天津南港工業區軟基特點及路基處理方式探討

□文/李建中 刁潤勝 張振學 李海波

天津南港工業區軟基特點及路基處理方式探討

□文/李建中 刁潤勝 張振學 李海波

南港工業區作為天津市“雙城雙港”城市空間發展戰略規劃重要組成部分，東臨渤海灣，軟土層分布廣泛。區域地質條件較差，要進行大規模的基礎設施建設需對南港軟基特點進行一次較為全面的分析。文章根據南港工業區軟土特性、不同特性軟土分布情況、不同軟土區域適宜采用的最優處理方式做了探討，以便指導工程施工，實現南港工業區軟基處理的規模化效益。

南港；軟基；路基處理

南港工業區東臨渤海灣，區域原有陸路區域屬沖積、海積低平原并分布有大量水塘，軟土層分布廣泛。本文在借鑒國內外研究成果基礎上，通過對南港工業區軟土特性及分布情況、軟土特性的調查分析，結合目前國內外工程界較為成熟的軟基處理方式，廣泛參考濱海新區沿海軟土地區類似工程的軟基處理方式既成效，進而提出適宜南港工業區的軟基處理方式。

軟土鑒別標準及工程特性

軟土鑒別標準探討

南港工業區軟土分布廣、種類多，正確認識軟土的性質并對其進行科學的鑒別，對工程建設有著重要的意義。但是國內外對軟土沒有統一的標準，即使國內各部門之間的標準也不盡相同。

通過對國內外土建行業諸多鑒別標準的研究分析，結合南港地區建設特點，提出如下的軟土鑒別標準，見表1。

表1 本研究軟土鑒別指標

軟土的工程特性

軟土的種類很多，但具有共同工程特性：

（1）顏色以深色為主，粒度成分以細顆粒為主，有機質含量高；

（2）天然含水量高，重度小；

（3）孔隙比大，一般大于1.0；

（4）滲透系數小，一般＜10-6cm/s；

（5）粘粒含量高，塑性指數大；

（6）高壓縮性，壓縮系數大；

（7）強度指標小；

（8）軟土的靈敏度高；

（9）具有明顯的流變性。

南港工業區軟土層特性分析

根據地勘資料，南港工業區場地埋深25.0 m范圍內，地基土按成因年代可分為4層，按力學性質可進一步劃分為6個亞層，見圖1。

圖1 南港地區地層豎向分布示意

常用軟基處理方式及其在南港的適用性

對目前工程界的軟基處理方式進行分類研究，充分認識其適用條件及施工特點，從中選出適用于南港地區軟土性質的處理方式。

地基處理總體上可分為土質改良、土的置換、其他方法三大類，見圖2。

重錘夯實法

適用于處理非飽和粘性土或雜填土，提高其壓縮性和不均勻性，也可用于處理濕陷性黃土，消除其濕陷性。南港工業區軟土分布廣、厚度大，土質為淤泥質粘土及粉質粘土，含水量高且地下水位埋深較淺，不宜采用此類處理方法。

振動壓實法

主要應用于處理砂土、爐渣、碎石等無粘性土為主的填料。南港工業區軟土分布廣，厚度大，土質為淤泥質粘土及粉質粘土，含水量高且地下水位埋深較淺不宜采用此類處理方法。

預壓法

預壓法可分為堆載預壓和真空預壓。預壓法適用于含水量高、孔隙比大、強度低、滲透系數和固結系數均較小的粘性土的加固。南港工業區內軟土可配合采用砂井排水、真空降水、塑料排水板以及鋪設土工合成材料，在充分考慮工期允許的條件下采用此類方法。

排水法

排水法可分為袋裝砂井排水法、塑料排水板排水法和土工合成材料排水法。適用于含水量大、孔隙比大、壓縮性高、軟土深厚的軟土地基。在能提供足夠預壓期的前提下，南港工業區內軟土可采用排水固結法對軟土地基進行加固處理。

石灰樁法

適用于含砂量低，沒有滯水砂層的雜填土地基或軟粘土地基。南港工業區內軟土理論上較適宜石灰樁法處理，但石灰樁法在天津地區應用并不普遍，大面積應用前應做試驗段，以檢驗軟基加固效果。

注入灌漿法

多用于已建成工程的局部補強處理，大面積應用時必須進行充分的研究。由于應用效果差異性較大，在新建工程中較少采用，不推薦在南港工業區采用。

粉噴樁法

適用于淤泥質土、粘性土、粉土、雜填土且天然含水量＞30%的軟弱地基加固，對含水量在50%～60%之間的淤泥和淤泥質土加固效果尤為明顯。粉噴樁法對施工控制要求較為嚴格，施工隊伍的水平對成樁效果有著極大影響，另外當樁長超過10 m后，噴粉及成樁質量波動性較大，不推薦在南港工業區采用。

水泥攪拌樁法

適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。南港工業區軟土以淤泥質粘土、粉質粘土為主，天然含水量大多介于30%～40%之間，塑性指數主要介于15～20之間，pH值介于7.0～9.0之間，較為適宜采用水泥攪拌樁處理軟基。

高壓旋噴樁法

適用于加固松軟地基，以提高地基承載力。主要適用于標準貫入擊數＜l0的砂性土和標準貫入擊數＜5的粘性土以及不含瓦礫的填土。高壓旋噴樁法近年來在天津地區的應用較為普遍，在軟基處理方面取得了較為理想的效果，南港工業區內軟基處理可考慮采用高壓旋噴樁法。

電氣固化法

適用于含水量高的軟土。電氣固化法在天津地區應用極少，不建議在南港工業區使用此類方法。

換填墊層法

適用于淤泥、淤泥質土、素填土、雜填土地基及溝渠、魚塘等的淺層處理。換填墊層法施工簡便，不需特殊的機城設備，工期短、造價低、見效快，在處理南港地區一般道路的軟基過程中可大規模采用。

強夯置換法

適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土、粘性土、濕陷性黃土、雜填土等地基。南港工業區內軟土主要為淤泥質粘土，飽和度高、厚度大，強夯置換法施工深度難以穿透軟土層，對軟基加固效果較差。

拋石擠淤法

適用于排水困難，淤泥呈流動狀態，厚度較薄，表層無硬殼，片石能沉達底部的泥沼或厚度為3～4 m的軟土及常年積水的洼地南港工業區內存在較多魚塘、蝦池，池底存在大量流塑狀態淤泥，局部區域可有條件的采用此方法。

擠密法

主要適用于吹松軟砂類土、素填土、雜填土、濕陷性黃土，將土擠密或消除濕陷性效果較為明顯南港工業區25 m深度范圍內軟土均為淤泥質粘土或粉質粘土，無砂性土且淤泥質粘土一般都具有觸變性，振動或沖擊將對軟土造成擾動，從而進一步降低軟土的承載力，故不適宜采用擠密法加固軟土地基。

振沖法

適用于承載力低的軟土地基。南港工業區內軟土層厚度達25 m，粘聚力普遍＜10 kPa、內摩擦角約為5°，軟土層強度很低,基本難以振沖成孔，故不宜采用振沖法加固軟土地基。

土工合成材料法

土工合成材料的功能包括反濾、排水、隔離、防護、防滲、加筋（加固補強），應用廣泛。南港工業區軟基處理方式的選擇應充分利用土工合成材料的優良特性，提高軟基處理效果。

預應力管樁法

適用于處理深、厚軟基及對工后沉降要求嚴格、工期緊張的路基工程。南港工業區內軟基厚度大，持力層較深，采用管樁復合地基法處理軟基能收到較好效果，但造價相對較高，在工程投資允許的情況下可采用。

南港地區軟基處理方式

一般軟基區道路路基處理

工程場地地面以下1～3 m多為吹填土和雜填土，土質結構性差、欠均勻，主要由粉質粘土及淤泥質土組成，土質含水量較高、強度較低，由于填墊時間短且未經過分層壓實，故壓縮性高。根據現場填土標高及規劃高程可知，道路路面結構及路基基本位于雜填土（陸域）或吹填土（海域）厚度范圍內。而雜填土（吹填土）承載力低、壓縮性高，無法直接作為路基持力層使用。

通過上述各種路基處理方式的分析論證可得出結論：換填（置換）法是一種實用、經濟、施工周期短、見效迅速的軟基處理方式，南港一般軟基區道路路基最優處理方案首選換填法。

淺層換填（置換）法即通過將軟弱地基部分或全部挖除，用透水性好、強度較高的材料（如山皮土、砂礫、碎石、鋼渣等）進行回填的軟基處理方式。但雜填土（吹填土）下存在深厚的軟土層（軟弱土層），該層土質壓縮性高、承載力低，換填的散體材料勢必在該層產生較大分散性沉陷。

為了解決這個問題，必須加強換填材料的整體性，使其成為一個整體承托層，即“人工硬殼層”，使得來自上部的自重應力及附加應力能夠均勻分散到軟弱土層上，避免局部的應力集中產生不均勻沉降或者承載力喪失。

土工合成材料的加筋作用可限制地基土的側位移及軟土的擠出趨勢，提高地基的抗滑穩定性,，使地基下沉趨于均勻，防止破裂面的形成。

綜上所述，一般軟基區道路路基最優處理方案見圖3。

挖除既有填土至路面結構以下1.4 m，通鋪兩層竹笆，再通鋪一層高強經編復合土工布；填筑60 cm山皮土并壓實作為承托層，在山皮土頂通鋪一層三向土工格柵，再填筑40 cm山皮土，土工格柵在山皮土頂面反包2 m，在山皮土頂通鋪一層三向土工格柵；鋪筑40 cm厚碎石，土工格柵在碎石頂面反包2 m，在碎石上通鋪一層防水土工布（兩布一膜形式），最后施作路面結構。

鄰接構造物（包括橋梁、涵洞）道路路基處理

鄰接構造物（包括橋梁、涵洞）位置是道路不均勻沉降的多發地帶，主要原因為：

（1）橋梁（或涵洞）位置多采用樁基礎或進行了深層處理，構造物本身沉降量極低，而道路沉降量則難以將沉降控制在如此小的范圍之內，故在橋頭會出現差異沉降，導致“橋頭跳車”現象的發生；

（2）橋頭往往是路基填土較高的位置，高填土導致地基附加荷載增大，加速了土基的沉降與固結，在同等條件下使得橋頭高填土位置產生較大的沉降量；如此更進一步加劇了“橋頭跳車”的嚴重性，這種現象在天津濱海軟土地區更為明顯。

通過對南港軟土特性的研究可知，南港工業區軟土層厚度可達30 m且分布廣泛，處理好構造物與路基之間的差異沉降，減少“橋頭跳車”現象是南港工業區內道路工程建設面臨的一個重要問題。

南港工業區內在鄰接橋梁位置的路基處可采用水泥攪拌樁、高壓旋噴樁或預應力管樁。高壓旋噴樁加固軟土地基效果要好于水泥攪拌樁，但造價比水泥攪拌樁高，預應力管樁造價與高壓旋噴樁基本相當，但施工速度快，適用于工期緊張的工程采用。鄰接構造物（包括橋梁、涵洞）位置的路基處推薦采用水泥攪拌樁的軟基處理方式。

水泥攪拌樁法也應設置過渡漸變段，即處理長度范圍分為兩種，分別設置不同的樁間距，以實現“由剛到柔，逐級過渡”，減少不均勻沉降的不利影響。在樁頂設置60 cm碎石墊層，碎石墊層中間通鋪一層土工格柵，以便將上部荷載均勻傳遞至復合地基上。見圖4。

因各個工程實際情況不一，地質條件也有差異，故本文未對地基處理的詳細設計參數做出規定，只給出指導性建議，具體工程設計過程中應根據工程實際情況經計算后提出具體要求指導施工。

結語

在軟基處理方面，迄今為止工程界已研究出很多種地基處理方法并在不同工程中得到成功應用。由于處理的目的各不相同、不同區域軟土性質存在差異，軟基加固措施也就千變萬化，本文僅針對南港工業區內軟土特點提出對應的處理方式。不同的工程設計應該根據工程的實際情況，從地質條件、工程造價、工期進度、施工條件等多方面進行綜合比選，提出有針對性的軟基處理方式。

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□刁潤勝/天津市城市基礎設施配套辦公室。

□張振學、李海波/天津城建設計院有限公司。

U416.1

C

1008-3197（2010）06-32-04

2010-10-28

李建中/男，1963年出生，高級工程師，天津市城市基礎設施配套辦公室，從事工程技術管理工作。