原、低緩丘陵、花崗巖低山，由于圍墾作用和沿海大通道公路的修建，沿海灘涂已整治為農田，海積平原主要分布在南部和中部，地面高程較低，一般介于0.5～2.0m。通港公路從起點沿海大通道至K4+000段主要為人工圍墾區和農田，為濱海平原區，地層主要由第四系海相沉積層粉質粘土、細中砂、淤泥、粉質粘土、第四系殘積砂質粘性土和燕山期全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖、微風化花崗巖組成，現狀地面高程介于0.5～2.0m，淤泥層厚1～10m不等。

2 軟基處理設計

2.1 地質條件

根據福建省泉州市水電工程勘察院提供的《泉州臺商投資區通港公路拓改工程工程地質勘察報告》，通港公路K1+400~K1+700路段全部為淺層軟基，本路段準確的地質情況為：（1）表層為填土，呈灰褐、黃褐等雜色，主要為坡殘積土回填，為現有路基兩側的人工回填土，堆填時間約10年，未經專門壓實處理，含建筑垃圾、磚塊、碎石、少量生活垃圾，潮濕，松散-稍密，厚度0.40～1.1m。（2）第二層為淤泥，海積成因，以淤泥為主，局部為淤泥質粉質粘土，一般均含少量細中砂及貝殼，局部夾薄層砂，飽和，流塑，厚度為1.8～2.8m。（3）第三層是殘積砂質粘性土，呈黃褐、灰黃色，主要為花崗巖風化土，稍有光澤、無搖震反應、干強度低、韌性低；稍濕-飽和，硬塑-堅硬為主，屬硬塑狀殘積土。（4）底下巖土層為全分化花崗巖、強分化花崗巖或中分化花崗巖。該段的穩定地水位埋深為0.30～0.63m，水位的年變化幅度一般為0.50～1.50m。

根據上述地質情況，對通港公路K1+400~K1+700路段中軟基最深的K1+550位置的天然地基進行沉降計算，K1+550位置的地質情況詳見圖1。

穩定驗算采用圓弧滑動法中的有效固結應力法，計算公式如式（1）和式（2）。

以上公式中，主固結沉降Sc采用分層綜合法中的e-p曲線計算；最終沉降S∞=msSc；工后沉降Sp按公式Sp=S0-Scp計算，S0為路面設計使用年限內地基發生的總沉降，Scp為路基路面施工期沉降。

計算中的一些參數取值，路基土層分兩層，上層路面結構層厚0.7m，下層路基層厚2.76m；施工工期12個月；工后沉降基準期為路面設計使用年限15年；穩定安全系數容許值取有效固結應力法中直接快剪不考慮固結的1.1；容許工后沉降取主干路和二級公路的大值0.3m。

計算結果穩定安全系數F=2.53，大于容許穩定安全系數1.1，天然地基穩定驗算滿足規范要求；工后沉降Sp= 0.436m，大于容許工后沉降0.3m，不滿足規范要求，需要進行處理。

2.2 軟基處理方案分析

軟土路基處理方案，應結合當地氣候、地形、水文、地質、材料、建設工期、養護條件、工程實踐經驗和技術水平等因素，按照因地制宜、就地取材、分期修建、綜合處治的原則進行充分論證，選擇恰當的處治方法，使設計和施工方案做到因地制宜，技術可行，經濟合理，安全環保。

道路軟基的常見處理方法有換填法、強夯法、粒料樁法、水泥攪拌樁法、粉噴樁法、CFG樁法和堆載預壓法等。而通港公路K1+400~K1+700路段只存在淺層軟基，需要處理的最大深度只有3.1m，最適合的處理辦法是換填法。但該路段地下水位埋藏深度只有0.5m，且和北面的百崎湖相連，無法重力排水，所以該路段的軟基不能換填土，要全部換填抗剪強度較高、壓縮性較小的巖土材料，如中粗砂或碎石等。

泉州沿海地區缺少河砂，近幾年大建設大量開采，已經枯竭，預算單價每立方米約120元但有價無市，無法作為換填材料。碎石開采爆破，破壞山體，粉塵和噪音污染嚴重，且每立方米約80元，造價較高，從環保和經濟角度考慮，不適合作為換填材料。通過對通港公路南邊海岸的海砂取樣試驗得知，該區域海砂的細度模數為2.5（中砂偏細），級配一般，含鹽量一般（NaCl含量0.3%～0.5%），透水性不強，且含有貝殼等雜物，但它成本低、粒形好、含泥量低，儲量豐富。從強度考慮，海砂抗剪強度較高、壓縮性較小，不懼泡水，可以作為換填材料；從透水性考慮，軟基全部換填，不進行排水固結，對換填材料的透水性不做要求，海砂可以作為換填材料；從鹽漬土危害考慮，海砂的鹽漬是由海水浸漬形成的，鹽分主要來自海水，氯離子含量只有0.3%～0.5%，屬于弱鹽漬土，不會產生鹽脹、溶陷問題，一般路段軟基換填中沒有鋼筋混凝土構筑物，就不怕氯離子腐蝕，可以作為換填材料，所以從技術角度考慮，海砂可以作為一般路段的軟基換填材料。海砂的單價每立方米約30元，比碎石的每立方米約80元和河砂的的每立方米約120元，便宜很多，所以從經濟角度考慮，采用海砂作為軟基換填材料是合理可行的。

沿海地區海砂資源豐富，合理適度的開采，對環境造成的影響很小，且開采作業較為安全，從環保安全角度考慮，與碎石和河砂相比，海砂更環保安全。綜合以上分析，從就地取材、技術可行性、經濟合理性和環保安全考慮，海砂是通港公路K1+400~K1+700路段最適合的軟基換填材料。若采用全部換填海砂方案，計算得到的工后沉降Sp=0.179m，小于容許工后沉降0.3m，滿足規范要求，該軟基處理方案技術可行。

2.3 軟基處理方案的確定

經過方案、可行性研報告和初步設計的專家論證，通港公路K1+400~K1+700路段最終確定的軟基處理方案，挖除全部的填土和淤泥至殘積砂質粘性土層，回填海砂至地下水豐水期水位以上0.5m，再回填符合路基填土要求的土。

圖1 地質剖面圖（單位：m）

3 軟基處理施工

通港公路K1+400~K1+700路段的豐水期水位為0.30～0.63m，枯水期水位為1.58～1.91m，所以軟基處理施工選擇在枯水期10月至12月施工。由于淤泥層及其底下殘積砂質粘性土層的透水系數很小，滲水速度很慢，施工期間可以抽排疏干地下水。

3.1 清淤

用一臺挖掘機在路基內從一端開始開挖淤泥，裝到土方車，運到指定棄土場堆棄。當挖至地下水位時，在兩側挖臨時排水溝，抽排地下水，保持無水作業，繼續清淤至殘積砂質粘性土層。

3.2 填筑海砂

清淤檢查合格后，立即分層回填海砂，第一層砂的松鋪厚度應按400～600mm；其余分層的最大松鋪厚度不應超過400mm；填筑至路堤頂面最后一層的壓實厚度不應小于100mm。填筑第一、二層砂時，施工橫坡度宜控制在3%左右，且應設成內傾橫坡，橫向水流指向路中心，逐層填高后，施工橫坡度可以適當減小。填砂攤鋪采用推土機粗平并配合平地機精平，采用20t以上的前后輪驅動振動壓路機進行碾壓。同時為保證運砂重車在填砂路基上正常行駛、調頭，填砂路基要經常灑水（特別是在旱季），保持表層濕潤，形成的車轍應及時整平、碾壓。填砂直至地下水豐水期水位以上0.5m，然后連續灌水20天，再用大噸位壓路機（YZ26及以上型）補強碾壓，檢驗合格后才能進行下道工序的施工。

4 結語

通港公路于2015年1月竣工驗收合格，目前已通車運行2年，至今未發現有因路基沉降而產生路面沉陷或斷裂等現象，可以初步判斷通港公路K1+400～K1+700路段軟基換填海砂處理是成功的。實踐證明，只要嚴格執行《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》（JTG/T D31-02-2013）的要求，收集完整的軟基地質資料，制定合理的施工方案，控制好原材料的質量，認真做好排水、清淤、回填及壓實等工序，淺層軟基采用換填海砂處理方案技術可行，經濟環保。實踐表明：在沿海附近如有大面積軟基工程，采用清淤換填進行處理時，使用海砂作為換填材料，還是具有一定的經濟性和合理性的，值得推廣應用。

[1]龔曉南.高等級公路地基處理設計指南[M].北京：人民交通出版社. 2005.

[2]JTG/TD31-02-2013，公路軟土地基路堤設計與施工技術細則[S].

[3]JTG D30—2015，公路路基設計規范[S].

[4]CJJ 194-2013，城市道路路基設計規范[S].