宁波象山港北岸吹砂场地软基处理效果分析

任旭挺

宁波公路市政设计有限公司 浙江 宁波 315000

一段时间以来，我国滨海地区由于港口码头及外向型产业园区建设需要，将一些临湾临港区域进行围海造陆，用于城市建设和产业布局，一定程度上有效缓解了经济发展与建设用地不足的矛盾。但是由于滨海地区较为特殊的地形地貌及水文地质条件，场地用于基础设施建设之前需要进行必要的处理，尤其在分布有深厚软土层的场地，如何在陆域形成后通过工程措施短期内达到开发建设要求，同时兼顾经济性，国内外已经积累了不少工程经验。本文主要通过工程实例分析阐述了滨海围涂区域市政道路建设软土地基处理方案选用及竣工后相关处理效果对比分析，对类似工程具有借鉴作用。

1 工程概况

本基础设施项目地处浙江省宁波市象山港北岸的鄞州经济开发区二期围海区域，总开发面积约9平方公里，2016年初通过吹砂形成陆域约5平方公里作为首期开发建设地块，项目包含新建八条网状城市道路、带状公园绿地及道路间地块填筑工程，场地填筑与道路工程同步实施。项目的建成将为鄞州经济开发区二期开发提供可靠的基础设施保障，建设完善区域内道路及排水系统，并将为区内待开发地块提供不可缺少的水、电、煤气、通讯等市政基础配套设施，创造良好的投资及生活环境。且项目采用PPP模式，总投资约12亿元，考虑融资成本项目工期要求相对较高。

场地内八条道路以网格状分布，其中经三路位于场地中心位置，工况更具代表性，本文以经三路为对象进行分析。经三路工程为南北走向，道路全长2.514km，为城市主干路，设计速度为60km/h，标准路基宽度为50m，双向六车道断面形式，道路两侧为10m至25m宽绿化带。机动车道路面结构为4cm厚细粒式改性沥青混凝土+6cm厚中粒式改性沥青混凝土+8cm厚粗粒式沥青混凝土+3层18cm厚水泥稳定碎石基层，路面结构层总厚度为72cm，在已经形成的吹砂层上采用宕渣超宽填筑路基，并对下部软基进行处理。根据规划资料，经三路除桥梁以外的一般路段路面设计标高为3.50m左右（1985年国家高程基准，下同）。

2 地形地貌及地质情况

本工程场地位于宁波市象山港北侧的滩涂上，场区通过隔堤与外海隔绝，滩涂坡度较缓，大致由西北向东南微倾，坡度约为0.15‰。海涂出露为海相沉积淤泥质土，工程区属于较稳定的淤涨型海涂，以淤泥质土、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土为主，含水量40%-48.4%，孔隙比1.136-1.191，软土层厚度较为均匀，普遍在15m至20m左右，滩涂顶面标高为-1.0m左右。土层分布如下：①层冲填土（mlQ43）（吹砂层），②-1层淤泥质粉质粘土（mQ42），②-2层淤泥质粉质粘土（mQ42），④层淤泥质粘土（mQ41），⑤层粉质粘土（al-lQ32-2），⑥粘土（al-lQ32-1），⑦-1层中砂（alQ32-2），⑦-2层粉质粘土（allQ22-2），⑦-3层含粘性土角砾（alQ22-2）。场地吹填（砂）至标高1.5m-2.0m，吹砂层厚度约2.5m-3.0m，拟建道路位于吹填砂地基上。

3 软基处理原则及处理方案的选择

3.1 软基处理原则

每一种地基处理方法都有其适用范围和局限性，宜根据地基土的工程性质、路堤填筑高度、工期要求、当地积累的经验以及对周围环境施工的特定要求，采用最适合该区域的处理方法分段加固地基，保证工程在施工期间与使用期间的安全。经充分分析本项目特点，道路周边地块均采用宕渣填筑，目前尚未开发无构筑物存在，本工程道路整体地基处理方法结合了周边地块的开发时序因素，且软基处理工期需满足PPP工程总工期要求，处理方法经济可行、技术先进、易于施工。

路基容许工后变形执行《城市道路路基设计规范》（CJJ 194-2013）：

表1 路基容许工后变形[1]

本文仅对一般填筑路基段软基处理方案进行分析，根据现行《城市道路路基设计规范》（CJJ 194-2013）路基容许工后变形要求，经三路为主干路，一般路段工后沉降按不大于0.30m控制设计。通过理论分析计算，总沉降量S为：

式中ms为综合经验修正系数，此处按经验公示估算，Sc为主固结沉降，吹填砂层按硬壳层考虑，经三路总沉降量估算值为148cm。主干路沥青混凝土路面设计使用年限取15年[3]，此处期末的地基沉降量按总沉降量控制设计，工后沉降Sp为：

式中S0为路面设计使用年限末的地基沉降量，Scp为路面施工（预压）期沉降量，因此根据理论计算施工期需完成不小于118cm的沉降量作为本次软基处理的设计目标。

3.2 一般路段软基处理方案选择

常见的软基处理方法有排水固结、胶结法、挤密法、置换法、加筋土等。根据地质情况，本场地软土层较厚，不适合采用换填法，水泥搅拌桩等胶结法处理造价过高，处理深度有限，挤密法、加筋土同样造价过大，强夯法如配合排水板施工也可达到预期效果，但由于场地软土工程性质差，较难承受强夯机械的自重。因此从处理效果、经济性及可行性方面综合比较，本工程软土地基的处理选用预压排水固结法，预压排水固结法根据加压系统的不同，分为堆载排水预压法和真空排水预压法。根据本项目地质情况，结合类似工况项目成熟的技术经验，从施工工期、加固深度、施工质量控制、处理效果等方面综合考虑，本项目软基处理采用超载预压法结合塑料排水板的处理方案，预压宕渣卸载后可用于周边场地填筑之用，节省造价。

超载预压法结合塑料排水板是在软土地基上分级堆载预压，将土体中的孔隙水排出，地基土逐渐固结，从而使地基发生沉降，结合塑料排水板加速排水达到提高地基承载力和稳定性的目的的一种软基处理方法。具体软基处理方案：吹砂面（标高为1.5m至2.0m）上铺40cm厚级配碎石层，根据软土层厚度打设15m至20m长塑料排水板，再上铺10cm级配碎石层，分层填筑宕渣至超载预压标高5.0m进行堆载预压，同步路基两侧坡脚设置排水沟，设计预压期不小于12个月，待沉降稳定后卸载宕渣至道路路基设计标高约2.80m，后续实施管道及路面。

塑料排水板间距1.1m梅花形布设，打设范围宽出道路红线外三排，塑料排水板规格为100mm×4.5mm，纵向通水量≥40cm3/s，滤膜渗透系数≥5×10-4cm3/s。

4 沉降观测及监测

本工程路基沉降观测工作分为填筑期观测、预压期观测，由第三方进行监测。本场地陆域形成使用吹填砂及回填宕渣，和下卧地基土同时成为欠固结土，依据地基沉降量的组成，可以分为回填土本身的沉降量和下卧地基土的沉降量。回填土不仅是下卧土层的荷载，而且作为将来组成新地基的一部分，其本身的压缩量直接影响地基的沉降量，加之下卧层软粘土工程性质差，厚度较大且局部存在起伏，同时由于工程陆域形成范围广，属于深厚软粘土地基上的大面积堆载，附加应力基本不会衰减直接传递到深层土体，压缩层厚度很大，故在大面积回填土的作用下会产生很大的沉降量。在路基施工过程中实施沉降稳定动态控制，正确控制填筑速率以确保路堤的稳定性，确定加载预压强度和卸载时间，使不利的沉降量提早发生，确保结构物的安全，减少路面施工期的沉降量，从而有效控制工后沉降量和不均匀沉降，保证路面结构完整和车辆高速平稳行驶。

沉降板设置要求：一般路段每隔100m设置一个观测断面，每个观测断面布设左中右三个观测点埋置沉降板。沉降观测数据经修正处理以后，按近似公式S实=（B+△B）×(△h1+2△h2+△h3)/4计算断面沉降方量，S实-实测断面沉降的面积，B-路面标准宽度，△B-路面加宽值，△h1-左侧边缘实测沉降值，△h2-道路中心处实测沉降值，△h3-右侧边缘实测沉降值。

填筑期控制要求：极限填筑高度内填筑速率要求不大于1.5m-2.0m/月，大于极限填筑高度按每7天填筑一层，一般路堤沉降速率应不大于15mm/24h[4]。

路基稳定的判断标准：本项目路基采用工期与沉降速率双控稳定判断标准，通过连续观测，连续两个月每月累计沉降量均不大于5mm时即判断为沉降稳定，且预压沉降期需满足不少于12个月。均满足要求后卸载超载宕渣整平压实，通过专项验收后方可实施路面。

5 堆载预压处理效果分析

综合宕渣供料、进场条件等因素，片区道路宕渣路基填筑采用分段填筑分段监测形式，基本于2018年6月至10月堆载至设计预压高程5.0m，选取经三路K1+152.820-K2+514.239段（一个监测路段）沉降监测报告数据，该路段长度约1.4km，于2018年7月31日填筑至堆载设计标高5.0m进入预压期，直至2019年8月24日止，最后连续两个月每月累计沉降量平均值均小于5mm，单点最大值分别为4.99mm及3.69mm，满足连续两个月每月累计沉降量均小于5mm沉降稳定要求。

相关分析：

(1) 预压期：根据沉降监测数据，该路段路基沉降稳定实际预压期为12.7个月，较原设计沉降期12个月长。同期建设的其他道路实际预压期在10个月至16个月之间，且预压期总体与堆载厚度呈正相关性。

图2 经三路路基沉降曲线对比图

(2) 沉降量：从平均值看，本路段填筑期累计沉降约57.8cm，预压期累计沉降约43.5cm，总沉降量约101.3cm，可见在该工况下，填筑期完成了约60%的沉降量，占比较大。因实际开工进场地面（吹砂面）复测时，已较设计测量地面标高下降约21cm-35cm，因此实际已完成沉降约122.3cm-136.3cm，工后沉降量可以控制在30cm以内。从观测断面看，每个断面中心沉降量较断面边缘沉降量大（见图1）。路基的填筑过程中，宕渣填筑及施工装载车辆对路基的碾压产生较大的荷载，从而产生较大沉降，随着路基填筑的推进，在随后的超载预压期间由于路基受到超载的重力作用也发生明显沉降，但沉降变化趋于平稳。

图1 经三路路基实测沉降曲线图（局部路段）[5]

(3) 理论沉降趋势验证：通过实测沉降曲线与理论沉降曲线做对比，变化趋势接近，施工期实际发生的沉降量较同期理论值略小。此处理论与实际施工工况存在一定差异，设计阶段填筑期按分层填筑线性加荷理想工况，后实际因供料等因素填筑阶段未严格执行，后期集中堆载阶段呈现出沉降变化较快的现象，路基填筑过程中，宕渣填筑及施工装载车辆对路基的碾压产生较大的荷载，从而产生较大沉降，随着路基填筑的推进，在随后的超载预压期间由于地基受到超载的重力作用也发生明显沉降，但沉降变化趋于平稳。另在设计预压期考虑了沉降补方填料增重影响，后实际未补方。包括计算参数取值、工序差异在内的诸多因素均是沉降曲线图形差异的原因。

6 结束语

宁波地区软土分布广泛，道路建设中软基处理造价占比也较高，作为项目建设中重要的设计要点难点一直广受重视，尤其在桥头跳车治理上往往作为专项整治工程来实施。本文以片区场地内八条道路中具有代表性的经三路作为案例，通过经三路一个观测路段路基实际沉降与理论设计进行对比分析，施工期已完成大部分沉降，工后沉降量满足规范要求，且工期也得到有效控制，总体达到了预期设计效果。

根据本项目同时也结合以往工程设计回头看等经验，软基设计在理论分析计算与实际效果之间往往吻合度不足，因此重点关注地质、工况及后期效果更具借鉴与指导意义。