濱海新區(qū)地質(zhì)概況及路基處理設(shè)計(jì)

劉潤有，代茂華，曾 偉，王曉華

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051）

1 概述

濱海新區(qū)是天津東部臨海的經(jīng)濟(jì)區(qū)，包括天津港、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、天津港保稅區(qū)三個(gè)功能區(qū)，塘沽區(qū)、漢沽區(qū)、大港區(qū)三個(gè)行政區(qū)和東麗區(qū)、津南區(qū)的部分區(qū)域，面積2270 km2，處于京津和環(huán)渤海兩大城市帶的交匯點(diǎn)，是我國對外開放的重要窗口和通道。

21世紀(jì)初期，中央把規(guī)劃和建設(shè)好天津?yàn)I海新區(qū)納入國家發(fā)展戰(zhàn)略的總體布局，為新區(qū)發(fā)展創(chuàng)造了重大歷史機(jī)遇。根據(jù)天津市“雙港雙城、相向拓展、一軸兩帶、南北生態(tài)”的城市總體發(fā)展戰(zhàn)略，濱海新區(qū)提出了“一核雙港，九區(qū)支撐”的發(fā)展策略，海濱大道、中央大道、天津大道、西中環(huán)等一批重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目也相繼啟動。因此，結(jié)合濱海新區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，研究濱海新區(qū)的路基處理設(shè)計(jì)，對于保證路基耐久性、節(jié)約工程投資就顯得非常重要。

2 濱海新區(qū)地質(zhì)概況及主要工程問題

濱海新區(qū)地質(zhì)以濱海相沉積軟土為主，同時(shí)又是鹽漬土，即鹽漬化的軟土。

2.1 軟土

天津?yàn)I海新區(qū)地勢平坦，主要受波浪和潮汐作用，形成沉積軟土，屬典型的濱海相軟土地基，其特點(diǎn)為土體孔隙率大、天然含水量高、壓縮性高、強(qiáng)度低、滲透性小，工程性質(zhì)差,地基承載力較低。

2.1.1 地質(zhì)分層情況

濱海新區(qū)地質(zhì)根據(jù)其成因，主要可分為以下幾層：

（1）人工填土層：主要為素填土，一般厚度為1～2 m左右，俗稱硬殼層。

（2）第Ⅰ陸相層：主要為河流沖積相，厚度一般為4 m左右，巖性主要為粘土、亞粘土組成，可塑～軟塑狀態(tài)，中等～高壓縮性。

（3）第Ⅰ海相層：主要為淺海相沉積，厚度一般為2～15 m左右，巖性主要為淤泥質(zhì)土、亞粘土、粘土、亞砂土組成。

①淤泥質(zhì)土：主要為灰色，含云母、有機(jī)質(zhì)，流塑狀態(tài)，高壓縮性。

②亞粘土：主要為灰色，含云母、有機(jī)質(zhì)，軟塑～流塑狀態(tài)，高壓縮性。

③粘土：主要為灰色，含云母、有機(jī)質(zhì)，軟塑狀態(tài)，高壓縮性。

④亞砂土：主要為灰色，飽和，含云母、小貝殼，中等壓縮性。

（4）第Ⅱ陸相層：主要為沖積～湖積沉積，厚度一般為5 m左右，巖性主要為亞粘土，層頂灰黑色，含云母，大量有機(jī)質(zhì)，可塑狀態(tài)，高壓縮性。

（5）第Ⅲ陸相層：主要為河流沖積相，厚度為9 m左右，巖性主要為粉砂、亞粘土、粘土組成。

（6）第Ⅱ海相層：主要為濱海～潮汐帶相沉積，巖性主要為粘土、亞粘土組成。

（7）第Ⅳ陸相層：主要為河床～河漫灘相沉積，巖性主要為粘土、亞粘土、細(xì)砂組成。

各層物理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1所列。

2.1.2 主要工程問題

軟土地基主要的工程問題體現(xiàn)為：

2.1.2.1 地基承載力和穩(wěn)定性問題

在道路荷載（靜力和動力荷載）作用下，地基承載力不能滿足要求時(shí)，地基會產(chǎn)生局部或整體剪切破壞，影響道路的正常使用，引起道路破壞或邊坡失穩(wěn)（見圖1）。

2.1.2.2 沉降、水平位移及不均勻沉降問題

在荷載作用下（靜力和動力荷載），地基產(chǎn)生變形。當(dāng)?shù)缆烦两怠⑺轿灰啤⒒虿痪鶆虺两党^相應(yīng)的允許值時(shí)，將會影響道路的正常使用，甚至可能引起破壞。道路沉降量較大時(shí)，不均勻沉降往往也比較大，不均勻沉降對道路的危害較大（見圖 2）。

表1 濱海新區(qū)地質(zhì)土性參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析表

2.2 鹽漬土

天津?yàn)I海新區(qū)面積2270 km2，其中鹽漬土面積占60%以上。表2～4為不同工程的含鹽量試驗(yàn)結(jié)果。

表2 海濱大道北段一期地基土每100 g土樣可溶鹽測定表

表3 集疏港公路地基土每100 g土樣可溶鹽測定表

表4 中央大道沿線地基土每100 g土樣可溶鹽測定表

從表2～3可以看出，濱海新區(qū)鹽漬土中氯硫比均遠(yuǎn)大于2，依據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE40-2007）對鹽漬土分類，為典型的氯鹽漬土。鹽漬土易溶鹽含量多在1.5%～5%之間，按鹽漬化程度，為中鹽漬土。在濱海新區(qū)西部個(gè)別區(qū)域，易溶鹽含量小于1.0%，為弱鹽漬土；東部靠近渤海灣附近個(gè)別區(qū)域，易溶鹽含量大于5%，為強(qiáng)鹽漬土，但覆蓋區(qū)域比較少。

由于濱海新區(qū)鹽漬土為氯鹽漬土且氯硫比較大，通過試驗(yàn)研究，天然土鹽脹系數(shù)小于3.0，加固后鹽脹系數(shù)小于1.0，因此工程中可不考慮鹽脹問題，但需解決利用氯鹽漬土填筑路基時(shí)的改良以及路基的次生鹽漬化問題。

3 濱海新區(qū)路基處理設(shè)計(jì)

濱海新區(qū)港城一體的城市布局，使得主要幾條交通干道成為集疏港道路，主要承擔(dān)著運(yùn)送港口貨物的職責(zé)，平均交通量很大，貨車比重大，超載、超限嚴(yán)重。

以海濱大道為例，大貨車比例高達(dá)51.1%，滿載貨車的載重量一般都要超過額定荷載的100%～200%，超載率最大為235%，軸載超限多在100%～250%，最大單軸高達(dá)31 t，超限率達(dá)210%；最大雙聯(lián)后軸56.62 t，超限率達(dá)215%；最大三聯(lián)后軸78.64 t，超限率達(dá)257%。無論空載、滿載，100%車輛輪胎充氣壓力P＞0.7 MPa，其中31%空載車輛輪胎充氣壓力P＞1.0 MPa；86%滿載車輛輪胎充氣壓力P＞1.0 MPa。

因此，濱海新區(qū)路基處理設(shè)計(jì)除了考慮新區(qū)鹽漬化軟基的地質(zhì)特點(diǎn)外，還應(yīng)充分考慮地區(qū)的交通特點(diǎn)。

由于濱海新區(qū)開發(fā)建設(shè)時(shí)序快，工期緊，近年來排水固結(jié)法在道路路基的處理中較少使用。縱觀新區(qū)的路基處理，主要分為兩種情況，一種是針對一般路段及鹽池采取的淺層處理，另一種是針對高填方路基及道路加寬采取的深層處理。

3.1 淺層處理

濱海新區(qū)路基淺層處理主要用于一般路段或鹽田池塘段。

3.1.1 一般路段淺層處理

考慮到道路兩側(cè)城市開發(fā)建設(shè)，路基填土一般不高，一般情況下路基清表后（根據(jù)填土高度，有時(shí)需挖除部分原狀土）采用加筋墊層進(jìn)行處理，詳見圖3。

3.1.1.1 墊層加筋材料

加筋材料采用較多的是土工格柵、復(fù)合土工布等，根據(jù)地質(zhì)情況，有時(shí)在土工加筋材料下鋪設(shè)荊芭或竹芭進(jìn)行綜合加筋。

3.1.1.2 墊層

墊層厚度一般在40～80 cm之間，具體根據(jù)地質(zhì)鉆探資料確定。墊層較薄時(shí)一般采用混碴（頂面可用石屑灌縫）或未篩分碎石，墊層較厚時(shí)下部可采用山皮土（要求含石量大于70%），上面再填筑未篩分碎石。加筋墊層的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）施工機(jī)械承托層。一般路段清表晾曬后，施工機(jī)械難以作業(yè)，加筋墊層可作為施工機(jī)械的承托層，保證施工作業(yè)面。

（2）減少沉降量。一般地基淺層部分的沉降量在總沉降量中所占的比例是比較大的。對于道路路基，在相當(dāng)于道路寬度的深度范圍內(nèi)的沉降量約占總沉降量的絕大部分。如以密實(shí)的粒料墊層代替上部軟弱土層，就可以減少這部分的沉降量。由于加筋墊層對應(yīng)力的擴(kuò)散作用，使作用在下臥層土上的壓力較小，這樣也會相應(yīng)減少下臥層土的沉降量。

（3）加速軟弱土層的排水固結(jié)。墊層材料透水性大，軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，可以使道路路基下面的孔隙水壓力迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結(jié)和提高其強(qiáng)度，避免地基土塑性破壞。

（4）阻隔毛細(xì)水上升。因?yàn)榇诸w粒的墊層材料孔隙大，不易產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象，因此可以防止地下水侵入路基，也防止寒冷地區(qū)土中結(jié)冰所造成的凍脹。這時(shí)，墊層的底面應(yīng)滿足當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度的要求。

（5）防止路基填土次生鹽漬化。由于路基填土高度較低，設(shè)置墊層可有效防止路基次生鹽漬化。

3.1.1.3 路床填料

由于濱海新區(qū)土源緊張，利用氯鹽漬土填筑路基時(shí)，如不滿足《路基設(shè)計(jì)規(guī)范》表7.10.3-2時(shí)，應(yīng)綜合考慮道路等級、交通特性、土方填筑在路基的層位、路基的干濕類型及含鹽量等因素，采用水泥石灰、石灰粉煤灰或石灰等無機(jī)結(jié)合料加以改良。對于路床填筑，由于填土高度較低，建議采用加固土進(jìn)行填筑，提高路基的整體強(qiáng)度，充分發(fā)揮路基路面的綜合作用。

3.1.2 鹽田池塘段路基淺層處理

對于鹽田池塘段路基，由于池底較低，因此打壩、抽水、清淤后填筑的粒料墊層多位于地下水位之下，因此只能作為承托層保證施工。在地下水位之上還應(yīng)設(shè)置碎石隔水層來阻止毛細(xì)水上升，防止路基次生鹽漬化。這種情況下，承托層一般采用山皮土或混碴，根據(jù)實(shí)際情況，也可以采用拆房土（建筑垃圾）填筑，碎石隔水層一般采用未篩分碎石或級配碎石。詳見圖4。

3.2 深層處理

深層處理主要用于橋頭等高填土路段，其主要目的是減小地基沉降及工后沉降。濱海新區(qū)深層處理主要包括水泥攪拌樁、旋噴樁等加固土樁以及現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等剛性樁。

對于深層處理，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

（1）由于施工機(jī)具的影響，水泥攪拌樁長期施工，質(zhì)量不容易保證，另外在置換率相同的條件下，樁長增加，單樁豎向承載力也呈增大趨勢，但由于攪拌樁隨著深度的增加，樁身軸向應(yīng)力呈衰減變化，地基土所提供的側(cè)壁摩阻力不能充分得到發(fā)揮，因此攪拌樁設(shè)計(jì)一般不宜過長。

（2）對加固處理段進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，不僅適應(yīng)路基應(yīng)力分布特性，而且可以盡可能地實(shí)現(xiàn)對工后沉降的漸變，同時(shí)還可節(jié)約工程造價(jià)。尤其對于橋頭高填土路堤，進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)是非常必要的。

（3）樁頂采用中部加筋的碎石墊層，可以充分發(fā)揮樁的作用。

（4）對于深厚軟基采用各種樁進(jìn)行深層處理，往往是樁底標(biāo)高多數(shù)情況下位于軟土層中，這種情況下，必須考慮懸樁對加固效果的影響。

4 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）根據(jù)濱海新區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)及交通特性，合理安排工期，保證足夠的預(yù)壓期（建議采用超載預(yù)壓），對減少路基工后沉降效果較好。

（2）設(shè)置碎石隔水層。針對新區(qū)地下水位高、土壤鹽漬化、路基填土不高的特點(diǎn)，從提高地基承載力、隔斷毛細(xì)水、防止路基次生鹽漬化的角度出發(fā)，設(shè)置碎石隔水層是必需的。

（3）加筋墊層可有效減少不均勻沉降。在碎石墊層中設(shè)置土工加筋材料，與無筋墊層相比，加筋墊層能減小10%～31.5%的單位路堤沉降量。

（4）氯鹽漬土用于路基填筑時(shí)必須進(jìn)行改良。

無機(jī)結(jié)合料加固氯鹽漬土，在強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、抗凍性等性能方面優(yōu)劣排序?yàn)椋核嗍彝粒臼曳勖夯彝粒臼彝粒舅嗤痢Ｔ诰唧w工程設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮道路等級、交通特性、土方填筑在路基的層位、路基的干濕類型及含鹽量等因素后確定。

（5）路基處理與路面設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮。一方面要嚴(yán)格控制路基填料的CBR，橋頭填土壓實(shí)度應(yīng)適當(dāng)提高，另一方面應(yīng)盡可能提高路床頂面的土基回彈模量，發(fā)揮路基路面的綜合作用，提高道路的耐久性。

[1]江蘇寧滬高速公路股份有限公司、河海大學(xué)主編.交通土建軟土地基工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]劉潤有，蔣宏偉.橋頭復(fù)合地基處理設(shè)計(jì)（J）.城市道橋與防洪，2007，（6）.

[3]劉潤有，蔣宏偉.海濱大道工程中的軟土地基處理設(shè)計(jì)（J）.天津市政設(shè)計(jì)，2005，（1）.

[4]王肇森，劉潤有.水泥攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算（J）.天津建設(shè)科技，2003，（6）.