F2赛车道软基处理与坦萨垫层施工关键技术研究
王安会
（中铁四局集团第一工程有限公司，安徽 合肥 230021）
摘 要：F2是方程式赛车比赛的一种，因赛车时速度较高，故对赛道的质量要求极为苛刻。我国沿海地区经济发达，赛车运动被原来越多的人所接受，但沿海地区地质条件相对较差，如何在此类区域建设高水平的赛车场，对工程施工企业是极大的挑战。笔者结合具体的工程实例，以理论分析结合现场实践的方式，提出了一种适用于F2赛道的软基处理方式，即采用桩板结构和新型材料（坦萨土工合成材料）结合的方式。这种处理方式充分利用复合地基的理念和新材料抗拉强度高、抗拉刚度大、与填料共同作用效果好、耐久性强等特性以及施工简单、造价低廉的优点，使得在软弱地基加固等方面的施工工艺得以提高，实现了F2赛道的工后“零沉降”。关键词：F2赛车场；软土地基；坦萨垫层；数值分析；沉降中图分类号：U416.1 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）01-0012-04
作者简介：王安会（1981—），男，硕士，高级工程师，研究方向：工程施工技术。
1 工程概况
浙江国际赛车场坐落于浙江省绍兴市，占地面积约为519845m 2，赛道全长3.2km ，路面宽12～15m ，
赛道以独特的逆时针设计，拥有16个速度和半径各异的弯角设计（包括7个右弯和9个左弯），赛道随山势起伏，最低点与最高点高差达22m ，不同的倾角增加了过弯时的竞速和超车几率，能充分展现车辆在拐弯和加速时的各项性能，赛道级别为F2，主赛道是经国际汽联（FIA ）认证的二级赛道，如图1所示。
图
1 浙江国际赛车场实景及赛道模型图
由于F2赛车的特殊性，国际汽联对赛车道有一套严格的质量验收标准。路基作为赛道的重要组成部分，其强度与稳定性是保证赛道质量的重要条件，因此要求路基必须密实、均匀、稳定，为路面提供坚实、稳定的基础。本赛车场路基顶面回弹模量要求不小于60MPa 。我国的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）中，对回弹模量要求标准为“高速公路和一级公路的土基回弹模量值大于30MPa ”，本赛车场的路基回弹模量是国内高速公路标准两倍，要求较高。
2 不良地质
本赛车场场地中部为丘陵(名为山)，周围为湖海积平原地貌，山脚处局部有山麓斜坡堆积地貌单元的过渡区。场地内沟壑纵横，分布着水塘、丘陵、垃圾堆埋场等。拟建场地中分布有多条河浜，在山南
侧和西侧，有一条宽10～40m 的河浜横穿本场地，该河流规划予以保留，赛道和场区内道路以桥梁连接；在山东侧(即迎宾中心处)有一宽20～30m 的河浜，该河浜需回填处理。河浜底埋深为2.0～3.5m ，浜底有0.3～0.7m
的浜土，含大量有机质、腐植物，土质极其软弱。在拟建FIA2级赛道T6弯处，有一人工湖，湖底标高约4.7m ，湖底一般有约30cm 的浜土，土质极其软弱，人工湖需回填处理。
拟建场地内第③层土为淤泥和淤泥质土，属于软土，分布很不稳定，厚度变化很大。该层含多量有机质及腐植物根茎、贝壳碎屑，局部③t 层泥炭质土，成分不均匀，其一般具有如下工程性质：
（1）低强度：地基承载力特征值为40～60kPa ，稳定性极差。（2）高压缩性：第③层压缩系数一般为0.55～1.99MPa ，属于高压缩性土，承受上部荷载时沉降量较大。（3）流变性：在长期荷载作用下，除排水固结引起的变形外，还会发生缓慢而长期的剪切变形。（4）触变性：若原状土受到扰动，土体结构遭受破坏，强度会大幅降低，第③层应属于高灵敏度土。（5）低透水性：本场地第③2层含水量平均值＞50%，最高达6.9%，透水性差，属弱透水层，对地基排水固结不利。该层受荷初期，土中将出现较高的孔隙水压力，从而影响地基强度。
3 处理方案
国内在沿海地区赛车场施工领域积累了一定的施工经验，如上海F1国际赛车场的施工经验，其不良地质情况与该项目近似。上海F1国际赛车场F1赛道全长5450.88m ，高低落差12m ，赛道宽度14～25m ，有12个不同转弯半径的弯道和8个不同长度的直道，最大填高约12.6m 。整个场区均位于上海地区河浜交错的软土地基上。在施工过程中，河浜区域清淤后采用二灰土分层换填至原地面，对路基填筑高度＜2m 地段采用超载预压进行处理，2m ＜填高＜4m 地段采用方桩和轻质二灰路堤进行处理，填高＞4m 的采用方桩和轻质EPS 路堤进行处理。
结合国内外类似工程施工经验，并借鉴高速铁路工后“零沉降”设计理念，根据本项目地基具有透水性差、受荷载压缩变形量大、稳定性极差等特点，研究采用“PHC600管桩+桩帽+桩顶现浇28cm 混凝土板”的桩板结构形式，路基填筑采用坦萨碎石+坦萨土工格栅的处理形式，路基横断面如图2所示。
4 数值模拟
基于初步设计方案，采用大型岩土有限元数值模拟
图
2 路基横剖面图
软件MIDAS/GTS ，建立三维数值模型，完成分步施工过程模拟，进一步分析各施工工况下支承结构受
力变形以及周边环境变形，对设计方案的可行性进行评价。4.1 计算模型
根据拟建项目与周围环境的空间关系，选取典型断面3-3′（K1+943～K1+957），该里程段处存在16.9m 深度的淤泥③2，淤泥下为全风化凝灰岩⑩1，属于软基段。结合设计方案、施工方案等资料，建立三维整体模型。
模型计算范围的控制原则为边界条件不能过大地影响相关部位的计算结果，根据以往研究经验，数值计算时，模型外扩范围宜≥3倍深度。本报告整体模型计算范围为长约100m ，宽约14m ，土层计算深度为50m 。4.2 模型参数
最终确定本次岩土体参数取值如表1所示。支承结构材料计算参数如表2所示。
表1 岩土体材料计算参数
层号土层名称重度(kN/m 3
)粘聚力（kPa）内摩擦角（°）弹性模量
（MPa）本构关系②
粉质粘土
18.115.712.437莫尔—库伦③淤泥质粉质粘土17.611.214.228莫尔—库伦③淤泥16.511.78.719莫尔—库伦⑩
全风化凝灰岩
18.7
24.3
20.1
67
莫尔—库伦
表2 支承结构材料计算参数
项目材质截面形式
单元类型路基碎石实体单元混凝土板C40280mm 厚板单元管桩
C30
φ600杆单元
表3 模拟施工工序
序号工况描述
工况1初始地应力状态考虑未施工状态的岩土层应力状态
工况2管桩施工
激活杆单元工况3混凝土板下端石质路基施工
激活相应实体单元工况4混凝土板施工激活相应板单元工况5混凝土板上端石质路基施工
激活相应实体单元工况6
施加赛道路面荷载
激活相应荷载组
4.5 计算结果分析
（1）管桩施工时，桩身最大位移沉降0.1mm ；（2）混凝土板下部石质路基施工阶段，最大位移沉降量0.2mm ；（3）混凝土板施工阶段，最大位移沉降量0.2mm ；（4）混凝土板上部石质路基施工阶段，最大位移沉降量0.8mm ；（5）赛道正常使用阶段，最大位移沉降量0.9mm 。计算结果如图3-图7
所示。
图3 管桩施工阶段位移图
图4 混凝土板下部石质路基施工阶段位移图
4.3 边界条件
三维整体模型的边界条件：模型底部约束 XYZ 方向位移，模型前后两面约束Y 方向位移，模型左右两面约束X 方向位移，桩身设置Rz 的旋转约束，周围施加20kPa 施工荷载。4.4 工况分析
本次分析主要是分析拟建项目结构的变形，考虑的是施工引起的增量位移，故对既有建（构）筑施工引起的位移和初始应力场引起的位移进行清零。针对施工的全过程进行三维模拟，共分为6个施工工序，具体如表3
所示。
图5 混凝土板施工阶段位移图
表4 坦萨碎石连续级配范围
筛孔尺寸（mm）63.037.5
31.526.5
19.0
16.09.5 4.75 2.36 1.180.6
0.3
0.15
0.075通过百分率（%）
100
75～95
45～65
25～55
10～50
5～25
3～15
0～10
图
8 传统格栅与坦萨格栅对比图
表5 坦萨格栅与普通土工格栅的指标要求对比表
产品类型
标准要求
备注
2%应变质控拉伸模量（kN/m）炭黑含量(%)纵/横向每延米
拉伸强度（kN/m）
≥245
≥2.0≥50坦萨格栅304 2.385双向聚丙烯土工格栅
275
2.2
65
由上图可知，当项目施工时，采用嵌岩桩。对于穿过均匀软土层嵌入硬质基岩中的嵌岩桩，由于桩底基岩强度很高，桩底位移很小，桩身位移也不大，此时桩周土体发挥极限侧阻所需相对位移尚未达到，桩侧阻力无法充分发挥。而硬质基岩所需极限位移能够达到，使桩端阻力得到充分发挥，而桩顶采用280mm 厚C40钢筋混凝土板，使得管桩之间形成整体，整体稳定性增强，减小了竖向沉降。该里程段（K1+943～K1+957）内桩顶最大位移为0.9mm ，满足设计要求。
5 坦萨垫层施工
为控制主赛道路基的不均匀沉降，消除赛道和缓冲
区的差异沉降，实现赛道与缓冲区之间平顺过渡，采用坦萨碎石垫层作为路基填筑材料。坦萨碎石垫层由坦萨碎石+坦萨土工格栅组成，坦萨碎石垫层顶部为路面基层，所以坦萨碎石不仅可以作为路基填料，起到强化路基强度的作用，同时兼具作为路面底基层使用，起到承受路面传递的车辆荷载，并将荷载分布到垫层或土基上的作用。
5.1 坦萨碎石
坦萨碎石属于级配碎石的一种类型，是由连续级配0～37.5mm 碎石组成，最大粒径不超过50mm ，其连续级配范围如表4所示。5.2 坦萨土工格栅
坦萨土工格栅，孔眼采用菱形设计，并在菱形中间位置加入一道竖向筋，将整个格栅均匀分割成以三角形
为最小单元的格栅，使得坦萨格栅在三个方向上均能产生作用力，对路基填料的承载能力大大强于传统的单向拉伸格栅和双向拉伸格栅。坦萨土工格栅对结构的贡献是对道路和交通区域的无粘结层进行加固，形成力学稳定层。土体颗粒被嵌锁在格栅的网孔中，粒料被钳锁和约束，使软基上的粒料层更易于压实，形成性能更加完善的增强型复合材料。坦萨土工格栅的径向刚度使其成为真正意义上的多向产品，
近似于各向同性。试验证实，坦萨土工格栅的肋条形状和节点形式决定了铺面的结构性能，其样式如图8所示。
坦萨格栅与普通土工格栅的指标要求对比如表5所示。
5.3 坦萨垫层施工工艺
坦萨垫层由坦萨碎石和坦萨格栅组成，坦萨格栅每200mm 铺设一层。具体施工步骤如下：（1）按设计要求及施工规范，平整地基，去除局部凹坑及大碎石、块石等坚硬凸起出物。（2）将土工格栅沿施工面摊开，按设计要求裁剪、铺设土工格栅。（3）土工格栅的铺设第一层沿着道路纵向，第二层沿着道路横向进行铺设。每层铺设方式交替进行，加强受力方式。（4）相邻格栅之间的搭接采用捆绑搭接方式。土工格栅之间重叠约100mm ，而后用高密度聚乙烯绳螺旋式地将上、下格栅肋条捆绑在一起。捆绳的碳黑含量不得＜2%，其断裂抗拉力应＞200N 。（5）铺设格栅时，应使格栅平顺的贴伏在填土层面上。格栅不应有褶皱。相邻格栅之间的搭接采用捆绑式搭接，可通过格栅的另一自由端拽紧格栅以消除褶皱，而后在格栅上压上土堆或钉上木栓固定格栅，使格栅贴伏在填土面上。如果相邻格栅之间的搭接采用重叠式搭接，首先应按要求的长度将相邻格栅重叠部分重叠在一起，在格栅重叠搭接处用土堆压住或木栓固定，通过格栅的另一自由端拽紧格栅以消除褶皱，再将格栅固定。（6
）铺好格栅后，按设计或规范要求，
图7 赛道正常使用阶段位移图
图6 混凝土板上部石质路基施工阶段位移图
1m以上。
5.4 检查标准
坦萨垫层每层施工完成后按坦萨垫层施工质量标准进行检验，验收合格后方可进行下一层施工，如表6所示。
表6 坦萨垫层施工质量标准
序号项目允许偏差和允许值检验频率检验方法1压实度96每1000m2两处
2平整度≤12mm每200m测两处×10尺3m直尺
3宽度≥设计值沿线路纵向每200m
抽样检验4处
尺量
4横坡±0.3沿线路纵向每100m
抽样检验5个断面
坡度尺量
5高程＋5，－15mm 沿线路纵向每200m
抽样检验4点
水准仪测量
5.5 施工注意事项
（1）坦萨垫层施工过程中严格控制的是集料配合
比和含水量，混合料拌和得越均匀，且在最佳含水量下
充分压实，使之干密度最大，其稳定性越高。（2）摊
铺过程中用4m直尺跟踪检测平整度，发生平整度异常
立刻停止施工检查原因。（3）及时检测松铺系数、及
时调整，使摊铺厚度达到设计要求。（4）将拌和好的
混合料及时摊铺碾压。（5）施工过程中现场管理人员
必须按操作规程和技术交底施工，测量人员必须严格控
制标高、宽度、横坡。试验人员随时检查含水量和压实度，
及时取样，在养生期间，除水车外，应封闭交通。
6 沉降观测
为验证主赛道路基的沉降量，持续开展了6个月的
路基沉降观测工作。
6.1 沉降变形观测网
设置了沉降变形观测网，沉降变形观测网的建立符
合沉降变形观测网的主要技术要求，建立三等沉降变形
观测网，如表7所示。
6.2 沉降观测断面设置
沿线路方向每间距50m设置一个沉降变形观测断上海奥迪国际赛车场
面。每断面设置3个观测点，线路中心设置沉降板，
路肩两侧分别设置沉降检测桩。沉降板由钢底板、金属
测杆（直径40mm镀锌铁管）及保护套管（直径75mm
铁管或钢管）组成。沉降监测桩采用C15混凝土圆桩
（直径80mm），其中埋设直径16mm钢筋一根，桩长
0.8～1.0m，埋入一定深度，确保稳固和测量的需要。
6.3 沉降曲线
设计文件规定，工后沉降量应小于设计容许值，同
时要求连续六个月的观测累计沉降量。实际沉降观测数
据≤2mm/月，远远低于设计要求，最大沉降量0.9mm，
与数值模拟结果基本一致，如图9所示。
表7 沉降变形观测网的主要技术要求
等级相邻基准点高差中误差(mm)每站高差中误差(mm)往返较差、附合或环线闭合差(mm)监测已测高差较差(mm)使用仪器、观测方法的要求
三等 1.00.3≤
0.6≤
0.8
DS05或DS1型仪器，按暂行规定
二等水准测量的技术要求施测
7 质量检验及验收
对坦萨碎石垫层施工成品进行压实度与回弹模量检测，指标均达到设计要求。2017年4月，浙江国际赛车场一次性通过了国际汽联的赛道验收。实测成型路面的平整度精度高于国内高速公路验收标准，增强了赛车场的安全性能，获得了业主及监理单位的一致好评如图10所示。
图9 K1+950断面沉降板观测曲线图
图
10 国际汽联组织的现场验收及文件
8 结束语
随着中国汽车工业的飞速发展和人们生活水平的不断提高，赛车运动逐渐由贵族运动走向平民生活，国内赛车场的建设方兴未艾，必将对赛车场的建设质量和施工水平要求愈来愈高。经过对赛道软基建模进行理论分析和现场进行沉降观测，在类似地质条件下采用“PHC 管桩+桩帽+混凝土板+坦萨垫层”的结构
形式可以很好地控制主赛道的工后沉降，保证赛道的稳定性和提前运营。为我国在软土地基区域建设高水平的赛车场提供了成功的范例，在试车场、赛车场等类似工程设计施工时可以借鉴参考。
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