海花島吹填土路基處理方法研究

艾純斌，張 敏

（1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092；2.廣東海洋大學(xué)，廣東 湛江 524094）

海花島吹填土路基處理方法研究

艾純斌1，張 敏2

（1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092；2.廣東海洋大學(xué)，廣東 湛江 524094）

以海南省儋州市海花島市政道路工程為依托，針對(duì)海花島吹填土路基提出了一套經(jīng)濟(jì)有效的路基處理方案。根據(jù)島內(nèi)一般路段和橋后路段對(duì)路基的不同要求以及吹填土土質(zhì)的差異，整個(gè)海花島路基處理方案綜合了水泥攪拌樁復(fù)合地基、強(qiáng)夯法以及等載預(yù)壓+水泥攪拌樁三種方法。由路基處理效果表明處理后的路基達(dá)到了規(guī)范的要求，同時(shí)節(jié)約了造價(jià)。該路基處理方案可為類似填島工程提供借鑒。

軟土路基；路基處理；水泥攪拌樁；強(qiáng)夯法

0 引言

海南省位于我國(guó)最南端，是國(guó)際著名的旅游島，具有典型的熱帶濱海風(fēng)光，是我國(guó)重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域。海花島是目前海南最大的人工填島，規(guī)劃定位為最美麗、最深海、最環(huán)保、配套設(shè)施最完善、規(guī)模最大的人工島[1]。島上人工吹填土地基具有含水量大，壓縮性大，黏聚力和內(nèi)摩擦角小等特點(diǎn)，實(shí)施島內(nèi)道路路面結(jié)構(gòu)之前必須進(jìn)行路基處理。本文針對(duì)海花島人工填土的土質(zhì)情況，研究設(shè)計(jì)出了一套適合海花島地區(qū)的路基處理方案。

1 海花島工程實(shí)例

1.1 海花島工程概況

海花島地區(qū)位于儋州市西北部的白馬井濱海新城，介于白馬井濱海新城和洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)之間，地處海南西部工業(yè)走廊。整個(gè)海花島像一朵盛開的花朵，其包括主島（1#島）旅游、休閑、娛樂、商貿(mào)、金融、養(yǎng)生用地，東副島（2#島）和西副島（3#島）高端休閑居住區(qū)。島內(nèi)道路規(guī)劃有致，具體路網(wǎng)布置見圖1，共計(jì)43條道路，總里程為44.7 km。

1.2 海花島路基工程地質(zhì)條件

海花島是由圍海形成的陸地，地基一般為軟土，土基含水量較高，未形成固結(jié)，根據(jù)1#島的地質(zhì)勘察報(bào)告，各土層巖性及埋藏分布特征分述如下：

①-1含細(xì)粒土粉砂（Q4m）：灰黃色，飽和，松散～稍密，砂粒成分主要為石英、長(zhǎng)石，亞圓形，顆粒均勻，級(jí)配差，含少量珊瑚碎屑及粘性土。

①-2珊瑚碎屑（Q4m）：灰色，松散，飽和，主要由珊瑚碎屑、貝殼及鈣質(zhì)膠結(jié)而成。該層在大部分鉆孔中揭露。揭露厚度0.30～7.30 m，平均厚度3.22 m，層頂埋深0.00～1.80 m，層頂高程-7.19～0.48 m。

②低液限粘土（Q4m）：灰色，流塑，含少量粉砂。揭露厚度0.50～4.10 m，平均厚度2.13 m，層頂埋深0.00～3.60 m，層頂高程-8.14～-2.15 m。

③海灘巖（Q1 m）：灰白色、灰色，巖石主要成分為礫砂、礫石、砂粒、貝殼碎屑及微生物等，由泥質(zhì)鈣質(zhì)膠結(jié)而成，膠結(jié)程度較好，巖芯呈短柱、碎塊夾砂團(tuán)狀。

④低液限粘土（Q1m）：灰色，軟～可塑，局部含砂。揭露厚度4.00～8.00 m，平均厚度6.45 m，層頂埋深0.00～3.50 m，層頂高程-9.34～-5.42 m。

⑤低液限粘土（Q1m）：灰黃色、灰綠色，可塑，局部含砂。揭露厚度0.90～15.80 m，平均厚度4.00 m，層頂埋深0.00～10.20 m，層頂高程-17.27～1.07 m。

⑤-1含細(xì)粒土粗砂（Q1m）：灰黃色，飽和，稍密～中密，砂粒成分主要為石英、長(zhǎng)石，亞圓形，顆粒均勻，級(jí)配差。該層僅在2-A-22孔中揭露，揭露厚度2.20 m，層頂埋深8.00 m，層頂高程-9.92 m。

⑥低液限粘土（N2m）：灰黃、灰色，可塑～硬塑，局部含較多砂，局部膠結(jié)成半成巖狀。最大揭露厚度為43.85 m，層頂埋深0.70～16.30 m，層頂高程-23.64～-0.84 m。

由勘察報(bào)告可知，島內(nèi)地基基礎(chǔ)軟弱，含粉砂、珊瑚屑等，表現(xiàn)為松散、級(jí)配差，不宜壓實(shí)，需進(jìn)行地基處理，否則會(huì)給后期市政基礎(chǔ)設(shè)施和土建工程帶來(lái)二次處理工作和費(fèi)用。

圖1 海花島路網(wǎng)圖

2 海花島路基處理方法研究

海花島3個(gè)島均由吹填形成。海花島1號(hào)島B區(qū)以吹填砂為主，1號(hào)島其他區(qū)域及2、3號(hào)島均以吹填軟土（淤泥質(zhì)土）為主，厚度從幾米至十幾米不等。吹填土土質(zhì)差，含水量高，吹填后的地基承載力低，回彈模量較小，且沉降尚未完全穩(wěn)定，必須進(jìn)行地基處理[2]，且處理后需達(dá)到以下要求：

（1）控制道路的工后沉降，提高地基穩(wěn)定性。

（2）為污水、雨水管道埋設(shè)創(chuàng)造條件。市政工程路面鋪筑要求是：路基連續(xù)2個(gè)月沉降不大于5 mm/月。

由《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》并結(jié)合本項(xiàng)目吹填海島地基特點(diǎn)與工程特性可知，海花島路網(wǎng)結(jié)構(gòu)中城市主干路、次干路、支路的不同路段容許工后沉降要求不同，具體見表1。

表1 容許工后沉降

由表1可知一般路段和橋臺(tái)與路堤連接部位的容許工后沉降要求不同，為了防止“橋頭跳車”，橋臺(tái)與路堤連接部位的容許沉降更嚴(yán)格。結(jié)合上述具體要求，整個(gè)海花島的路基處理方案需針對(duì)不同土質(zhì)、不同部位采用不同的軟基處理方法，力求達(dá)到處理效果和經(jīng)濟(jì)性的最佳。

3 一般路段地基處理

海花島一般路段主要由吹填軟土路段和吹填砂路段組成，根據(jù)兩種路段土質(zhì)的差異及經(jīng)濟(jì)性綜合比較后決定，吹填軟土路段采用水泥攪拌樁復(fù)合地基法[3]，而吹填砂路段則采用強(qiáng)夯法。

3.1 吹填軟土路段地基處理

吹填軟土路段采用的是水泥攪拌樁復(fù)合地基法，水泥攪拌樁復(fù)合地基法主要是利用水泥（或石灰）等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土間產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量[4]。適合無(wú)需較長(zhǎng)的樁體（樁長(zhǎng)一般小于20 m），即可穿透軟土層，并與下層好的土體形成整體。軟土層經(jīng)加固后形成復(fù)合地基，強(qiáng)度有很大的增強(qiáng)，有利沉降控制。地基處理時(shí)間一般一個(gè)多月強(qiáng)度就較高，加固效果顯著，適用于工期較短的工程。

3.1.1 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程在水泥攪拌樁中加入外加劑（如石膏粉）對(duì)攪拌樁的性質(zhì)進(jìn)行改良，一方面使水泥攪拌樁容易成樁，另一方面通過改善攪拌樁水泥土的組成，提高水泥攪拌樁的強(qiáng)度，進(jìn)而改進(jìn)復(fù)合地基的整體性能。本工程水泥攪拌樁樁徑500 mm，樁間距沿道路中心線方向間距弧長(zhǎng)1 m、垂直道路走向排距1 m布置，其中海花路路基處理示意見圖2。

圖2 海花路水泥攪拌樁處理橫斷面圖（單位：m）

3.1.2 處理效果

水泥攪拌樁復(fù)合地基的加固效果需要通過試樁來(lái)檢測(cè)[5]，本工程檢測(cè)的方法為單樁靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置示意見圖3。

圖3 單樁靜載荷試驗(yàn)裝置示意圖

試驗(yàn)采用分級(jí)加載的方法，直至達(dá)到破壞終止加載，得到單樁承載力特征值。最后通過面積置換率換算出復(fù)合地基的承載力，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知處理后的復(fù)合地基的承載力不小于120 kPa，工后沉降不大于0.2 m，滿足路基處理要求。

3.2 吹填砂路段地基處理

吹填砂路段采用的是強(qiáng)夯法，強(qiáng)夯法是指利用夯錘從高處自由落下，地基土體在強(qiáng)夯的沖擊力和振動(dòng)力作用下密實(shí)，可提高地基承載力，減少沉降，還可改善砂土的抗液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等。目前已成為大面積吹填土軟弱地基特別是吹填砂性土地基最為常用的加固措施之一[6]。

強(qiáng)夯法加固軟基的機(jī)理是夯錘自由下落以很大的沖擊能量作用于地基上，使地基土體受到很大的沖擊并以波的形式傳播開來(lái)，為了克服土顆粒間的各種阻力，隨著夯擊能量的轉(zhuǎn)化，地基將發(fā)生強(qiáng)制壓縮和振密。沖擊波的傳播過程是強(qiáng)夯法處理地基的基礎(chǔ)，沖擊波在地基中形成的波場(chǎng)見圖4。

圖4 強(qiáng)夯法在地基中形成的波場(chǎng)圖

3.2.1 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)

強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)包括夯擊能量、夯錘落距、夯擊遍數(shù)以及夯擊點(diǎn)的布置，目前夯擊能和夯擊遍數(shù)沒有精確的理論公式計(jì)算，只能通過現(xiàn)場(chǎng)試夯確定[7]。本工程采用兩遍點(diǎn)夯，夯點(diǎn)為4 m×4 m正方形分布。第一遍不少于8擊，單點(diǎn)夯擊能3 000 kN·m；第二遍不少于8擊，單擊能是3 000 kN·m；最后再以低能量滿夯1遍（單點(diǎn)夯擊能1 000 kN·m），不少于2擊，滿夯需錘印搭接不少于1/4錘徑。滿夯完成后，對(duì)交工面采用激振力400 kN振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓次數(shù)為6遍，強(qiáng)夯法夯點(diǎn)布置示意見圖5。

圖5 夯點(diǎn)布置示意圖

3.2.2 處理效果

強(qiáng)夯后的地基效果主要通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知強(qiáng)夯法處理該吹填砂路段的效果是良好的。

4 橋后連接路段地基處理

海花一橋及3號(hào)島兩座橋接坡段需進(jìn)行橋臺(tái)后地基處理。由于路堤的填筑使地基產(chǎn)生沉降，造成完工后的道路路面與橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差異沉降，導(dǎo)致產(chǎn)生“橋頭跳車”現(xiàn)象，影響行車的舒適性，嚴(yán)重時(shí)影響行車的安全。為了控制路基沉降，減少橋梁接坡段的工后沉降，在橋臺(tái)兩側(cè)一定范圍對(duì)橋頭路基進(jìn)行必要的加固處理措施[8]。從經(jīng)濟(jì)性、可行性、地質(zhì)條件和工期等方面綜合分析，本次設(shè)計(jì)提出3種方案：超載預(yù)壓；泡沫輕質(zhì)土；水泥攪拌樁＋等載預(yù)壓，方案比選見表2。

表2 地基處理方法比較表

經(jīng)綜合比較，本設(shè)計(jì)中對(duì)橋后路基采用水泥攪拌樁+等載預(yù)壓的方案進(jìn)行處理。水泥攪拌樁按沿道路中心線方向間距弧長(zhǎng)1 m、垂直道路走向排距1 m布置排列，樁徑500 mm，樁長(zhǎng)根據(jù)地質(zhì)情況一般選用12～15 m，樁頭以上回填50 cm砂礫墊層，加鋪2層土工格柵。

5 結(jié)論

本文針對(duì)海花島特殊的吹填土路基，提出了一套行之有效的路基處理方案，并得出了以下結(jié)論：

（1）市政道路一般路段和橋后路段對(duì)路基的要求不同，應(yīng)采用不同的地基處理方法，為防止“橋頭跳車”，橋后路段應(yīng)比一般路段的要求更嚴(yán)格；

（2）采用水泥攪拌樁處理吹填軟土路段和強(qiáng)夯法處理吹填砂路段的效果良好，滿足該工程的要求。

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中國(guó)最長(zhǎng)高寒地區(qū)快速鐵路鋪軌全線貫通

世界最長(zhǎng)的高寒地區(qū)快速鐵路——新建哈(爾濱)佳(木斯)鐵路，全線鋪軌貫通。這標(biāo)志著該線將進(jìn)入線路精調(diào)階段，為2018年6月開通運(yùn)營(yíng)奠定了基礎(chǔ)。

新建哈佳鐵路于2014年開工。這條鐵路從哈爾濱引出，經(jīng)賓西、方正、得莫利、依蘭到我國(guó)最東部城市佳木斯，共設(shè)有14個(gè)車站。線路全長(zhǎng)343 km，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km/h，為客貨共線快速鐵路。

哈佳鐵路通車后沿線超八成地區(qū)將結(jié)束不通火車的歷史，將直接拉近哈爾濱至佳木斯及其周邊城市的時(shí)空距離。哈爾濱到佳木斯的火車運(yùn)行時(shí)間，將從現(xiàn)在的近7 h，縮短至1.8 h，極大地改善居民出行條件。

U416.1

B

1009-7716（2017）10-0040-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.012

2017-06-30

艾純斌（1989-），男，遼寧丹東人，工程師，從事道路設(shè)計(jì)工作。