沿海吹填區市政道路基礎設施位移控制關鍵技術淺析

陳 豪，瞿和甌

（溫州市城市道路建設研究中心，浙江 溫州 325000）

0 引言

由于沿海地區土地資源缺乏，大量的海岸帶被開發成了住宅和工業用地。在海涂和新吹填土中，其工程地質特征常常是“三高兩低”。其特點是：高含水量，高孔隙比，高壓收縮，滲透率低，強度低。相對于養殖用地，建設用地須具備較高的承載力和較小的地基變形要求。因此，原狀土必須經處理后，才能滿足建設要求。本文將理論與實踐相結合，提出一種適合沿海吹填區大規模使用的位移控制技術，并分析其效果。

1 吹填區市政基礎設施位移產生的問題

海涂改造成建設用地難度大、成本高、時間長。在海涂區域進行基礎設施建設，因位移難以控制，極易產生各種工程質量問題。按問題產生的時間，可分為施工時和施工后。

1.1 施工時的問題

（1）地基承載力低，施工人員、機械難以進場。吹填區的原狀土一般為灘涂土，吹填的材料往往也是海泥或海砂，整個場地場坪低，含水量極高，缺少排水通道，承載力極低，施工車輛甚至施工人員都難以進入。

（2）橋梁樁基易偏移。吹填區淤泥層厚，橋梁樁基須打至基巖，樁長較長。施工時，施工方往往在吹填面高程上開始施工樁基。施工完樁基后，在開挖承臺時，因兩側開挖不均，樁基常常被淤泥擠偏。

（3）河道、管線開挖難度大。吹填區地下水位高，吹填土含水量高、強度低、靈敏度高，土體往往呈流塑狀。在原狀吹填土區域內開挖河道和管線時，開挖到一定深度，流塑狀的土體向開挖處涌動，河道和管線難以開挖到設計高程。

1.2 施工后的問題

（1）市政道路沉降大，路面凹陷、開裂。吹填區因特殊的地質特性、施工質量和工期，軟基處理往往難以到達設計要求。尤其是路基工后沉降往往過大，造成路面凹陷、開裂。

（2）市政橋頭跳車、橋接坡路面開裂等問題。市政道路采用軟基處理后，工后沉降雖然得到控制，但仍會沉降。橋梁采用的是樁基礎，打入基巖，不會沉降。因此，兩者間的不同沉降會產生橋頭跳車、橋接坡路面開裂或承臺上路面波浪問題。

（3）市政管線變形，產生裂縫甚至錯位。因吹填區軟基處理未達到設計標準，市政管線工后沉降大，且不同區域沉降不均，造成重力管排水不暢。更有甚者，管線變形過大后，管線產生裂縫，接口錯位。

2 市政基礎設施出現問題成因分析

（1）整個場地為灘涂區，場地承載力低，受力后易發生變形，造成地基或管線沉降、邊坡失穩、橋樁偏移。

（2）灘涂區土體孔隙比高、壓縮性高，建設時受力影響范圍內，地基變形大、變形時間長。

（3）灘涂區土體含水量高、滲透率低，呈流塑狀，且需要很長時間才能排水固結，滿足在其上層建設的要求。

3 沿海吹填區市政道路基礎位移控制技術

根據成因分析，要在吹填區上進行市政建設，必須要解決土體中水的問題，而且要通過工程措施加快土體排水。

根據工程經驗，吹填區位移控制的方法主要有真空預壓法、堆載預壓法、真空-堆載聯合預壓法、換填法、強夯法、復合地基法等。

3.1 技術比較

結合區域實際地質條件和加固要求，著重從技術、造價、工期和施工可行性等方面具體分析不同的軟基處理方式的特點，包括施工、工期、成本，具體見表1。

表1 吹填區位移控制處理方法特點比較

軟基處理的本質是通過工程措施（費用）換取時間，因此從工期與造價兩個方面對以上處理方案進行比較。

工期：③水泥攪拌樁＜①真空聯合堆載預壓法+豎向排水板＜②堆載預壓+土工合成材料加筋法。

地基處理單位造價：②堆載預壓+土工合成材料加筋法＜①真空聯合堆載預壓+豎向排水板法＜③水泥攪拌樁。

綜合工期和造價因素，真空聯合堆載預壓+豎向排水板法是處理大范圍的吹填土較好的辦法。

3.2 真空預壓+豎向排水板法加固機理

真空預壓法是一種比較有效的加固方式。它是利用真空產生的局部負壓源，減少土壤中的孔隙水壓力，從而達到排出孔隙水、增加有效應力、壓密土壤的目的。

目前，國內外對真空預壓加固機理的研究、數值模擬計算、現場試驗和實驗室模擬試驗都有較大的發展。趙維炳[1]對真空預壓砂井地基的半解析解進行了改進，使之適合于堆載預壓及成層土。孫立強等[2]在現場和實驗室實驗中，利用超軟土真空預壓法研究了真空預壓法加固效果不理想的原因，得出了二次插板補強的結論。樓曉明等[3]分析原位測試結果，并提出了按強度增加與深度遞減規律計算超固結比及真空固結應力在深度上的分布。

關于真空預壓法的負壓轉移和加固深度問題尚有許多爭論。閆澍旺等運用彈性力學原理，介紹了真空預壓法在軟土地基中的作用機制，并用實際工程實踐證明，真空預壓法的有效加固深度可以達到10 m以上。經研究，真空預壓法的有效加固深度與排水管板的埋設深度有關，經對抽放20 m 排水管的真空預壓軟基工程進行分析，發現對20 m 以下的地基仍然具有一定的加固作用。

下文將在溫州市甌江口新區一期市政工程案例中分析本工法的實際使用效果。

4 理論在工程案例中的應用

4.1 工程概況

以溫州市甌江口新區一期市政工程為背景，進行吹填土區域市政道路基礎設施位移關鍵技術分析。

溫州市甌江口新區一期市政建設項目，地處甌江口新城的中心地帶，是一座城市的重要組成部分。其具體范圍包括：經七路以西，北至北圍堤，東至經一路，南至通海大道，共計14.72 km2。目前已建淺灘填埋場，基坑高度在2.6～2.8 m 之間。

甌江口新區一期工程總體布置在溫州淺灘，在海床軟質基礎上進行了吹填。根據現場實測資料，在46.20 m 以下的基礎上，可將其分為4 個級別：第1層為流塑-軟塑狀、高壓縮性；第二層為砂質、流塑型、無層理、局部微層理、區域分布；第三層為泥質，流塑，不具層理，局部有少量的貝殼碎片，分布于全區；第四層為泥質黏土、流塑、鱗片狀區域。

根據地勘報告，溫州甌江口新區的地質屬于典型的吹填區地質。在其范圍內進行道路建設，地基需要滿足市政道路的建設要求。

4.2 位移控制要求

道路基礎設施位移控制要求：表層0～2 m 深度范圍內地基承載力特征值不小于80 kPa，2 m 以下加固范圍內地基承載力特征值不小于60 kPa，15 a內地基工后沉降要求不大于30～50 cm。

4.3 應用中的難點

溫州甌江口新區的建設場地，吹填土以淤泥為主，淤泥層厚度大，導致在市政配套工程建設中，吹填土區域需進行市政道路基礎設施位移控制。

針對大面積的濱海吹填區軟土地基，位移控制有以下難點。

（1）由于吹填深度深、面積大，且江浙一帶大多為平原，缺乏填筑材料，不宜采用換填法。

（2）復合地基法造價高昂，不適用于大面積的吹填區域。

4.4 甌江口道路位移控制采取的設計方案與施工過程

對于大面積深厚軟土地基，工程中較多采用真空預壓法、堆載預壓法或強夯法。

綜合考慮甌江口地質條件、現場情況、工期時間和造價，道路一般路段大部分采用真空預壓+豎向排水板法。

設計方案為：豎向排水板長20 m，間距0.8 m，正方形布置，抽真空壓強80 kPa，時間不少于3 個月（根據沉降速率確定抽真空時間），處理范圍為道路路基范圍。

施工過程：先在原狀土上鋪筑砂墊層，厚度0.5 m；再將排水板打至底標高-16 m，塑料排水板長19.6 m，其間距均為0.8 m，正方形布置。然后，在地表鋪真空膜，開始抽真空。由于沉降一直難以穩定，實際抽真空時間約為180 d。

5 應用評估

5.1 地表沉降與真空度檢測評估

減少地基沉降是地基處理的目的。地基沉降的變化規律是工程設計中控制工程進度、合理安排工程設計的關鍵，同時也是最直觀的檢測方法。大范圍的真空預壓會導致場地的沉降加速，在較短時間內，特別是在抽氣初期消除大量沉降，加固效果很明顯。

由于每個路段內不同區塊的沉降和真空度歷時曲線很接近，所以此處只給出路段有代表性的沉降和真空度歷時曲線（見圖1）。

圖1 第九合同段某路沉降歷時曲線

上述監測結果表明，在真空壓力施加初始階段，隨著土體中真空度的增加，各土層在真空壓力的作用下發生固結壓縮，逐漸引起地表沉降。

通過觀測到的沉降數據和記錄曲線可知，整個場地的固結沉降與真空預壓時間有很大的相關性。在真空預壓作用前期（5～7 d），地面沉降速度最大；在真空度升高后，地面沉降速度逐漸降低，最終以一個相對平穩的速度緩慢收斂。

5.2 承載力檢測評估

通過靜力觸探試驗，檢測不同深度土層的承載力，并與原狀情況進行比較，詳見圖2、圖3。

圖2 鉆孔處預壓處理前后錐尖阻力隨深度變化圖

圖3 不同土層不同狀態土樣承載力對比直方圖

通過直方圖的對比可以發現，經過處理的土層的承載力、壓縮模量等參數都有了一定的增強，淺部土層比深部土層更加明顯。

5.3 小結

根據沉降觀測和承載力檢測，可以得出以下結論：

（1）真空預壓+塑料排水板是沿海吹填區市政道路基礎設施位移控制的有效措施。

（2）在海岸淤泥吹填區域，真空預壓法對設排水板范圍內的土壤有較好的強化作用，且與處理深度成反比關系。