軟基處理技術(shù)在港口工程施工中的應(yīng)用研究

趙雨來

（天津港航工程有限公司，天津430065）

1 引言

港口是一項重要的基礎(chǔ)設(shè)施。在經(jīng)濟全球化的背景下，經(jīng)濟發(fā)展的重心逐步向沿海城市轉(zhuǎn)移，港口成為經(jīng)濟全球化的重要助力[1]。為了有效地利用海岸資源，在進行港口工程建設(shè)時，不可避免地需要在地質(zhì)條件不佳的區(qū)域進行建設(shè)，而軟土地基就是其中的一種。經(jīng)過長期以來的工程實踐，在港口工程建設(shè)中的軟基處理技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

2 港口工程中的軟基問題

2.1 軟土的特點

軟土是一種飽和土，具有高孔隙度、高壓縮性及低強度等缺點，包括淤泥、粉質(zhì)砂土與粉質(zhì)黏土等，在沿海地區(qū)廣泛分布的海相沉積軟黏土就是一種典型的軟土[3]。在港口工程建設(shè)時往往需要進行基坑開挖工作，當在軟土區(qū)域進行開挖時常常會發(fā)生以下問題：（1）基坑支護結(jié)構(gòu)以及坡面土體變形過大而使整體失穩(wěn)；（2）由于基坑開挖導致坑底的地下水位急速下降，其他區(qū)域土體中的地下水從坑壁或者坑底滲入，造成基坑的破壞；（3）前2 種情況導致的周邊區(qū)域發(fā)生的破壞。

2.2 軟基處理的難點

在軟土區(qū)域內(nèi)進行港口工程建設(shè)時，天然地基的承載力無法滿足工程建設(shè)的要求。因此，必須進行軟基處理，對天然地基進行加固，使其達到工程建設(shè)的要求。軟基處理的難點有3 方面：（1）在設(shè)計方面由于理論與技術(shù)上不夠成熟，對軟基的沉降量及速率很難控制；（2）在施工方面技術(shù)的發(fā)展領(lǐng)先于理論研究，軟基處理的理論框架不夠完善；（3）港口工程軟基處理的難度以及資金投入大，對施工單位的綜合能力要求很高，許多施工單位受制于技術(shù)水平或者是經(jīng)濟實力無法很好地完成施工任務(wù)。

3 軟基處理技術(shù)研究

3.1 軟基處理技術(shù)的發(fā)展歷史

自20 世紀50 年代開始，在天津新港建設(shè)中石灰樁首先被應(yīng)用于陸上建筑地基的處理，對軟土地基的加固則采用了砂井預壓排水法。真空井點法在20 世紀60 年代開始使用，20 世紀80 年代，真空井點法首先在我國天津新港建設(shè)中使用。經(jīng)過幾十年時間的發(fā)展，目前港口工程中軟基處理的方法已有很多種（見表1）。經(jīng)過大量的實踐證明，排水固結(jié)法是進行軟基處理最有效的一種方法。

表1 軟土地基處理方法

3.2 軟基處理的目的

3.2.1提高地基抗剪強度

軟土地基抗剪強度不足，受到偏心荷載或者側(cè)向土壓力時就會發(fā)生剪切破壞，進行基坑開挖時會出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)或者基底隆起現(xiàn)象。為防止軟土地基發(fā)生剪切破壞，就需要采取加固措施增強其抗剪強度。

3.2.2降低地基壓縮性

軟土地基的壓縮性大，當受到荷載的作用時地基土會發(fā)生固結(jié)變形，產(chǎn)生很大的沉降，給上部結(jié)構(gòu)物會帶來非常大的影響。降低地基壓縮性的關(guān)鍵問題是提高其壓縮模量，從而減小地基的沉降。

3.2.3改善地基的透水性

由于軟土地基通常為淤泥或者淤泥質(zhì)黏土與粉土，其含水率很高，所以透水性很差，孔隙水壓力高。

3.2.4改善地基的動力特性

軟土地基受到動荷載的作用時，地基內(nèi)部發(fā)生振動而下沉，嚴重時甚至會發(fā)生地基土液化，對上部結(jié)構(gòu)物的影響很大。改善地基土的動力特性主要是提高其抗震性能。

3.3 軟基處理技術(shù)的應(yīng)用

3.3.1換土墊層

換土墊層處理是將原有的軟土挖除之后，換填高強度、低壓縮性且不易被水侵蝕的材料，并使其與軟土層緊密地結(jié)合在一起。換土墊層最大優(yōu)點是能夠直接提高地基承載力。需要注意的是，進行墊層回填的時候要分層進行，每填一層就要進行壓實，不僅可以確保回填的質(zhì)量，還有助于軟土中的水分快速排出。墊層處理適用于軟土層厚度不大的情況，換填的墊層的厚度要不小于0.5 m。

3.3.2強夯

強夯可用于對深部的軟土地基進行加固處理，通過機械設(shè)備將重錘提升之后釋放下落，不斷地重復上述過程。利用重錘下落時的沖擊將軟土地基逐漸地夯實，以此來增強軟土地基的強度。強夯軟基處理的理論研究有動力固結(jié)理論和波動法理論2 種。其中動力固結(jié)理論認為，在強夯過程中地基經(jīng)歷3 個不同的階段：（1）加密階段，即土體中空氣排出階段；（2）固結(jié)階段，即土體中水排出階段；（3）預加變形階段，土體顆粒發(fā)生形態(tài)變化，在結(jié)構(gòu)上重新排列。由于在實際操作中需要使用各類機械，施工現(xiàn)場管理工作比較復雜。而且由于施工噪聲大且對現(xiàn)場有較強的沖擊，在人員密集地區(qū)不適用。強夯法同樣不適用于大面積的軟土地基。

3.3.3排水固結(jié)系統(tǒng)

排水加固技術(shù)是將排水管埋設(shè)至軟土地層的底部，將其內(nèi)部的水分導排至排水管中再抽出。排水固結(jié)系統(tǒng)由排水系統(tǒng)和壓力系統(tǒng)2 部分組成，能夠降低軟土的含水率，減小其變形，增強軟土地基的承載力。當軟弱土層的埋深較深時，排水加固的效果不佳，不適合采用。常采用的排水系統(tǒng)有塑料排水板與砂井，均需要先在施工現(xiàn)場進行鉆孔作業(yè)，之后才可進行排水系統(tǒng)埋設(shè)，其原理是建立在排水系統(tǒng)的滲透系數(shù)大于軟弱土體的基礎(chǔ)上的。當采用塑料排水板時，在鉆孔結(jié)束之后就可以直接將其插入鉆孔中，如圖1 所示。而采用砂井時需要先將鋼管插入鉆孔中，然后在其內(nèi)部填充粗砂，形成砂柱。

圖1 塑料排水板

3.3.4深層攪拌

深層攪拌適用于軟土地層深度很大的情況，能夠有效地提高軟土地基的承載力。深層攪拌技術(shù)是通過灌漿的方法來對軟土地基進行加固的。通常采用的是水泥漿，通過高壓設(shè)備將漿液注入軟土地層中，經(jīng)過機械的攪拌，漿液在土體中不斷地擴散填充，起著地提高軟土地基承載力的作用。當處理的軟基埋置深、厚度厚的時候還可以采用高壓噴射注漿技術(shù)。

3.3.5加筋

采用加筋法進行軟土地基處理的主要方法有沉入碎石樁或者砂樁，在土體中鋪設(shè)土工織物等進行加筋，形成一種人工復合的土體，在抗拉強度、抗壓強度以及抗剪強度上都有明顯的提高，以此來增強地基的承載力、壓縮性及抗剪強度等。常用的有以下3 種做法：（1）土工合成材料，作為一種由高分子聚合物加工而成的新型建筑材料，土工合成材料具有排水、隔離、反濾與加筋等功能；（2）加筋土，加筋土是在土體中摻入帶狀的拉筋，依靠與土顆粒之間的摩擦作用，能夠提高土體的內(nèi)摩擦力，進而提高其強度；（3）樹根樁，又稱為微型樁，是一種直徑較小的鋼筋混凝土樁。

3.4 軟基處理面臨的問題

首先，是對軟基處理方式的選擇存在一定的盲目性，未正確地選擇最合適的方法，雖然軟基問題得到了解決，但是在時間以及投入方面浪費太大；其次，是對施工結(jié)束后的沉降控制不到位，工后沉降不僅是技術(shù)問題，還有經(jīng)濟問題，不僅僅會對工期產(chǎn)生影響，還會對工程投資帶來影響，因此，要針對不同地區(qū)、不同類型的工程確定相應(yīng)的沉降標準；最后，是施工質(zhì)量難以控制，一方面是技術(shù)上不能達到要求，另一方面是在實際操作中存在偷工減料現(xiàn)象。

4 結(jié)語

近年來，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的興起，港口工程也得到了很大的發(fā)展。由于港口工程建設(shè)區(qū)域的特殊性，不可避免地會遇到軟基問題，因此,進行軟基處理是港口工程建設(shè)中一個不容忽視的問題。經(jīng)過幾十年時間的發(fā)展，軟基處理技術(shù)已經(jīng)在港口工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文對幾種常用的軟基處理技術(shù)進行了研究，分析了其原理及適用條件，并就目前軟基處理中面臨的問題進行了分析，希望為港口工程中的軟基處理問題提供參考與建議。