海花島吹填土路基處理方法研究

艾純斌，張 敏

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

以海南省儋州市海花島市政道路工程為依托，針對海花島吹填土路基提出了一套經濟有效的路基處理方案。根據島內一般路段和橋后路段對路基的不同要求以及吹填土土質的差異，整個海花島路基處理方案綜合了水泥攪拌樁復合地基、強夯法以及等載預壓+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到了規范的要求，同時節約了造價。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；強夯法

0 引言

海南省位于我國最南端，是國際著名的旅游島，具有典型的熱帶濱海風光，是我國重點建設區域。海花島是目前海南最大的人工填島，規劃定位為最美麗、最深海、最環保、配套設施最完善、規模最大的人工島[1]。島上人工吹填土地基具有含水量大，壓縮性大，黏聚力和內摩擦角小等特點，實施島內道路路面結構之前必須進行路基處理。本文針對海花島人工填土的土質情況，研究設計出了一套適合海花島地區的路基處理方案。

1 海花島工程實例

1.1 海花島工程概況

海花島地區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濟開發區之間，地處海南西部工業走廊。整個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、金融、養生用地，東副島（2#島）和西副島（3#島）高端休閑居住區。島內道路規劃有致，具體路網布置見圖1，共計43條道路，總里程為44.7 km。

1.2 海花島路基工程地質條件

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，根據1#島的地質勘察報告，各土層巖性及埋藏分布特征分述如下：

①-1含細粒土粉砂（Q4m）：灰黃色，飽和，松散～稍密，砂粒成分主要為石英、長石，亞圓形，顆粒均勻，級配差，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、貝殼及鈣質膠結而成。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，由泥質鈣質膠結而成，膠結程度較好，巖芯呈短柱、碎塊夾砂團狀。

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含細粒土粗砂（Q1m）：灰黃色，飽和，稍密～中密，砂粒成分主要為石英、長石，亞圓形，顆粒均勻，級配差。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。

由勘察報告可知，島內地基基礎軟弱，含粉砂、珊瑚屑等，表現為松散、級配差，不宜壓實，需進行地基處理，否則會給后期市政基礎設施和土建工程帶來二次處理工作和費用。

圖1 海花島路網圖

2 海花島路基處理方法研究

海花島3個島均由吹填形成。海花島1號島B區以吹填砂為主，1號島其他區域及2、3號島均以吹填軟土（淤泥質土）為主，厚度從幾米至十幾米不等。吹填土土質差，含水量高，吹填后的地基承載力低，回彈模量較小，且沉降尚未完全穩定，必須進行地基處理[2]，且處理后需達到以下要求：

（1）控制道路的工后沉降，提高地基穩定性。

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

由《城市道路路基設計規范》并結合本項目吹填海島地基特點與工程特性可知，海花島路網結構中城市主干路、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”，橋臺與路堤連接部位的容許沉降更嚴格。結合上述具體要求，整個海花島的路基處理方案需針對不同土質、不同部位采用不同的軟基處理方法，力求達到處理效果和經濟性的最佳。

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，根據兩種路段土質的差異及經濟性綜合比較后決定，吹填軟土路段采用水泥攪拌樁復合地基法[3]，而吹填砂路段則采用強夯法。

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合地基法，水泥攪拌樁復合地基法主要是利用水泥（或石灰）等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，由固化劑和軟土間產生一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基強度和增大變形模量[4]。適合無需較長的樁體（樁長一般小于20 m），即可穿透軟土層，并與下層好的土體形成整體。軟土層經加固后形成復合地基，強度有很大的增強，有利沉降控制。地基處理時間一般一個多月強度就較高，加固效果顯著，適用于工期較短的工程。

3.1.1 水泥攪拌樁設計參數

本工程在水泥攪拌樁中加入外加劑（如石膏粉）對攪拌樁的性質進行改良，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度，進而改進復合地基的整體性能。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

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

圖3 單樁靜載荷試驗裝置示意圖

試驗采用分級加載的方法，直至達到破壞終止加載，得到單樁承載力特征值。最后通過面積置換率換算出復合地基的承載力，由試驗數據可知處理后的復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夯法，強夯法是指利用夯錘從高處自由落下，地基土體在強夯的沖擊力和振動力作用下密實，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]。

強夯法加固軟基的機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，為了克服土顆粒間的各種阻力，隨著夯擊能量的轉化，地基將發生強制壓縮和振密。沖擊波的傳播過程是強夯法處理地基的基礎，沖擊波在地基中形成的波場見圖4。

圖4 強夯法在地基中形成的波場圖

3.2.1 強夯設計參數

強夯設計參數包括夯擊能量、夯錘落距、夯擊遍數以及夯擊點的布置，目前夯擊能和夯擊遍數沒有精確的理論公式計算，只能通過現場試夯確定[7]。本工程采用兩遍點夯，夯點為4 m×4 m正方形分布。第一遍不少于8擊，單點夯擊能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，對交工面采用激振力400 kN振動壓路機進行碾壓，碾壓次數為6遍，強夯法夯點布置示意見圖5。

圖5 夯點布置示意圖

3.2.2 處理效果

強夯后的地基效果主要通過室內試驗和現場原位試驗來檢測，通過試驗數據可知強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號島兩座橋接坡段需進行橋臺后地基處理。由于路堤的填筑使地基產生沉降，造成完工后的道路路面與橋梁結構產生差異沉降，導致產生“橋頭跳車”現象，影響行車的舒適性，嚴重時影響行車的安全。為了控制路基沉降，減少橋梁接坡段的工后沉降，在橋臺兩側一定范圍對橋頭路基進行必要的加固處理措施[8]。從經濟性、可行性、地質條件和工期等方面綜合分析，本次設計提出3種方案：超載預壓；泡沫輕質土；水泥攪拌樁＋等載預壓，方案比選見表2。

表2 地基處理方法比較表

經綜合比較，本設計中對橋后路基采用水泥攪拌樁+等載預壓的方案進行處理。水泥攪拌樁按沿道路中心線方向間距弧長1 m、垂直道路走向排距1 m布置排列，樁徑500 mm，樁長根據地質情況一般選用12～15 m，樁頭以上回填50 cm砂礫墊層，加鋪2層土工格柵。

5 結論

本文針對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，并得出了以下結論：

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

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

[1]沈捷,宋文清.海綿城市理念在海花島雨水回收利用設計中的實踐[J].給水排水,2016(10):69-73.

[2]郝志超,沈宇鵬,張堯禹.吹填土地區路基處理新方法效果對比研究[J].巖土工程學報,2013(S2):579-583.

[3]馬洪友,劉林.水泥攪拌樁復合地基承載力研究[J].公路,2013(2):50-53.

[4]孟祥源.吹填土路基處理技術及加固效果評價[D].天津:天津大學,2014.

[5]許春松.水泥攪拌樁復合地基承載特性及其在軟土路基中的應用[D].湖南長沙:湖南大學,2012.

[6]許美旗,楊曉慶.強夯法施工技術在市政道路軟土路基處理中的應用[J].施工技術,2013(S1):384-386.

[7]胡玉定,王燕.強夯法適用范圍的研究[J].施工技術,2009(S1):223-225.

[8]趙習剛.軟土地區橋梁臺后路基處理設計研究 [J].山西建筑,2016(32):198-200.

中國最長高寒地區快速鐵路鋪軌全線貫通

世界最長的高寒地區快速鐵路——新建哈(爾濱)佳(木斯)鐵路，全線鋪軌貫通。這標志著該線將進入線路精調階段，為2018年6月開通運營奠定了基礎。

新建哈佳鐵路于2014年開工。這條鐵路從哈爾濱引出，經賓西、方正、得莫利、依蘭到我國最東部城市佳木斯，共設有14個車站。線路全長343 km，設計時速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將結束不通火車的歷史，將直接拉近哈爾濱至佳木斯及其周邊城市的時空距離。哈爾濱到佳木斯的火車運行時間，將從現在的近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，從事道路設計工作。