張　明, 蔣瑞波，樊　金，余興華

(1.河南工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.河南工程學(xué)院 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，河南 鄭州 451191)

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大規(guī)模填海造地工程試驗(yàn)段地基處理方案優(yōu)選

張明1, 蔣瑞波1，樊金2，余興華1

(1.河南工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.河南工程學(xué)院 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，河南 鄭州 451191)

摘要：結(jié)合廈門(mén)翔安國(guó)際機(jī)場(chǎng)填海及地基處理工程項(xiàng)目，對(duì)比分析了各種地基處理方案的適應(yīng)性、技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性，在對(duì)試驗(yàn)段地質(zhì)條件詳細(xì)分類(lèi)的基礎(chǔ)上，確定了不同地質(zhì)條件的地基處理方案，研究結(jié)果對(duì)機(jī)場(chǎng)大規(guī)模填海、地基處理設(shè)計(jì)施工及節(jié)約工程投資等方面具有重要的指導(dǎo)意義.

關(guān)鍵詞：填海造地；地基處理；吹填土；機(jī)場(chǎng)；試驗(yàn)段

1工程概況

1.1　項(xiàng)目概述

廈門(mén)翔安國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于廈門(mén)市翔安區(qū)大小嶝島區(qū)域，規(guī)劃總占地面積為25 km2，4條跑道.擬建場(chǎng)地原為魚(yú)塘和海域，普遍分布有海積淤泥層與松散粉砂層.機(jī)場(chǎng)建設(shè)用地對(duì)工后沉降和地基承載力的要求高，場(chǎng)地海積淤泥層、粉砂層和新近吹填土層等軟基必須經(jīng)過(guò)地基處理才能滿(mǎn)足后續(xù)建設(shè)用地的要求.

1.2　試驗(yàn)段地基處理對(duì)象

為了選取合理的地基處理方案，先選取具有代表性的場(chǎng)地作為地基處理試驗(yàn)段.根據(jù)本工程的地質(zhì)和工程條件，進(jìn)行兩期試驗(yàn)段工程：(1)試驗(yàn)段一期工程總面積為24萬(wàn)m2，包括地基處理試驗(yàn)區(qū)一、試驗(yàn)區(qū)二和吹填試驗(yàn)區(qū)，面積分別為12萬(wàn)m2，2萬(wàn)m2和10萬(wàn)m2；(2)試驗(yàn)段二期工程為地基處理試驗(yàn)區(qū)三，位于海域，面積為8萬(wàn)m2.試驗(yàn)段位置如圖1所示.

圖1　試驗(yàn)段位置Fig.1　A location in test section

1.3　場(chǎng)地地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告與試驗(yàn)段勘察成果[1]，地基處理試驗(yàn)區(qū)一和試驗(yàn)區(qū)二地層自上而下主要有以下幾層：

(1)填土層(Q4ml).主要為素填土，有少量砌石構(gòu)筑，局部為填砂，顏色較雜，成分復(fù)雜.

(2)吹填層.按距離吹填龍口遠(yuǎn)近可分為淤泥、淤泥混砂與砂混泥3種地層情況，淤泥層和淤泥混砂層性質(zhì)較差，沒(méi)有明顯的分界線,淤泥分布區(qū)表面有1~2 m厚的流泥，吹填龍口地段有較粗顆粒的砂層.

(3)海積淤泥層(Q4m).包括淤泥、淤泥混砂和砂混淤泥等淤泥質(zhì)土層，具有性質(zhì)差、厚度變化大、層位交錯(cuò)分布等特點(diǎn).

(4)海陸交互相沉積層(Q4mc).包含兩個(gè)亞層：① 粉質(zhì)黏土及黏土以灰褐色、灰黃色為主，主要由黏粒、粉粒及石英砂粒組成，含砂量約10%，飽和，軟塑至可塑狀，中等壓縮性；② 粉細(xì)砂以灰色、灰黃色為主，飽和，松散至稍密狀，局部呈中密狀，含云母及貝殼碎屑，混黏性土，含量約10%，標(biāo)貫擊數(shù)為2擊，初步判斷為可液化地層.

(5)陸相沉積層(Q3al).包括3個(gè)亞層：① 粉質(zhì)黏土及黏土以灰色、灰黃色為主，混中粗砂，含云母，成分主要由黏粒、粉粒及石英砂粒組成，含砂量約10%，飽和，可塑至硬塑狀；② 中、粗、礫砂以灰黃色為主，含云母，飽和，混少許黏性土，局部混卵石，含量為35%～50%，中密至密實(shí)狀，標(biāo)貫擊數(shù)為15~17擊；③ 粉細(xì)砂以灰黃色為主，飽和，中密至密實(shí)狀，含云母，混黏性土，含量約10%，厚薄不均，標(biāo)貫擊數(shù)為15~17擊.

其下為花崗巖殘積層，包括礫質(zhì)黏性土和黏性土層，各主要土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示.

表1　主要土層的物理力學(xué)性質(zhì)Tab.1　Physical and mechanical properties of the main soil layer

2試驗(yàn)區(qū)概況

2.1　地質(zhì)條件及特點(diǎn)

根據(jù)勘察資料，試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)條件特點(diǎn)如下：(1)原狀海積淤泥或淤泥質(zhì)土層厚度變化大，分布不均勻，西南側(cè)淤泥厚度約5 m，東北側(cè)基本沒(méi)有淤泥；(2)吹填形成陸域地段的工程性質(zhì)差異大，按距吹填龍口由近及遠(yuǎn)分別分布有砂混黏土層、淤泥混砂層和超軟弱淤泥層；(3)吹填淤泥尤其表層性質(zhì)極差，含水量達(dá)200%以上，淤泥混砂層含水量也達(dá)100%以上，兩種地層沒(méi)有明顯的界線；(4)吹填龍口附近以砂和砂混淤泥為主，均處于松散狀態(tài).

2.2　試驗(yàn)區(qū)研究擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

通過(guò)地基處理試驗(yàn)區(qū)研究，擬解決如下問(wèn)題：(1)吹填土、海積淤泥處理后能否滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)的使用要求；(2)淤泥層和可液化粉細(xì)砂的地基處理方法；(3)吹填龍口附近松散砂土層的地基處理方法.

3地基處理方案比選

3.1　國(guó)內(nèi)建設(shè)的填海機(jī)場(chǎng)地基處理方法

我國(guó)在機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目中采用了多種地基處理方法，包括排水固結(jié)法、復(fù)合地基法、壓密法、置換法等.自然界土的性質(zhì)千差萬(wàn)別，處理的對(duì)象和要求也各不相同，不同的地基處理方法均有其適應(yīng)的范圍.對(duì)于機(jī)場(chǎng)大面積的填海項(xiàng)目，以深厚的淤泥、淤泥質(zhì)土為主要處理對(duì)象的工程，排水固結(jié)法經(jīng)濟(jì)有效、便于施工，目前為大多數(shù)工程采用.復(fù)合地基法造價(jià)高、承載力高、工后沉降小、施工工期短，在地基處理工期特別緊的工程中有優(yōu)勢(shì).強(qiáng)夯法造價(jià)較低，對(duì)松散土層的處理效果好，常用于處理深厚填土.大面積置換法造價(jià)高、工程影響大，一般不采用，但由于其質(zhì)量可靠，在飛行區(qū)主跑道中屢有采用.近二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)填海機(jī)場(chǎng)主要的地基處理方法如表2所示.

表2　近二十年國(guó)內(nèi)填海機(jī)場(chǎng)的地基處理方法Tab.2　Foundation treatment methods for airport reclamation land projects in recent two decades at home and abroad

續(xù)表

3.2　試驗(yàn)段地基處理方案比選

3.2.1排水固結(jié)法

排水固結(jié)法分為插板堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法與靜動(dòng)聯(lián)合排水固結(jié)法.插板堆載預(yù)壓法對(duì)于淤泥、淤泥混砂的處理效果較好，常應(yīng)用于鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口、道路等軟基處理工程中，但工期較長(zhǎng)，是本次試驗(yàn)段工程中主要考慮研究的處理方案.真空預(yù)壓、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法施工質(zhì)量較難控制，會(huì)有較大的不均勻沉降.飛行場(chǎng)道區(qū)是否可采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓方案，還需要進(jìn)一步論證，但在建筑場(chǎng)地、物流園區(qū)、航空城區(qū)等對(duì)工后沉降與差異沉降要求較低的區(qū)域，只要地質(zhì)條件合適，便可采用該方案.在本試驗(yàn)段選用真空預(yù)壓法，應(yīng)將插板底封閉.靜動(dòng)聯(lián)合排水固結(jié)法可應(yīng)用于處理含砂量較高的軟土，該方法造價(jià)較低、效率較高，對(duì)差異沉降、工后沉降和承載力要求較低的區(qū)域，在合適的地質(zhì)條件下可采用此法.

3.2.2強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法

強(qiáng)夯法利用重錘夯擊壓密土層，特別適用于填土、松散砂層等地基土的處理，具有造價(jià)低、施工進(jìn)度快等特點(diǎn)，但對(duì)于飽和淤泥的處理效果尚有較大爭(zhēng)議.該方法可處理填土、松散粉土和淺層的淤泥.強(qiáng)夯置換法處理深度一般不超過(guò)7 m，需要大量的塊石材料，適合于兩側(cè)有擠淤空間的條形處理地帶.

3.2.3高真空擊密法

高真空擊密法屬于近年來(lái)在強(qiáng)夯法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的地基處理新技術(shù)，原理是通過(guò)數(shù)遍的抽高真空排水，結(jié)合數(shù)遍變能量強(qiáng)夯，達(dá)到擊密土層、降低土體含水量、提高承載力、減少工后沉降的目的.該方法也有一些成功的先例，具有效率高的優(yōu)點(diǎn).

3.2.4復(fù)合地基法

復(fù)合地基法采用豎向加固體，穿過(guò)淤泥層，進(jìn)入下臥持力層，與設(shè)置的墊層等共同作用，將填土荷載、使用荷載大部分傳遞到下臥持力層，以達(dá)到減少淤泥層沉降、提高地基承載力的目的.豎向加固體主要有水泥攪拌樁、剛性樁、碎石樁和砂石樁、石灰樁等.深圳機(jī)場(chǎng)一期工程的站坪、停機(jī)坪和聯(lián)絡(luò)道的連接段及2003年站坪擴(kuò)建工程中曾使用水泥攪拌樁復(fù)合地基.2006年，南北站坪擴(kuò)建采用管樁-網(wǎng)復(fù)合地基處理.工程實(shí)踐表明，只要施工質(zhì)量有保證，復(fù)合地基法處理效果良好，雖與排水固結(jié)法相比造價(jià)較高，但施工工期短，在工期方面有較大優(yōu)勢(shì).

3.2.5地基處理方案比選

各種地基處理方案的技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)見(jiàn)表3.

表3　地基處理方案的技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)Tab.3　Technical and economic index for foundation treatment methods

續(xù)表

4試驗(yàn)段分區(qū)地基處理方案

為了有針對(duì)性地選取地基處理方案，將地基處理試驗(yàn)段地質(zhì)條件劃分為3類(lèi)：(1)淤泥、淤泥混砂層.淤泥包括吹填淤泥和海積原狀淤泥或淤泥質(zhì)土.地基處理試驗(yàn)區(qū)中遠(yuǎn)離吹填龍口的區(qū)域?qū)儆谠摲N地質(zhì)條件，吹填淤泥厚度為6 m，原狀淤泥厚度為0~5 m，宜選取排水固結(jié)法進(jìn)行處理，預(yù)壓荷載選取堆土(砂)、真空聯(lián)合或動(dòng)力強(qiáng)夯等方式.(2)砂、砂混淤泥.主要為吹填的松散砂和砂混黏土，吹填龍口附近區(qū)域?qū)儆谠摲N地質(zhì)條件.宜采用振沖和強(qiáng)夯兩種處理方案.(3)上部為淤泥層，下臥層為粉砂層.地基處理試驗(yàn)區(qū)二場(chǎng)地地面以下有5~6 m厚的吹填淤泥層，下臥層為可液化粉砂層和淤泥混砂層.該區(qū)采用真空預(yù)壓加砂井堆載預(yù)壓處理方案.試驗(yàn)段各分區(qū)采用的地基處理方案、位置、地層條件、處理目的和處理面積等見(jiàn)表4.

表4　試驗(yàn)段分區(qū)地基處理方案Tab.4　A zone foundation treatment schemes in test section

5結(jié)論

結(jié)合廈門(mén)翔安國(guó)際機(jī)場(chǎng)填海造地及地基處理工程，有針對(duì)性地選取地基處理方案，確定了試驗(yàn)段不同地質(zhì)條件地基的處理方案.研究成果對(duì)于指導(dǎo)機(jī)場(chǎng)大規(guī)模填海及地基處理的設(shè)計(jì)和施工、控制工程造價(jià)、節(jié)約工程投資具有重要的實(shí)踐意義.

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Optimization for foundation treatment schemes in large-scale

land reclamation project

ZHANG Ming1, JIANG Ruibo1, FAN Jin2, YU Xinghua1

(1.CollegeofCivilEngineering,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou451191,China;

2.InstituteofArtDesign,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou451191,China)

Abstract:Based on Xiang’an International Airport reclamation and foundation treatment projects in Xiamen, the adaptability, the technicality and economy of various foundation treatment schemes is analyzed. On the basis of some detailed classification for the geological conditions in the test section, foundation treatment schemes are determined according to different geological conditions. The obtained results have important practical significance for guidance the design and construction of large-scale reclamation and foundation treatment in airports, and for saving the projects investment.

Key words:land reclamation; foundation treatment; dredged fill; airport; test section

作者簡(jiǎn)介：張明(1979-)，男，湖北京山人，副教授，博士，主要從事軟土固結(jié)理論與地基處理方法等方面的研究.

基金項(xiàng)目：河南省教育廳自然科學(xué)基金(2012B560004)；河南工程學(xué)院博士基金(D2012007)

收稿日期：2015-09-14

中圖分類(lèi)號(hào)：TU447

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-330X(2015)04-0030-05