大规模填海造地工程试验段地基处理方案优选

张　明, 蒋瑞波，樊　金，余兴华

(1.河南工程学院 土木工程学院，河南 郑州 451191；2.河南工程学院 艺术设计学院，河南 郑州 451191)



大规模填海造地工程试验段地基处理方案优选

张明1, 蒋瑞波1，樊金2，余兴华1

(1.河南工程学院 土木工程学院，河南 郑州 451191；2.河南工程学院 艺术设计学院，河南 郑州 451191)

摘要：结合厦门翔安国际机场填海及地基处理工程项目，对比分析了各种地基处理方案的适应性、技术性与经济性，在对试验段地质条件详细分类的基础上，确定了不同地质条件的地基处理方案，研究结果对机场大规模填海、地基处理设计施工及节约工程投资等方面具有重要的指导意义.

关键词：填海造地；地基处理；吹填土；机场；试验段

1工程概况

1.1　项目概述

厦门翔安国际机场位于厦门市翔安区大小嶝岛区域，规划总占地面积为25 km2，4条跑道.拟建场地原为鱼塘和海域，普遍分布有海积淤泥层与松散粉砂层.机场建设用地对工后沉降和地基承载力的要求高，场地海积淤泥层、粉砂层和新近吹填土层等软基必须经过地基处理才能满足后续建设用地的要求.

1.2　试验段地基处理对象

为了选取合理的地基处理方案，先选取具有代表性的场地作为地基处理试验段.根据本工程的地质和工程条件，进行两期试验段工程：(1)试验段一期工程总面积为24万m2，包括地基处理试验区一、试验区二和吹填试验区，面积分别为12万m2，2万m2和10万m2；(2)试验段二期工程为地基处理试验区三，位于海域，面积为8万m2.试验段位置如图1所示.

图1　试验段位置Fig.1　A location in test section

1.3　场地地质条件

根据勘察报告与试验段勘察成果[1]，地基处理试验区一和试验区二地层自上而下主要有以下几层：

(1)填土层(Q4ml).主要为素填土，有少量砌石构筑，局部为填砂，颜色较杂，成分复杂.

(2)吹填层.按距离吹填龙口远近可分为淤泥、淤泥混砂与砂混泥3种地层情况，淤泥层和淤泥混砂层性质较差，没有明显的分界线,淤泥分布区表面有1~2 m厚的流泥，吹填龙口地段有较粗颗粒的砂层.

(3)海积淤泥层(Q4m).包括淤泥、淤泥混砂和砂混淤泥等淤泥质土层，具有性质差、厚度变化大、层位交错分布等特点.

(4)海陆交互相沉积层(Q4mc).包含两个亚层：① 粉质黏土及黏土以灰褐色、灰黄色为主，主要由黏粒、粉粒及石英砂粒组成，含砂量约10%，饱和，软塑至可塑状，中等压缩性；② 粉细砂以灰色、灰黄色为主，饱和，松散至稍密状，局部呈中密状，含云母及贝壳碎屑，混黏性土，含量约10%，标贯击数为2击，初步判断为可液化地层.

(5)陆相沉积层(Q3al).包括3个亚层：① 粉质黏土及黏土以灰色、灰黄色为主，混中粗砂，含云母，成分主要由黏粒、粉粒及石英砂粒组成，含砂量约10%，饱和，可塑至硬塑状；② 中、粗、砾砂以灰黄色为主，含云母，饱和，混少许黏性土，局部混卵石，含量为35%～50%，中密至密实状，标贯击数为15~17击；③ 粉细砂以灰黄色为主，饱和，中密至密实状，含云母，混黏性土，含量约10%，厚薄不均，标贯击数为15~17击.

其下为花岗岩残积层，包括砾质黏性土和黏性土层，各主要土层的物理力学性质指标如表1所示.

表1　主要土层的物理力学性质Tab.1　Physical and mechanical properties of the main soil layer

2试验区概况

2.1　地质条件及特点

根据勘察资料，试验区地质条件特点如下：(1)原状海积淤泥或淤泥质土层厚度变化大，分布不均匀，西南侧淤泥厚度约5 m，东北侧基本没有淤泥；(2)吹填形成陆域地段的工程性质差异大，按距吹填龙口由近及远分别分布有砂混黏土层、淤泥混砂层和超软弱淤泥层；(3)吹填淤泥尤其表层性质极差，含水量达200%以上，淤泥混砂层含水量也达100%以上，两种地层没有明显的界线；(4)吹填龙口附近以砂和砂混淤泥为主，均处于松散状态.

2.2　试验区研究拟解决的关键问题

通过地基处理试验区研究，拟解决如下问题：(1)吹填土、海积淤泥处理后能否满足机场的使用要求；(2)淤泥层和可液化粉细砂的地基处理方法；(3)吹填龙口附近松散砂土层的地基处理方法.

3地基处理方案比选

3.1　国内建设的填海机场地基处理方法

我国在机场建设项目中采用了多种地基处理方法，包括排水固结法、复合地基法、压密法、置换法等.自然界土的性质千差万别，处理的对象和要求也各不相同，不同的地基处理方法均有其适应的范围.对于机场大面积的填海项目，以深厚的淤泥、淤泥质土为主要处理对象的工程，排水固结法经济有效、便于施工，目前为大多数工程采用.复合地基法造价高、承载力高、工后沉降小、施工工期短，在地基处理工期特别紧的工程中有优势.强夯法造价较低，对松散土层的处理效果好，常用于处理深厚填土.大面积置换法造价高、工程影响大，一般不采用，但由于其质量可靠，在飞行区主跑道中屡有采用.近二十年来，国内填海机场主要的地基处理方法如表2所示.

表2　近二十年国内填海机场的地基处理方法Tab.2　Foundation treatment methods for airport reclamation land projects in recent two decades at home and abroad

续表

3.2　试验段地基处理方案比选

3.2.1排水固结法

排水固结法分为插板堆载预压法、真空预压法、真空堆载联合预压法与静动联合排水固结法.插板堆载预压法对于淤泥、淤泥混砂的处理效果较好，常应用于铁路、机场、港口、道路等软基处理工程中，但工期较长，是本次试验段工程中主要考虑研究的处理方案.真空预压、真空堆载联合预压法施工质量较难控制，会有较大的不均匀沉降.飞行场道区是否可采用真空堆载联合预压方案，还需要进一步论证，但在建筑场地、物流园区、航空城区等对工后沉降与差异沉降要求较低的区域，只要地质条件合适，便可采用该方案.在本试验段选用真空预压法，应将插板底封闭.静动联合排水固结法可应用于处理含砂量较高的软土，该方法造价较低、效率较高，对差异沉降、工后沉降和承载力要求较低的区域，在合适的地质条件下可采用此法.

3.2.2强夯法与强夯置换法

强夯法利用重锤夯击压密土层，特别适用于填土、松散砂层等地基土的处理，具有造价低、施工进度快等特点，但对于饱和淤泥的处理效果尚有较大争议.该方法可处理填土、松散粉土和浅层的淤泥.强夯置换法处理深度一般不超过7 m，需要大量的块石材料，适合于两侧有挤淤空间的条形处理地带.

3.2.3高真空击密法

高真空击密法属于近年来在强夯法的基础上发展起来的地基处理新技术，原理是通过数遍的抽高真空排水，结合数遍变能量强夯，达到击密土层、降低土体含水量、提高承载力、减少工后沉降的目的.该方法也有一些成功的先例，具有效率高的优点.

3.2.4复合地基法

复合地基法采用竖向加固体，穿过淤泥层，进入下卧持力层，与设置的垫层等共同作用，将填土荷载、使用荷载大部分传递到下卧持力层，以达到减少淤泥层沉降、提高地基承载力的目的.竖向加固体主要有水泥搅拌桩、刚性桩、碎石桩和砂石桩、石灰桩等.深圳机场一期工程的站坪、停机坪和联络道的连接段及2003年站坪扩建工程中曾使用水泥搅拌桩复合地基.2006年，南北站坪扩建采用管桩-网复合地基处理.工程实践表明，只要施工质量有保证，复合地基法处理效果良好，虽与排水固结法相比造价较高，但施工工期短，在工期方面有较大优势.

3.2.5地基处理方案比选

各种地基处理方案的技术性与经济性指标见表3.

表3　地基处理方案的技术性与经济性指标Tab.3　Technical and economic index for foundation treatment methods

续表

4试验段分区地基处理方案

为了有针对性地选取地基处理方案，将地基处理试验段地质条件划分为3类：(1)淤泥、淤泥混砂层.淤泥包括吹填淤泥和海积原状淤泥或淤泥质土.地基处理试验区中远离吹填龙口的区域属于该种地质条件，吹填淤泥厚度为6 m，原状淤泥厚度为0~5 m，宜选取排水固结法进行处理，预压荷载选取堆土(砂)、真空联合或动力强夯等方式.(2)砂、砂混淤泥.主要为吹填的松散砂和砂混黏土，吹填龙口附近区域属于该种地质条件.宜采用振冲和强夯两种处理方案.(3)上部为淤泥层，下卧层为粉砂层.地基处理试验区二场地地面以下有5~6 m厚的吹填淤泥层，下卧层为可液化粉砂层和淤泥混砂层.该区采用真空预压加砂井堆载预压处理方案.试验段各分区采用的地基处理方案、位置、地层条件、处理目的和处理面积等见表4.

表4　试验段分区地基处理方案Tab.4　A zone foundation treatment schemes in test section

5结论

结合厦门翔安国际机场填海造地及地基处理工程，有针对性地选取地基处理方案，确定了试验段不同地质条件地基的处理方案.研究成果对于指导机场大规模填海及地基处理的设计和施工、控制工程造价、节约工程投资具有重要的实践意义.

参考文献：

[1]中交第二航务工程勘察设计院有限公司.福建省厦门市翔安国际机场地基处理及填海工程岩土工程勘察报告[R].2011.

[2]周国钧，陆贻杰.深圳机场联络道软土地基深层搅拌法加固工程[C]∥中国土木工程学会土力学及基础工程学会第三届全国地基处理学术讨论会论文集.哈尔滨：黑龙江人民出版社，1992：100-105.

[3]黄汉盛，邱林，袁广州.深圳机场软基处理的研究[J].工程地质学报，1998，6(2)：186-192.

[4]詹建华，胡胜刚.深圳机场停机坪桩网结构软基处理沉降监测分析[J].土工基础，2012，26(4)：126-128.

[5]黄斌，周若，李彦杰.深圳机场站坪扩建工程桩-网复合地基设计[J].人民长江，2012，43(24)：31-34.

[6]万菊芳，刘建华.深圳机场软基处理方案比较[J].长江科学院院报，1998，15(2)：28-30.

[7]周利民.多种工法在机场地基处理中的联合应用[J].施工技术，2006，36(增刊1)：8-12.

[8]陈金山，王连新.珠海机场站坪地基处理设计[J].人民长江，1998，29(9)：26-28.

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

作者简介：张明(1979-)，男，湖北京山人，副教授，博士，主要从事软土固结理论与地基处理方法等方面的研究.

基金项目：河南省教育厅自然科学基金(2012B560004)；河南工程学院博士基金(D2012007)

收稿日期：2015-09-14

中图分类号：TU447

文献标志码：A

文章编号：1674-330X(2015)04-0030-05