廈門新機場試驗段吹填泥地基處理方案研究

林 暉

(廈門路橋建設集團有限公司，福建廈門 361000)

以往的填海造陸多以開山石及海砂作為工程填料，但隨著填料資源的日益匱乏及價格的不斷上漲，填海工程急需大量廉價的工程填料[1]，同時沿海地區環境治理疏浚河道、近海、航道時，有大量的疏浚泥需要棄置，因此利用疏浚泥填海造陸在沿海地區得到了廣泛的應用。吹填淤泥的性質具有三高一低的特點，即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、滲透系數小，一般呈軟塑到流塑狀態[2]。吹填淤泥是否需要處理和采用何種處理方法，取決于吹填淤泥的顆粒組成、土層厚度、均勻性和排水固結條件[3-4]。

本文根據廈門新機場試驗段的地基處理試驗成果，通過對比分析真空聯合堆載預壓和插板排水堆載預壓處理吹填淤泥的施工工藝和處理效果，探討廈門新機場吹填泥地基處理合理方案。

1 工程概況

廈門新機場擬建場地原始地貌為海域或濱海潮間帶，由于海砂、土方等優質填料匱乏，2010—2012年廈門市利用環境整治工程的河道和近海疏浚泥，在新機場規劃場地吹填造陸。至2012年底，已完成約3.0 km2魚塘區吹填，共吹填疏浚泥約1 100萬m3，形成的陸域泥面高程約5.0 m(85國家高程系，下同)。由于填料來源復雜，性質差異大，為了掌握吹填土的地基處理技術，取工程條件具有代表性的場地，進行吹填泥工程性質及地基處理技術現場試驗。

2 地質條件

場地巖性自上而下為吹填土層、海積淤泥層、粉質黏土層、黏土層等，局部有粉砂層。其中吹填土層和海積淤泥層為軟土層，為本次處理的對象，吹填淤泥含黏土顆粒較多，其強度和壓縮性指標都比天然的海積淤泥差[5]。吹填淤泥和海積淤泥物理力學性質和壓縮性指標見表 1[6]。

3 地基處理方案

試驗段一期工程分別選用了真空聯合堆載預壓和插板排水堆載預壓兩種軟基處理方法，以研究兩種處理方法在本項目的適應性。

表1 吹填淤泥和海積淤泥的物理性質和壓縮性指標

1)插板排水堆載預壓[7-9]

當采用插板排水堆載預壓處理時，插板采用SPB100-B型整體式排水板，插板間距1.0 m，正方形布置，預壓荷載強度取80 kPa，等效于5.0 m土柱高度。

插板排水堆載預壓處理斷面圖如圖1所示。

圖1 插板排水堆載預壓處理斷面

2)真空聯合堆載預壓[9]

當采用插板排水真空聯合堆載預壓時，插板采用SPB100-B型整體式排水板，插板間距0.9 m，正方形布置，滿載后抽真空180 d，填土荷載應考慮砂墊層以上至土基交工面所有填土高度。

真空聯合堆載預壓處理斷面圖見圖2。

圖2 真空聯合堆載預壓處理斷面

4 軟基處理效果分析與檢測

4.1 沉降分析

插板排水堆載預壓區共有12塊沉降板，滿載5個月后，其沉降量為896～2 831 mm，平均為1 615 mm。卸載前一個星期的平均沉降速率為0.5 mm/d。實測的插板排水堆載預壓區沉降時程曲線(CJ-3號沉降板)見圖 3[10]。

真空聯合堆載預壓區共有7塊沉降板，滿載6個月后，其沉降量為979～2 182 mm，平均為1 315 mm，卸載前一個星期的平均沉降速率為0.4 mm/d。實測的真空聯合堆載預壓區沉降時程曲線(CJ-16號沉降板)如圖 4[10]。

圖3 插板排水堆載預壓區沉降時程曲線

圖4 真空聯合堆載預壓區沉降時程曲線

由圖3和圖4可見，場區沉降總體上可以分為兩部分:①填筑施工期的沉降約占總沉降量的65%，對應于每一級加荷都有較大的沉降發生，反映了淤泥對于加荷是極其敏感的。在加荷的間歇沉降發展較快，幾乎是以直線的方式向前發展，加荷產生的沉降臺階并不明顯。②滿載預壓期的沉降約占總沉降量的35%，以拋物線的形式向前發展，滿載預壓5個月后，沉降速率已經＜0.5 mm/d，曲線趨于平緩。

經推算，插板排水堆載預壓區和真空聯合堆載預壓區的工后沉降均能滿足工后沉降＜20 cm的要求。

4.2 軟基處理效果檢測

在工后沉降滿足設計要求的情況下，進場進行鉆孔取樣檢測和原位測試，檢測孔間距30 m×30 m，鉆孔取樣和原位測試孔各一半，原位測試采用十字板剪切試驗。鉆孔取出的吹填淤泥土樣能成型，指壓有一定的強度。見圖5。

圖5 軟基處理后鉆孔取出的淤泥

插板排水堆載預壓區和真空聯合堆載預壓區處理后淤泥的性質對比如表2。由表2可見，兩種方案處理后的淤泥性質基本一致。處理后吹填淤泥含水率約56.7%，孔隙比約 1.45，十字板剪切強度 25.0～27.4 kPa。

表2 兩種方案處理后淤泥性質

5 兩種處理方法施工工藝和處理效果比較

1)插板排水堆載預壓法質量容易控制，真空聯合堆載預壓法的質量易受停電、密封膜破損、密封效果等因素的影響。

2)相比真空聯合堆載預壓法，插板排水堆載預壓法工期較長。試驗段一期工程插板排水堆載預壓區，滿載預壓5個月，總工期約為16個月;真空聯合堆載預壓區，滿載預壓5個月，總工期只要12個月。這是因為真空聯合堆載預壓法節約土石方填料，可以較早實現滿載預壓，因此工期較短。

3)插板排水堆載預壓法處理后的地基均勻，真空預壓法處理時因分區的需要，存在密封溝的處理問題。

4)真空聯合堆載預壓法在超軟地基的加載控制上有優勢，且真空荷載之后對邊界穩定和場地穩定有利。

5)插板排水堆載預壓法適用于淤泥層，造價480.4元/m2;真空聯合堆載預壓法適用于底部無連貫砂層的淤泥層，造價561.2元/m2。

在堆載預壓材料可以重復利用的情況下，插板排水堆載預壓法造價較低，而且該方法施工質量易于控制，應優先考慮插板排水堆載預壓法。當土石方材料缺乏，或者堆載材料不能周轉利用時，對差異沉降要求不嚴格的區域，可采用真空聯合堆載預壓法處理。

6 結論

1)插板排水堆載預壓區和真空聯合堆載預壓區經處理后能夠滿足機場建設對場地工后沉降和交工面地基承載力的要求。

2)兩種處理方法基本原理一致，處理后淤泥的性質基本一致。處理前真空預壓處理區淤泥性質差，因此預壓時間應適當加長。

3)后續工程的大面積飛行場道軟基處理中堆載預壓材料可以重復利用，因此建議優先考慮插板排水堆載預壓法。

4)吹填泥經插板排水堆載預壓和真空聯合堆載預壓處理后含水率約56.7%，孔隙比約1.45，十字板剪切強度25.0～27.4 kPa，處理效果顯著。

[1]彭濤，武威，黃少康，等.吹填淤泥的工程地質特性研究[J].工程勘察，1995(5):1-5.

[2]劉瑩，王清.江蘇連云港地區吹填土室內沉積試驗研究[J].地質通報，2006，25(6):763-765.

[3]王芳，郭進京，鄭忠成.吹填土地基處理方法的討論[J].巖土工程界，2008，12(6):15-17.

[4]胡順洋，劉海，嚴秀俊.強夯法處理吹填砂土基的試驗研究[J].鐵道建筑，2012(3):83-84.

[5]葉書麟，葉觀寶.地基處理[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

[6]中國鐵道科學研究院深圳研究設計院.廈門新機場吹填造地地基處理試驗段一期工程巖土工程勘察報告[R].深圳:中國鐵道科學研究院深圳研究設計院，2012.

[7]郎向偉.堆載預壓法處理軟土地基控制指標的分析[J].鐵道建筑，2012(8):93-95.

[8]田忠.真空堆載預壓加固軟基施工技術[J].鐵道建筑，2007(7):66-68.

[9]中國鐵道科學研究院深圳研究設計院.廈門新機場吹填造地地基處理試驗段一期工程施工圖設計[Z].深圳:中國鐵道科學研究院深圳研究設計院，2012.

[10]中國鐵道科學研究院深圳研究設計院.廈門新機場吹填造地地基處理試驗段一期工程研究總報告[R].深圳:中國鐵道科學研究院深圳研究設計院，2013.