金晶，張健

（中港疏浚有限公司，上海 200002）

0 引言

圍海造地地基的水深淺區(qū)域已經(jīng)基本開發(fā)完成，淤泥層厚達10～20 m 的填海工程較為常見[1-2]。在超軟地基上回填過程中，需要結(jié)合地基處理以保證原始地基的穩(wěn)定，防止出現(xiàn)淤泥包以及保證后續(xù)加載后的穩(wěn)定性。但是由于受工期以及其他因素的制約，地基處理無法及時完成的情況下，需要優(yōu)先填海再進行地基處理，增加了填海過程中的難度[3-5]。本文以香港國際機場第三跑道填海工程（以下簡稱香港三跑工程）為例，研究超低凈空區(qū)無處理超軟地基吹填，以期能為后續(xù)類似工程提供借鑒。

1 項目概況

香港三跑工程地處香港離島區(qū)大嶼山赤鱲角現(xiàn)有機場島以北，總投資約2000 億元港幣，業(yè)主方為香港機場管理局，主要施工內(nèi)容包括填海造地、海堤施工、地基處理（水上/陸地水泥深層攪拌樁、排水板、碎石樁）以及排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)建造等，填海面積約650 hm2，回填砂量約9200 萬m3，是香港20 世紀90年代以來最大的綜合性大型填海項目。

由于香港三跑工程回填區(qū)緊鄰現(xiàn)有運行機場，為了確保安全，香港民航管理局對于機場附近的凈空高度有嚴格的管制，限制高度隨不同的區(qū)域復(fù)雜多變，中部區(qū)域限高范圍示意圖見圖1。

圖1 香港機場限高范圍示意圖（中部區(qū)域）Fig.1 Schematic diagram of height limit range of Hong Kong International Airport(middle area)

2 超凈空區(qū)情況簡介

根據(jù)設(shè)計要求[6]在地基處理前及大規(guī)?；靥钋?，先施工2 m 厚的砂墊層，根據(jù)地上建筑物重要性以及工期的緊迫程度，不同區(qū)域的地基處理分為：水下DCM（Deep Cement Mixing，深層水泥攪拌）、水下+水上DCM、PVD（Prefabricated Vertical Drain，預(yù)制垂直排水板）+水上DCM 區(qū)（原方案為PVD+碎石樁、PVD+堆載）；其中，水下地基處理在砂墊層完成后施工，水上地基處理在回填至+3 mPD（香港高程基準面）后施工。

2.1 土質(zhì)情況

根據(jù)項目前期的勘察報告，回填區(qū)原海床面基本為淤泥，部分區(qū)域作為其他疏浚工程的傾倒區(qū)，淤泥厚度在10～30 m 之間，地質(zhì)條件差，極易在回填過程中發(fā)生滑動等不利局面，需要配合地基處理同步進行。

2.2 原設(shè)計方案

回填區(qū)北側(cè)布置為跑道等重要建筑物，基本為水下DCM，且轉(zhuǎn)換率較高，回填施工過程中地基穩(wěn)定性較高；回填區(qū)南側(cè)限高要求更嚴格，未來成陸后建筑物重要性相對較小，設(shè)計原方案為PVD+堆載，PVD 區(qū)在低凈空區(qū)域可作業(yè)時間僅限跑道關(guān)閉時，工期冗長，本文主要討論南部的區(qū)域回填以及地基的穩(wěn)定性。另外，現(xiàn)有機場的排水系統(tǒng)布置在北側(cè)，與填海區(qū)相連，而排水系統(tǒng)需要在所有地基處理、新回填區(qū)的海堤施工完成后進行，故需預(yù)留一個排水渠以供機場系統(tǒng)的排水。

2.3 設(shè)計方案優(yōu)化

2.3.1 方案優(yōu)化考慮的主要因素

排水板施工難度主要集中在靠近機場的D3a、D2 以及E 區(qū)部分，由于受限高影響，E 區(qū)的排水板施工僅能在機場跑道關(guān)閉時才能施工，一周僅4 d，每天的有效工作時間不足3 h，在面積僅為10 萬m2左右的情況下，工期長達6 個月，加之后續(xù)交付標高的堆載、靜置、卸載，工期將嚴重拖長，且卸載后的砂料無法處理（按節(jié)點要求其他區(qū)域已經(jīng)交付）。

2.3.2 設(shè)計優(yōu)化方案

為縮短工期，針對排水板施工區(qū)做出優(yōu)化：

1） C、D 區(qū)的排水板仍施工，但是減少間距，滿足回填+3 mPD 需要；

2） 減少排水板施工的區(qū)域，在回填至+3 mPD 后，進行陸地DCM 施工；

3） 取消E 區(qū)排水板施工，回填至+3 mPD后，再進行地基處理，建議業(yè)主采用高壓旋噴樁。

優(yōu)化方案的分區(qū)示意圖見圖2。

圖2 設(shè)計優(yōu)化后地基處理方案（南部）Fig.2 Ground improvement plan after design improvement(south area)

2.3.3 優(yōu)化方案穩(wěn)定性計算

1） 分析斷面選取

由圖2 可知，穩(wěn)定性最差的為E 區(qū)未經(jīng)處理前直接進行回填至+3 mPD 的區(qū)域。本文主要針對斷面1 和斷面2 進行分析、計算。

2） 邊界條件

①施工荷載

根據(jù)設(shè)計文件，施工荷載不得超過20 kPa；距斜坡50 m 處，不超過5 kPa。

②潮位（水位）

香港潮位最高潮為+2.5 mPD 左右，故設(shè)計要求，最不利條件按施工至+2.5 mPD 以及潮位為+2.5 mPD 時計算，具體見表1。

表1 不同回填階段的設(shè)計潮位/水位Table 1 Design tide level/water level at different backfilling stages

③綜合安全系數(shù)

根據(jù)香港設(shè)計相關(guān)規(guī)定，正常情況下綜合安全系數(shù)取1.3，極端情況下取1.1。

④原始水深情況

根據(jù)浚前測圖，斷面1 平均原始水深為-4.75 mPD；斷面2 平均原始水深為-8.33 mPD。

⑤不同填海階段設(shè)計要求的淤泥土抗剪強度

根據(jù)項目的技術(shù)要求，不同填海階段設(shè)計要求的淤泥土抗剪強度見表2。

表2 不同階段設(shè)計要求的淤泥土抗剪強度Table 2 Shear strength of silt soil required by design in different stages

3） 計算結(jié)果

利用PLAXIS 2D 軟件對各階段的最大位移以及穩(wěn)定性進行計算，斷面1 和斷面2 匯總結(jié)果分別見表3 和表4。

表3 斷面1 計算結(jié)果匯總表Table 3 Summary of calculation result of section 1

表4 斷面2 計算結(jié)果匯總表Table 4 Summary of calculation result of section 2

由表3 及表4 可知，總體上分階段施工后，整體是穩(wěn)定的，優(yōu)化方案可行。同時，應(yīng)該注意到0～+2.5 mPD 階段穩(wěn)定性的安全系數(shù)最低，斷面1 和斷面2 分別為1.230 及1.387，施工中應(yīng)該特別注意。很明顯，設(shè)計優(yōu)化帶來了工期節(jié)約等優(yōu)勢，但也大大增加了未處理區(qū)域的回填難度。

3 方案實施

3.1 方案簡介

1） 砂墊層～-1 mPD

受限高以及現(xiàn)場機場北側(cè)現(xiàn)有海堤布錨影響，使用泵砂船+攤鋪頭工藝進行分層回填，回填厚度不大于1 m，砂墊層施工完成已經(jīng)靜置超過3 個月。泵砂船通過管線與攤鋪頭相連，平板駁通過安裝的GPS-RTK 進行平面定位，通過絞錨系統(tǒng)，控制移動速度V（移動速度V 由設(shè)定的鋪砂厚H、產(chǎn)量Q，及鋪砂寬度L 確定，V=Q/（HL）），通過攤鋪管控制砂料水下釋放的位置，進行分層施工。攤鋪頭施工示意圖見圖3。

圖3 攤鋪頭施工示意圖Fig.3 Diagram of spreader construction

2） -1～0 mPD

施工方法基本同砂墊層～-1 mPD。但是由于香港潮差較低，拖輪及錨艇受吃水限制，施工至0 mPD 難度較大?，F(xiàn)場實際過程中，僅能有小部分區(qū)域施工至0 mPD。

3） 0～+3 mPD

香港最高潮位基本在2.5 mPD 左右，為了保證后續(xù)地基處理的施工，故需要施工至+3 mPD（計算時考慮不利影響所以按+2.5 mPD 進行計算）。由于施工區(qū)未能完成施工至0 mPD，再加上如2.3.3 中所述，0 mPD 施工至+2.5 mPD 的穩(wěn)定性安全系數(shù)較低，常規(guī)施工方案可能導(dǎo)致不利地基穩(wěn)定的結(jié)果發(fā)生。同時考慮到南側(cè)排水渠的重要性，施工期正值香港雨季，所以采取了以下方案：

①由圖2 可知，E 區(qū)中間DCM 區(qū)域?qū)⑽唇?jīng)地基處理區(qū)域分成東西兩部分，業(yè)主要求的交地順序也較高，故在施工安排中先形成陸地，控制南側(cè)邊線，防止排水渠被回填料淤塞；

②考慮到限高因素影響，總體使用水力吹填方法，利用吹填管線可以靈活布置，避免超高；由于水力吹填邊坡較緩，有助提高地基穩(wěn)定性[7-8]。

③第一步：先在D 區(qū)最北側(cè)用水力吹填布置一道小圍堰，形成一定的反壓效果并保護已施工完P(guān)VD 的區(qū)域；其中規(guī)定好管線布置軸線，根據(jù)前期實驗，管線中心線兩側(cè)15 m 可形成較理想的+3 mPD 平臺，可向陸地機械提供足夠的工作面。

④第二步：在回填區(qū)最南側(cè)布置一道小圍堰，擋住將來水力吹填中細顆粒流入排水渠，避免出現(xiàn)淤積；其中，水力吹填1.5 mPD 以下部分，配合陸地機械補足+3 mPD，一方面避免水道淤積，另一方面避免陸推方式單次加載過高，邊坡不足導(dǎo)致的地基滑動問題。

⑤第三步：吹填2 道圍堤中間區(qū)域，吹填過程中每隔一段時間調(diào)整吹填管的朝向避免集中加載；24 h 密集觀測；每日產(chǎn)量不得超過5000 m3。

⑥將施工區(qū)域劃分成每段約100 m 長的施工段，使用分叉管安排流水施工，避免因第三步的產(chǎn)量限制導(dǎo)致總體產(chǎn)量降低。

⑦吹填完成后安排陸地機械整平。

⑧未處理區(qū)西側(cè)與東側(cè)使用相同方法，對稱布置。

3.2 實施效果

通過上述方案及措施，在無地基處理的吹填中，在超軟地基上回填厚達8 m 砂層，施工中未出現(xiàn)淤泥包及地基滑動現(xiàn)象。完成情況見圖4。

圖4 現(xiàn)場完成情況圖Fig.4 Completion chart on site

4 結(jié)語

在超軟地基上進行吹填過程中，不可避免地遇到各類棘手問題，本文對因各種因素導(dǎo)致的需要在無處理的情況下進行回填層厚達8 m 砂層的區(qū)域進行計算、方案研究、方案實施并采取了一定措施確保了地基的穩(wěn)定，尤其是克服高難度超低凈空區(qū)的限制，節(jié)省了近1 a 時間的總工期?？梢詾楹罄m(xù)的類似工程提供一定的借鑒。