海砂换填道路软基的方案设计与施工应用

肖金宝（泉州台商投资区城市建设发展有限公司，泉州362000）

海砂换填道路软基的方案设计与施工应用

肖金宝
（泉州台商投资区城市建设发展有限公司，泉州362000）

本文以泉州市台商投资区通港公路拓改工程的软基处理为北京，分析了海砂的特性及其在软基换填处理中的技术可行性、经济合理性，对海砂在换填处理中的应用技术及效果进行了探讨，以便在缺少河沙的沿海地区推广应用。

软基处理地质分析设计方案施工应用

0 前言

福建省位于中国东海沿海，其中福州、莆田、泉州、厦门和漳州等城市的沿海地区，多是滨海沉积演变的陆地，浅层多埋藏有淤泥及淤泥质土。淤泥及淤泥质土属于软土，具有天然含水量大、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低等特点，因此不能直接作为路基的持力层，必须经过特别处理。否则，由于软弱土的抗剪强度不足，在路基受到车辆荷载作用时，极易造成路基出现局部破坏或者是整体剪切破坏，导致公路路基出现失稳、塌方以及滑坡等病害问题；由于软土在荷载的作用下会出现较大的沉降变形，特别是会出现不均匀沉降的问题，因而有可能造成后期公路工程出现路面开裂、下沉、车辙、唧浆，严重的整幅路面都会发生下陷或位移和桥头跳车等现象。

1 工程概况

泉州市台商投资区通港公路拓改工程（以下简称通港公路）位于泉州台商投资区的西南部，呈东西走向，西起海边的沿海大通道，东至张青公路的起点，路线全长8.02km。改造前的通港公路是一条二级公路，路基宽18m，路面宽15m，土路肩宽1.5m，机动车道双向4车道。改造后的的通港公路是一条主干路，红线宽度50m，主车道为双向6车道。

泉州台商投资区地形波状起伏，由南向北，地貌类型依次为海湾淤积平原、低缓丘陵、花岗岩低山，由于围垦作用和沿海大通道公路的修建，沿海滩涂已整治为农田，海积平原主要分布在南部和中部，地面高程较低，一般介于0.5～2.0m。通港公路从起点沿海大通道至K4+000段主要为人工围垦区和农田，为滨海平原区，地层主要由第四系海相沉积层粉质粘土、细中砂、淤泥、粉质粘土、第四系残积砂质粘性土和燕山期全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩组成，现状地面高程介于0.5～2.0m，淤泥层厚1～10m不等。

2 软基处理设计

2.1 地质条件

根据福建省泉州市水电工程勘察院提供的《泉州台商投资区通港公路拓改工程工程地质勘察报告》，通港公路K1+400~K1+700路段全部为浅层软基，本路段准确的地质情况为：（1）表层为填土，呈灰褐、黄褐等杂色，主要为坡残积土回填，为现有路基两侧的人工回填土，堆填时间约10年，未经专门压实处理，含建筑垃圾、砖块、碎石、少量生活垃圾，潮湿，松散-稍密，厚度0.40～1.1m。（2）第二层为淤泥，海积成因，以淤泥为主，局部为淤泥质粉质粘土，一般均含少量细中砂及贝壳，局部夹薄层砂，饱和，流塑，厚度为1.8～2.8m。（3）第三层是残积砂质粘性土，呈黄褐、灰黄色，主要为花岗岩风化土，稍有光泽、无摇震反应、干强度低、韧性低；稍湿-饱和，硬塑-坚硬为主，属硬塑状残积土。（4）底下岩土层为全分化花岗岩、强分化花岗岩或中分化花岗岩。该段的稳定地水位埋深为0.30～0.63m，水位的年变化幅度一般为0.50～1.50m。

根据上述地质情况，对通港公路K1+400~K1+700路段中软基最深的K1+550位置的天然地基进行沉降计算，K1+550位置的地质情况详见图1。

稳定验算采用圆弧滑动法中的有效固结应力法，计算公式如式（1）和式（2）。

以上公式中，主固结沉降Sc采用分层综合法中的e-p曲线计算；最终沉降S∞=msSc；工后沉降Sp按公式Sp=S0-Scp计算，S0为路面设计使用年限内地基发生的总沉降，Scp为路基路面施工期沉降。

计算中的一些参数取值，路基土层分两层，上层路面结构层厚0.7m，下层路基层厚2.76m；施工工期12个月；工后沉降基准期为路面设计使用年限15年；稳定安全系数容许值取有效固结应力法中直接快剪不考虑固结的1.1；容许工后沉降取主干路和二级公路的大值0.3m。

计算结果稳定安全系数F=2.53，大于容许稳定安全系数1.1，天然地基稳定验算满足规范要求；工后沉降Sp= 0.436m，大于容许工后沉降0.3m，不满足规范要求，需要进行处理。

2.2 软基处理方案分析

软土路基处理方案，应结合当地气候、地形、水文、地质、材料、建设工期、养护条件、工程实践经验和技术水平等因素，按照因地制宜、就地取材、分期修建、综合处治的原则进行充分论证，选择恰当的处治方法，使设计和施工方案做到因地制宜，技术可行，经济合理，安全环保。

道路软基的常见处理方法有换填法、强夯法、粒料桩法、水泥搅拌桩法、粉喷桩法、CFG桩法和堆载预压法等。而通港公路K1+400~K1+700路段只存在浅层软基，需要处理的最大深度只有3.1m，最适合的处理办法是换填法。但该路段地下水位埋藏深度只有0.5m，且和北面的百崎湖相连，无法重力排水，所以该路段的软基不能换填土，要全部换填抗剪强度较高、压缩性较小的岩土材料，如中粗砂或碎石等。

泉州沿海地区缺少河砂，近几年大建设大量开采，已经枯竭，预算单价每立方米约120元但有价无市，无法作为换填材料。碎石开采爆破，破坏山体，粉尘和噪音污染严重，且每立方米约80元，造价较高，从环保和经济角度考虑，不适合作为换填材料。通过对通港公路南边海岸的海砂取样试验得知，该区域海砂的细度模数为2.5（中砂偏细），级配一般，含盐量一般（NaCl含量0.3%～0.5%），透水性不强，且含有贝壳等杂物，但它成本低、粒形好、含泥量低，储量丰富。从强度考虑，海砂抗剪强度较高、压缩性较小，不惧泡水，可以作为换填材料；从透水性考虑，软基全部换填，不进行排水固结，对换填材料的透水性不做要求，海砂可以作为换填材料；从盐渍土危害考虑，海砂的盐渍是由海水浸渍形成的，盐分主要来自海水，氯离子含量只有0.3%～0.5%，属于弱盐渍土，不会产生盐胀、溶陷问题，一般路段软基换填中没有钢筋混凝土构筑物，就不怕氯离子腐蚀，可以作为换填材料，所以从技术角度考虑，海砂可以作为一般路段的软基换填材料。海砂的单价每立方米约30元，比碎石的每立方米约80元和河砂的的每立方米约120元，便宜很多，所以从经济角度考虑，采用海砂作为软基换填材料是合理可行的。

沿海地区海砂资源丰富，合理适度的开采，对环境造成的影响很小，且开采作业较为安全，从环保安全角度考虑，与碎石和河砂相比，海砂更环保安全。综合以上分析，从就地取材、技术可行性、经济合理性和环保安全考虑，海砂是通港公路K1+400~K1+700路段最适合的软基换填材料。若采用全部换填海砂方案，计算得到的工后沉降Sp=0.179m，小于容许工后沉降0.3m，满足规范要求，该软基处理方案技术可行。

2.3 软基处理方案的确定

经过方案、可行性研报告和初步设计的专家论证，通港公路K1+400~K1+700路段最终确定的软基处理方案，挖除全部的填土和淤泥至残积砂质粘性土层，回填海砂至地下水丰水期水位以上0.5m，再回填符合路基填土要求的土。

图1 地质剖面图（单位：m）

3 软基处理施工

通港公路K1+400~K1+700路段的丰水期水位为0.30～0.63m，枯水期水位为1.58～1.91m，所以软基处理施工选择在枯水期10月至12月施工。由于淤泥层及其底下残积砂质粘性土层的透水系数很小，渗水速度很慢，施工期间可以抽排疏干地下水。

3.1 清淤

用一台挖掘机在路基内从一端开始开挖淤泥，装到土方车，运到指定弃土场堆弃。当挖至地下水位时，在两侧挖临时排水沟，抽排地下水，保持无水作业，继续清淤至残积砂质粘性土层。

3.2 填筑海砂

清淤检查合格后，立即分层回填海砂，第一层砂的松铺厚度应按400～600mm；其余分层的最大松铺厚度不应超过400mm；填筑至路堤顶面最后一层的压实厚度不应小于100mm。填筑第一、二层砂时，施工横坡度宜控制在3%左右，且应设成内倾横坡，横向水流指向路中心，逐层填高后，施工横坡度可以适当减小。填砂摊铺采用推土机粗平并配合平地机精平，采用20t以上的前后轮驱动振动压路机进行碾压。同时为保证运砂重车在填砂路基上正常行驶、调头，填砂路基要经常洒水（特别是在旱季），保持表层湿润，形成的车辙应及时整平、碾压。填砂直至地下水丰水期水位以上0.5m，然后连续灌水20天，再用大吨位压路机（YZ26及以上型）补强碾压，检验合格后才能进行下道工序的施工。

4 结语

通港公路于2015年1月竣工验收合格，目前已通车运行2年，至今未发现有因路基沉降而产生路面沉陷或断裂等现象，可以初步判断通港公路K1+400～K1+700路段软基换填海砂处理是成功的。实践证明，只要严格执行《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTG/T D31-02-2013）的要求，收集完整的软基地质资料，制定合理的施工方案，控制好原材料的质量，认真做好排水、清淤、回填及压实等工序，浅层软基采用换填海砂处理方案技术可行，经济环保。实践表明：在沿海附近如有大面积软基工程，采用清淤换填进行处理时，使用海砂作为换填材料，还是具有一定的经济性和合理性的，值得推广应用。

[1]龚晓南.高等级公路地基处理设计指南[M].北京：人民交通出版社. 2005.

[2]JTG/TD31-02-2013，公路软土地基路堤设计与施工技术细则[S].

[3]JTG D30—2015，公路路基设计规范[S].

[4]CJJ 194-2013，城市道路路基设计规范[S].