寧波象山港北岸吹砂場地軟基處理效果分析

任旭挺

寧波公路市政設計有限公司 浙江 寧波 315000

一段時間以來，我國濱海地區由于港口碼頭及外向型產業園區建設需要，將一些臨灣臨港區域進行圍海造陸，用于城市建設和產業布局，一定程度上有效緩解了經濟發展與建設用地不足的矛盾。但是由于濱海地區較為特殊的地形地貌及水文地質條件，場地用于基礎設施建設之前需要進行必要的處理，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達到開發建設要求，同時兼顧經濟性，國內外已經積累了不少工程經驗。本文主要通過工程實例分析闡述了濱海圍涂區域市政道路建設軟土地基處理方案選用及竣工后相關處理效果對比分析，對類似工程具有借鑒作用。

1 工程概況

本基礎設施項目地處浙江省寧波市象山港北岸的鄞州經濟開發區二期圍海區域，總開發面積約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建設地塊，項目包含新建八條網狀城市道路、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施。項目的建成將為鄞州經濟開發區二期開發提供可靠的基礎設施保障，建設完善區域內道路及排水系統，并將為區內待開發地塊提供不可缺少的水、電、煤氣、通訊等市政基礎配套設施，創造良好的投資及生活環境。且項目采用PPP模式，總投資約12億元，考慮融資成本項目工期要求相對較高。

場地內八條道路以網格狀分布，其中經三路位于場地中心位置，工況更具代表性，本文以經三路為對象進行分析。經三路工程為南北走向，道路全長2.514km，為城市主干路，設計速度為60km/h，標準路基寬度為50m，雙向六車道斷面形式，道路兩側為10m至25m寬綠化帶。機動車道路面結構為4cm厚細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厚水泥穩定碎石基層，路面結構層總厚度為72cm，在已經形成的吹砂層上采用宕渣超寬填筑路基，并對下部軟基進行處理。根據規劃資料，經三路除橋梁以外的一般路段路面設計標高為3.50m左右（1985年國家高程基準，下同）。

2 地形地貌及地質情況

本工程場地位于寧波市象山港北側的灘涂上，場區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土，工程區屬于較穩定的淤漲型海涂，以淤泥質土、淤泥質粘土、淤泥質粉質粘土為主，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層淤泥質粉質粘土（mQ42），②-2層淤泥質粉質粘土（mQ42），④層淤泥質粘土（mQ41），⑤層粉質粘土（al-lQ32-2），⑥粘土（al-lQ32-1），⑦-1層中砂（alQ32-2），⑦-2層粉質粘土（allQ22-2），⑦-3層含粘性土角礫（alQ22-2）。場地吹填（砂）至標高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，宜根據地基土的工程性質、路堤填筑高度、工期要求、當地積累的經驗以及對周圍環境施工的特定要求，采用最適合該區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。經充分分析本項目特點，道路周邊地塊均采用宕渣填筑，目前尚未開發無構筑物存在，本工程道路整體地基處理方法結合了周邊地塊的開發時序因素，且軟基處理工期需滿足PPP工程總工期要求，處理方法經濟可行、技術先進、易于施工。

路基容許工后變形執行《城市道路路基設計規范》（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行分析，根據現行《城市道路路基設計規范》（CJJ 194-2013）路基容許工后變形要求，經三路為主干路，一般路段工后沉降按不大于0.30m控制設計。通過理論分析計算，總沉降量S為：

式中ms為綜合經驗修正系數，此處按經驗公示估算，Sc為主固結沉降，吹填砂層按硬殼層考慮，經三路總沉降量估算值為148cm。主干路瀝青混凝土路面設計使用年限取15年[3]，此處期末的地基沉降量按總沉降量控制設計，工后沉降Sp為：

式中S0為路面設計使用年限末的地基沉降量，Scp為路面施工（預壓）期沉降量，因此根據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計目標。

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、膠結法、擠密法、置換法、加筋土等。根據地質情況，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，強夯法如配合排水板施工也可達到預期效果，但由于場地軟土工程性質差，較難承受強夯機械的自重。因此從處理效果、經濟性及可行性方面綜合比較，本工程軟土地基的處理選用預壓排水固結法，預壓排水固結法根據加壓系統的不同，分為堆載排水預壓法和真空排水預壓法。根據本項目地質情況，結合類似工況項目成熟的技術經驗，從施工工期、加固深度、施工質量控制、處理效果等方面綜合考慮，本項目軟基處理采用超載預壓法結合塑料排水板的處理方案，預壓宕渣卸載后可用于周邊場地填筑之用，節省造價。

超載預壓法結合塑料排水板是在軟土地基上分級堆載預壓，將土體中的孔隙水排出，地基土逐漸固結，從而使地基發生沉降，結合塑料排水板加速排水達到提高地基承載力和穩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（標高為1.5m至2.0m）上鋪40cm厚級配碎石層，根據軟土層厚度打設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壓標高5.0m進行堆載預壓，同步路基兩側坡腳設置排水溝，設計預壓期不小于12個月，待沉降穩定后卸載宕渣至道路路基設計標高約2.80m，后續實施管道及路面。

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

4 沉降觀測及監測

本工程路基沉降觀測工作分為填筑期觀測、預壓期觀測，由第三方進行監測。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土，依據地基沉降量的組成，可以分為回填土本身的沉降量和下臥地基土的沉降量。回填土不僅是下臥土層的荷載，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生很大的沉降量。在路基施工過程中實施沉降穩定動態控制，正確控制填筑速率以確保路堤的穩定性，確定加載預壓強度和卸載時間，使不利的沉降量提早發生，確保結構物的安全，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，保證路面結構完整和車輛高速平穩行駛。

沉降板設置要求：一般路段每隔100m設置一個觀測斷面，每個觀測斷面布設左中右三個觀測點埋置沉降板。沉降觀測數據經修正處理以后，按近似公式S實=（B+△B）×(△h1+2△h2+△h3)/4計算斷面沉降方量，S實-實測斷面沉降的面積，B-路面標準寬度，△B-路面加寬值，△h1-左側邊緣實測沉降值，△h2-道路中心處實測沉降值，△h3-右側邊緣實測沉降值。

填筑期控制要求：極限填筑高度內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不大于15mm/24h[4]。

路基穩定的判斷標準：本項目路基采用工期與沉降速率雙控穩定判斷標準，通過連續觀測，連續兩個月每月累計沉降量均不大于5mm時即判斷為沉降穩定，且預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，通過專項驗收后方可實施路面。

5 堆載預壓處理效果分析

綜合宕渣供料、進場條件等因素，片區道路宕渣路基填筑采用分段填筑分段監測形式，基本于2018年6月至10月堆載至設計預壓高程5.0m，選取經三路K1+152.820-K2+514.239段（一個監測路段）沉降監測報告數據，該路段長度約1.4km，于2018年7月31日填筑至堆載設計標高5.0m進入預壓期，直至2019年8月24日止，最后連續兩個月每月累計沉降量平均值均小于5mm，單點最大值分別為4.99mm及3.69mm，滿足連續兩個月每月累計沉降量均小于5mm沉降穩定要求。

相關分析：

(1) 預壓期：根據沉降監測數據，該路段路基沉降穩定實際預壓期為12.7個月，較原設計沉降期12個月長。同期建設的其他道路實際預壓期在10個月至16個月之間，且預壓期總體與堆載厚度呈正相關性。

圖2 經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。因實際開工進場地面（吹砂面）復測時，已較設計測量地面標高下降約21cm-35cm，因此實際已完成沉降約122.3cm-136.3cm，工后沉降量可以控制在30cm以內。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生較大的荷載，從而產生較大沉降，隨著路基填筑的推進，在隨后的超載預壓期間由于路基受到超載的重力作用也發生明顯沉降，但沉降變化趨于平穩。

圖1 經三路路基實測沉降曲線圖（局部路段）[5]

(3) 理論沉降趨勢驗證：通過實測沉降曲線與理論沉降曲線做對比，變化趨勢接近，施工期實際發生的沉降量較同期理論值略小。此處理論與實際施工工況存在一定差異，設計階段填筑期按分層填筑線性加荷理想工況，后實際因供料等因素填筑階段未嚴格執行，后期集中堆載階段呈現出沉降變化較快的現象，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生較大的荷載，從而產生較大沉降，隨著路基填筑的推進，在隨后的超載預壓期間由于地基受到超載的重力作用也發生明顯沉降，但沉降變化趨于平穩。另在設計預壓期考慮了沉降補方填料增重影響，后實際未補方。包括計算參數取值、工序差異在內的諸多因素均是沉降曲線圖形差異的原因。

6 結束語

寧波地區軟土分布廣泛，道路建設中軟基處理造價占比也較高，作為項目建設中重要的設計要點難點一直廣受重視，尤其在橋頭跳車治理上往往作為專項整治工程來實施。本文以片區場地內八條道路中具有代表性的經三路作為案例，通過經三路一個觀測路段路基實際沉降與理論設計進行對比分析，施工期已完成大部分沉降，工后沉降量滿足規范要求，且工期也得到有效控制，總體達到了預期設計效果。

根據本項目同時也結合以往工程設計回頭看等經驗，軟基設計在理論分析計算與實際效果之間往往吻合度不足，因此重點關注地質、工況及后期效果更具借鑒與指導意義。