如何處理港口工程中的軟土地基問(wèn)題

劉建輝

（北部灣港北海碼頭有限公司，廣西 北海 536000）

0 引言

在經(jīng)濟(jì)全球化的浪潮中，海洋經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，船舶航運(yùn)事業(yè)日益旺盛，現(xiàn)有的港口已無(wú)法滿足大流量的運(yùn)輸需求，各大港口都在完善擴(kuò)建，以及建造新的港口來(lái)滿足航運(yùn)行業(yè)的需求。軟土地基是港口建設(shè)工程當(dāng)中最基礎(chǔ)的施工項(xiàng)目，如何合理地選擇軟土地基建設(shè)施工技術(shù)，關(guān)系著港口工程整體的建設(shè)質(zhì)量和安全，更關(guān)系著船舶航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展。雖然軟土施工技術(shù)在港口施工中被廣泛運(yùn)用，但是仍存在一些問(wèn)題，本文對(duì)軟土地基施工的過(guò)程進(jìn)行了深入研究，對(duì)軟土施工技術(shù)做了一些改進(jìn)，能極大提高港口工程軟土地基建設(shè)的質(zhì)量和技術(shù)水平。

1 軟土的特點(diǎn)

軟土指的飽和軟粘土，主要有粉質(zhì)粉砂、粉質(zhì)粘土以及淤泥，具有高結(jié)構(gòu)敏感性、低強(qiáng)度、高壓縮性、高空隙度的特點(diǎn)，使得地基整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度較低，在施工過(guò)程中容易出現(xiàn)土體變形和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的問(wèn)題，從而影響地基的建設(shè)質(zhì)量，最終影響港口工程的安全質(zhì)量。在軟土地基的開(kāi)挖過(guò)程中，如果基礎(chǔ)的破面土體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變形，會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性降低，容易導(dǎo)致卸荷和空位抬升，導(dǎo)致基礎(chǔ)變形甚至被破壞。基于軟土地基建設(shè)施工過(guò)程的特殊情況，應(yīng)結(jié)合軟土地基處理技術(shù)進(jìn)行施工，采用合理的軟土處理技術(shù)對(duì)地基的底部進(jìn)行有效處理，從而提升改善地基的基礎(chǔ)性能，使港口工程基礎(chǔ)的質(zhì)量得到保證。

2 軟土地基處理技術(shù)概述

20 世紀(jì)60 年代，由于施工技術(shù)比較落后，再加上材料科學(xué)技術(shù)的限制，我國(guó)的軟土地基處理技術(shù)水平有限，只有化學(xué)灌漿技術(shù)石灰土樁技術(shù)、壓實(shí)土樁技術(shù)等。改革開(kāi)放以來(lái)，海洋經(jīng)濟(jì)迅速崛起，港口建設(shè)進(jìn)程加快，我國(guó)對(duì)軟土地基建設(shè)的技術(shù)也進(jìn)行了深入的研究和改進(jìn)，使得軟土地基處理技術(shù)水平得到一定的提升，再加上引進(jìn)了國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和施工設(shè)備，使得軟土地基處理技術(shù)得到完善，為港口地基建設(shè)的質(zhì)量提供了保障。

3 港口工程軟土地基處理中存在的問(wèn)題

結(jié)合當(dāng)下港口作業(yè)的實(shí)際情況，在港口工程軟土地基處理當(dāng)中主要存在的問(wèn)題有以下3 點(diǎn)。

3.1 港口工程軟土地基處理技術(shù)的理論體系不夠健全

健全的軟土地基處理技術(shù)理論體系對(duì)軟土地基處理技術(shù)的實(shí)際操作運(yùn)用起著指導(dǎo)和規(guī)范作用，對(duì)推動(dòng)港口工程的建設(shè)和發(fā)展有著重要作用。結(jié)合當(dāng)前中國(guó)的港口建設(shè)軟土地基處理各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用情況來(lái)看，雖然軟土地基各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，取得的效果也很好，但是對(duì)軟土地基處理技術(shù)的理論體系建設(shè)并不是很成熟和完善，這在一定程度上會(huì)制約著中國(guó)港口建設(shè)軟土地基處理技術(shù)更高層次的發(fā)展空間，在這點(diǎn)上應(yīng)該給予重視，要加快健全軟土地基處理技術(shù)理論體系的建設(shè)，使中國(guó)的港口軟土地基建設(shè)水平邁上新的臺(tái)階。

3.2 港口工程軟土地基施工中設(shè)備相對(duì)較差

在港口工程軟土地基的建設(shè)中，采用合理的、先進(jìn)的施工機(jī)械裝備能增加工程的施工速度和建設(shè)質(zhì)量。但是在實(shí)際情況下，施工隊(duì)伍所采用的操作設(shè)備大都有些陳舊，和其他裝配較先進(jìn)的施工設(shè)備比起來(lái)在施工速度和建設(shè)質(zhì)量方面都稍遜一籌，甚至對(duì)港口工程的整體建設(shè)造成一些負(fù)面影響。這種情況大都是由于施工單位資金不足或重視程度不夠?qū)е碌?，使得采用的操作設(shè)備裝配的配件相對(duì)落后、設(shè)備性能相對(duì)落后，為港口工程軟土地基的建設(shè)埋下隱患。因此要及時(shí)檢查設(shè)備的磨損情況，及時(shí)維修；同時(shí)要關(guān)注行業(yè)內(nèi)專業(yè)設(shè)備的更新情況，根據(jù)施工的實(shí)際情況及時(shí)更新機(jī)械設(shè)備，保障軟土地基處理工程的速度和質(zhì)量。

3.3 對(duì)軟土地基處理技術(shù)的選擇和應(yīng)用不準(zhǔn)確

目前軟土地基處理技術(shù)主要包括換填技術(shù)、深層攪拌技術(shù)、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)，不同的軟土地基處理技術(shù)有不同的適用范圍和作用效果，如果選擇處理技術(shù)不恰當(dāng)，會(huì)影響軟土地基施工的速度和效率，從而影響整個(gè)港口工程的施工建設(shè)和發(fā)展提升。因此需要正確地選擇合適的軟土地基處理技術(shù)，達(dá)到事半功倍的效果。相關(guān)人員需要在施工設(shè)計(jì)之前，前往港口工程施工地區(qū)對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和周圍環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)的勘測(cè)，并進(jìn)行全面的綜合評(píng)估和分析，進(jìn)而在港口工程軟土地基的施工設(shè)計(jì)中，選擇合理的軟土地基處理技術(shù)方案，確保施工方案的設(shè)計(jì)情況和施工現(xiàn)場(chǎng)的勘測(cè)情況相符合，保障港口工程整體的施工質(zhì)量和速度。

4 軟土地基處理技術(shù)在港口建設(shè)工程中的應(yīng)用

隨著技術(shù)的成熟和發(fā)展，軟土地基處理技術(shù)在港口工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在工程的建設(shè)中發(fā)揮著積極作用，常用的軟土地基處理技術(shù)主要有以下5 種。

4.1 軟土地基充填處理技術(shù)

當(dāng)軟土地基的施工現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)低洼，排水不便時(shí)就需要采用軟土地基充填處理技術(shù)。軟土地基充填處理技術(shù)是指把地基上的軟土層通過(guò)器械挖運(yùn)走，把其他材料進(jìn)行回填進(jìn)地基，從而提高軟土地基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和改善軟土地基的各方面性能。在對(duì)軟土地基填充材料的選擇上，要從填充材料的質(zhì)地、硬度方面進(jìn)行考慮篩選，還要保證軟土地基的換填材料具有良好的抗變形能力，能夠承受基礎(chǔ)的重量和海浪的沖擊，同時(shí)具有良好的耐腐蝕能力，能較好地抵抗海水的腐蝕，從而確保進(jìn)行換土充填后的軟土地基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性符合港口工程的基礎(chǔ)施工要求。軟土地基充填處理技術(shù)如圖1 所示。

圖1 軟土地基充填處理技術(shù)

4.2 軟土地基排水加固技術(shù)

軟土地基排水加固技術(shù)僅使用于一般情況，如果軟土地基的土壤較深，軟土地基排水加固技術(shù)則不適用，應(yīng)采用其他方法。軟土地基排水技術(shù)是指在軟土地基的基部設(shè)置排水管系，運(yùn)用相應(yīng)的排水技術(shù)將軟土中的水分進(jìn)行有效排除，從而讓軟土之間間隙縮小，使得軟土地基的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更不易變形、下沉。軟土地基排水加固技術(shù)由壓力系統(tǒng)和排水系統(tǒng)共同組成，其中壓力系統(tǒng)實(shí)在軟土地基施工前期對(duì)軟土地段進(jìn)行壓力加載，使得軟土間隙中的水分得以流出，為接下來(lái)的排水系統(tǒng)排水提供有力的支持，從而促進(jìn)軟土地基排水加固技術(shù)排水處理效果的提升。在設(shè)計(jì)軟土地基排水系統(tǒng)時(shí)，需在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置塑料排水管或沙井。沙井需在軟土地基上鉆孔建造，在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先規(guī)劃好孔的形狀和排列，利用打樁機(jī)將鋼管打入相對(duì)應(yīng)的孔中。除此之外，還可運(yùn)用高壓水射流法來(lái)進(jìn)行鉆孔工作，往相應(yīng)的鉆孔中倒入制備好的粗砂，這樣就形成了沙柱，沙柱具備良好的排水性能。在軟土工程施工中，砂井灌漿應(yīng)采用專用布袋。這不但能夠很好地減少施工成本，還能夠使施工更加方便、快捷，避免地基變形引起的排水?dāng)鄶嗬m(xù)續(xù)。我們?cè)谶M(jìn)行軟土地基處理時(shí)，要按照測(cè)量資料和場(chǎng)地的情況，科學(xué)選擇合適的軟基處理方法，從而使港口工程順利進(jìn)行。

4.3 軟土地基真空結(jié)合預(yù)加載技術(shù)

軟土地基真空結(jié)合預(yù)加載技術(shù)非常適合港口建設(shè)環(huán)境下大面積軟土地基排水工作。軟土地基真空結(jié)合預(yù)加載技術(shù)操作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，首先需在軟土地基內(nèi)部設(shè)置一定數(shù)量的沙井，然后在軟土地基的表面均勻鋪設(shè)一層密封膜，利用真空抽氣設(shè)備把密封膜內(nèi)的空氣全部抽出，此時(shí)密封膜內(nèi)外會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)大的氣壓差，會(huì)給軟土地基一個(gè)相當(dāng)大的附加應(yīng)力值，使得軟土地基頂部的荷載增加，將軟土地基內(nèi)的水分?jǐn)D壓排進(jìn)沙井，極大的提升了軟土地基整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。密封膜內(nèi)的真空度應(yīng)穩(wěn)定地保持在80kPa 以上；砂井或塑料排水板深度范圍內(nèi)土層的平均固結(jié)度一般應(yīng)大于85%；濾水管的周圍應(yīng)填100～200mm 厚的砂層或其他水平透水材料；所需抽真空設(shè)備的數(shù)量，以一套設(shè)備可抽真空的面積為1000～1500m2確定；當(dāng)?shù)鼗休d力要求更高時(shí)可聯(lián)合堆載、強(qiáng)夯等綜合加固；預(yù)壓后建筑物使用荷載作用下可能發(fā)生的沉降應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求[1]。軟土地基真空結(jié)合預(yù)加載技術(shù)具備很多優(yōu)點(diǎn)，如施工成本低廉、造作能力強(qiáng)、施工后軟土地基無(wú)橫向變形和剪切破壞等。雖然軟土地基真空結(jié)合預(yù)加載技術(shù)具備很多優(yōu)點(diǎn)，但也有一定的適用范圍，施工人員只有在勘測(cè)現(xiàn)場(chǎng)后，確認(rèn)實(shí)際情況適合用此技術(shù)才行。

4.4 軟土地基深層攪拌加固技術(shù)

當(dāng)港口軟土地基的深度較大，其他軟土地基處理技術(shù)不方便使用的時(shí)候，軟土地基深層攪拌加固技術(shù)非常適合這種情況。軟土地基深層攪拌技術(shù)是指利用高壓灌輸設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)制備好的水泥漿灌注軟土地基底部，然后利用攪拌棒進(jìn)行攪拌，使水泥漿與軟土進(jìn)行充分融合，使得軟土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力得到極大提升。水泥加固軟土的原理是水泥水解、水化反應(yīng)所生成的水泥水化物與土顆粒發(fā)生離子交換、團(tuán)?；饔?、碳酸化反應(yīng)以及硬凝反應(yīng)等一系列物理化學(xué)反應(yīng)，形成具有高強(qiáng)度的和高穩(wěn)定性的水泥加固土[2]。水泥加固土的強(qiáng)度大小取決于兩方面：軟土地基本身的物化性質(zhì)和所灌注水泥的比例、種類、外加劑的種類及摻入量。

軟土地基加固后的強(qiáng)度與所灌注水泥的量成正比，所灌注的水泥量越多，軟土攪拌后的穩(wěn)定性和強(qiáng)度就越大，一般水泥的摻入量為7%～15%。

軟土地基深層攪拌加固技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，在港口工程軟土地基的建設(shè)中發(fā)揮著積極作用，其優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）軟土地基深層攪拌加固效果非常顯著，通常情況下軟土地基在加固完成后即可立即投入使用。

（2）軟土地基深層攪拌加固技術(shù)可以根據(jù)港口工程的實(shí)際需要情況做出相應(yīng)的調(diào)整，處理起來(lái)不死板比較靈活，可采用壁狀加固、塊狀加固、柱狀加固、格柵加固等多種加固方式[3]。

（3）軟土地基深層攪拌加固技術(shù)對(duì)軟土的利用率幾乎是100%，由于施工時(shí)是利用機(jī)械直接把水泥輸送到軟土地基的底部進(jìn)行整體攪拌，直接使水泥和摻入劑與軟土發(fā)生反應(yīng)使軟土加固，避免了大量挖掘土壤和遠(yuǎn)距離棄土。

（4）軟土地基深層攪拌加固技術(shù)在施工時(shí)進(jìn)度較慢、力度可控，攪拌棒對(duì)軟土進(jìn)行攪拌加固的同時(shí)不會(huì)對(duì)周圍土壤造成太大的擾動(dòng)，在側(cè)向做好防護(hù)措施，確保軟土不會(huì)因攪拌速度過(guò)快而溢出，在施工時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)和噪聲都比較小，對(duì)環(huán)境的污染較小[4]。

（5）軟土地基深層攪拌加固技術(shù)所用到的器械相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，便于制作和應(yīng)用，軟土地基深層攪拌加固技術(shù)。

4.5 軟土地基碎石樁處理技術(shù)

在對(duì)軟土地基的處理中，軟土地基碎石樁處理技術(shù)運(yùn)用比較廣泛，不僅對(duì)軟土地基的加固效果很好，施工成本也比較低。軟土地基碎石樁處理技術(shù)指在軟土地基上預(yù)先鉆好的孔中填入以碎石為主的混合料，使其形成豎向增強(qiáng)體，豎向增強(qiáng)體和其他軟土共同組成了人工加固地基，共同承載上部荷載，大幅提高了軟土地基的整體穩(wěn)定性和承載能力。

碎石樁加固軟土地基的目的主要是減小地基沉降量、增強(qiáng)地基承載能力、增強(qiáng)土體的抗剪能力、增加地基坡面的抗滑能力。碎石樁的在加固軟土地基中的作用主要體現(xiàn)在以下4 個(gè)方面。

（1）港口工程中的軟土顆粒間隙小、滲透性低，軟土中的水分不易排走，使得軟土地基整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度較低，因此碎石樁的填入是起著置換作用，改變地基整體致密的情況，從整體上改變了軟土地基的性能。

（2）碎石樁在軟土地基中起著排水收集樁的作用，使得從軟土地基中析出的水分匯集于碎石樁內(nèi)，大大縮短了軟土固結(jié)的時(shí)間，增加了軟土地基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少了軟土地基的沉降量[5]。

（3）如果軟土地基的土層厚度不大，那么碎石樁在軟土地基中扮演著加筋作用。碎石樁直接穿透軟土層，直達(dá)堅(jiān)硬的地基底部，此時(shí)在頂部荷載的作用下，碎石樁起著集中應(yīng)力的作用，減少軟土層所負(fù)擔(dān)的壓力。碎石樁和軟土層所組成的復(fù)合地基與原有軟土地基相比，復(fù)合地基的承載力更強(qiáng)，壓縮性更小[6]。

（4）如果軟土地基的土層厚度大，則碎石樁不能貫穿軟土層，此時(shí)的碎石樁起著墊層作用，碎石樁將上部所承載的應(yīng)力分散，使得軟土地基的所承受的壓力趨于均勻，從而提升軟土地基的整體承載力以及減少軟土地基的沉降量[7]。

5 軟土地基重錘擊石技術(shù)

重錘擊石技術(shù)在軟土地基加固處理中經(jīng)常被運(yùn)用，它和軟土地基深層攪拌加固技術(shù)一樣，非常適合軟土層較厚的地基加固。軟土地基重錘擊石技術(shù)指運(yùn)用機(jī)械重錘的抬升和下降對(duì)軟土層施加強(qiáng)烈的荷載，使土層收到相當(dāng)大的應(yīng)力和沖擊波，使土層顆粒之間的間隙縮小，在錘擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂隙，使軟土中析出的水分得以排走，促使軟土加速固結(jié)，最后從整體上提升了軟土地基的穩(wěn)定性和承載能力，降低了軟土層的壓縮性。軟土地基重錘擊石技術(shù)具有施工速度快、操作簡(jiǎn)單、施工效果好、適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，但是由于在施工時(shí)震動(dòng)和噪聲比較大，會(huì)對(duì)周圍居民生活造成一定影響。

6 軟土地基高壓噴射固化法

軟土地基高壓噴射固化法是指用工程鉆機(jī)鉆至軟土地基深處，通過(guò)鉆桿尾端的旋轉(zhuǎn)噴射裝置噴射加固漿液，再通過(guò)攪拌裝置對(duì)軟土和加固劑進(jìn)行攪拌，使周圍軟土快速固化；將加固漿液噴射裝置緩緩抬升，使得沿途的軟土層都得到加固處理，形成旋噴樁。旋噴樁的規(guī)格一般為0.5～1.5m，可承載的壓強(qiáng)極大，從整體提升了軟土地基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力。軟土地基高壓噴射固化法適用范圍廣，淺層軟土和深層軟土都可應(yīng)用此技術(shù)，且對(duì)軟土地基的加固效果非常好，但是施工費(fèi)用高。

7 軟土地基加筋土法

軟土地基加筋土法對(duì)軟土的加固效果非常顯著，在軟土地基深度較淺的情況下適用，需要將軟土地基的土體全部挖出，在基底均勻鋪設(shè)半米厚的砂墊層，再在砂墊層上均勻鋪設(shè)一層沙質(zhì)土，在土體中均勻埋入筋條，用器械設(shè)備碾壓密實(shí)。軟土地基加筋土法操作相對(duì)簡(jiǎn)單，施工所需的材料獲取相對(duì)容易，施工成本較低。

8 結(jié)語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)全球化的浪潮中，海洋經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，船舶航運(yùn)事業(yè)日益旺盛，現(xiàn)有的港口已無(wú)法滿足大流量的運(yùn)輸需求，各大港口都在完善擴(kuò)建，以及建造新的港口來(lái)滿足航運(yùn)行業(yè)的需求。軟土地基是港口建設(shè)工程當(dāng)中最基礎(chǔ)的施工項(xiàng)目，如何合理地選擇軟土地基建設(shè)施工技術(shù)，關(guān)系著港口工程整體的建設(shè)質(zhì)量和安全，更關(guān)系著船舶航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展。在進(jìn)行軟土地基處理工作時(shí)，首先做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析工作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和測(cè)量資料，選擇合適的施工工藝和材料。此外，在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制施工技術(shù)的應(yīng)用，提高加固技術(shù)應(yīng)用水平，確保軟基處理的效果滿足設(shè)計(jì)要求。雖然我國(guó)軟土地基施工技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，但是經(jīng)過(guò)專業(yè)技術(shù)人員的不斷專研，充分發(fā)揮每個(gè)人的才能，軟土地基施工技術(shù)應(yīng)用得到了很大的提升，促進(jìn)了軟土地基施工技術(shù)邁向新的征程。