吹填軟土的工程特性研究

袁志鴻

摘 要：鑒江供水樞紐工程位于廣東省湛江東南沿海一帶，是一宗以供水為主，兼顧防潮、灌溉、航運(yùn)及改善水環(huán)境等綜合利用的大（I）型跨流域調(diào)水工程，在回顧本工程吹填軟土技術(shù)的運(yùn)用和吹填成果，及參考近十幾年來我國沿海吹填工程實(shí)驗(yàn)、實(shí)例資料的研究的基礎(chǔ)上，對(duì)吹填軟土工程的性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)分析，并且針對(duì)天然軟土和吹填軟土進(jìn)行了對(duì)比分析，提出了吹填軟土工程在性質(zhì)上雖然是比不上天然軟土，但是通過后期加工和加固處理是要比天然軟土性能高。基于此，本文主要是針對(duì)吹填軟土的工程特性進(jìn)行分析，予以有關(guān)學(xué)者參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：吹填技術(shù);軟土;工程特性;探究

中圖分類號(hào)：P642.13 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2019）06-0083-02

鑒江供水樞紐工程位于廣東省湛江東南部的吳川、坡頭和東海島沿海一帶，是一宗以供水為主，兼顧防潮、灌溉、航運(yùn)及改善水環(huán)境等綜合利用的大（I）型跨流域調(diào)水工程，設(shè)計(jì)日供水量60萬m3，年均供水量2.8億m3。本工程由攔河水閘、輸水管線、庫區(qū)防護(hù)排澇、紅星水庫擴(kuò)建工程四部分組成，受填筑資源和施工場地的約束，及節(jié)約成本考慮，在部分工區(qū)的圍堰、隔流堤、施工用地及部分排澇閘站基礎(chǔ)處理等施工上多處運(yùn)用吹填軟土施工技術(shù)。吹填軟土當(dāng)中所含有的水分一般都高達(dá)百分之一百五左右的浮泥，這樣是不利于地基后期加固處理的。受地基加固工程的限制，很多場地在受到吹填技術(shù)之后，沒有足夠的時(shí)間去晾曬，在泥漿沉積階段期間，就開始了地基加固，在此過程中也會(huì)遇到較多的問題，比如地基加固施工機(jī)械設(shè)備很難進(jìn)場，加固前期的砂石鋪墊極為困難，排水板濾膜表面有很多泥皮，以及排水板周圍所產(chǎn)生的土柱和地基加深的深度不夠等。這些問題的出現(xiàn)，都是由吹填土的超軟特性所導(dǎo)致的。在回顧本工程施工過程中吹填軟土技術(shù)的運(yùn)用、吹填成果及近十幾年來我國沿海吹填工程實(shí)驗(yàn)及實(shí)例資料的研究的基礎(chǔ)上，對(duì)吹填軟土工程特性進(jìn)行系統(tǒng)分析，解決以上問題。

1 吹填軟土工程特性研究回顧分析

1.1 吹填軟土沉積分析

鑒江庫區(qū)防護(hù)排澇、攔河閘、輸水管線工程分別位于鑒江河中下游沿岸、出海口和沿海處，天然軟土廣泛分布。施工中發(fā)現(xiàn)，在一定程度上天然軟土因?yàn)榈貐^(qū)分布不同或者是在同一個(gè)地區(qū)不同工程性質(zhì)中也是有著極大差異的。通過對(duì)我國學(xué)者魏汝龍對(duì)于我國沿海地區(qū)和港口地區(qū)的軟土進(jìn)行的工程特性的研究及分類，結(jié)合鑒江工程軟土取樣對(duì)比得出，鑒江攔河閘、輸水管線工程軟土類型以淤泥混砂為主，局部部位類型為淤泥，而庫區(qū)防護(hù)工程類型多以淤泥質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)亞粘土為主。天然軟土的物質(zhì)組成有微觀結(jié)構(gòu)、孔隙水以及在實(shí)際工程上所表現(xiàn)出的物理力學(xué)性質(zhì)，學(xué)者王清對(duì)于我國江蘇連云港地區(qū)的吹填土進(jìn)行的室內(nèi)靜水條件下的沉積實(shí)驗(yàn)，得出了相關(guān)吹填軟土的特性，在一定程度上通過相關(guān)技術(shù)能夠提高其自身的特性，有利于工程在吹填軟土加固中的實(shí)際效果。還有學(xué)者通過量筒模擬實(shí)驗(yàn)以及大型試驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于不同地區(qū)所沉積的軟土進(jìn)行了加固期間其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的形成做出了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了，長時(shí)間沉積的軟土是在性能上有所提升。

通過對(duì)上述學(xué)者所研究的吹填土沉降性質(zhì)的分析，及鑒江工程吹填軟土施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，歸納出下面幾點(diǎn)：第一，土的顆粒級(jí)配，是決定軟土沉積速度以及沉積之后密度的重要因素之一。吹填土當(dāng)中的黏性顆粒含量越多，那么泥水分界下降的速度也會(huì)降低，自重沉積的時(shí)間越久，那么固結(jié)之后的孔隙就會(huì)越大。并且在一定程度上，土顆粒級(jí)配對(duì)于軟土沉降的影響，是要比對(duì)其他的影響大很多。第二，吹填土的沉積過程可以大致分為三個(gè)階段：①自重固結(jié)階段，②細(xì)顆粒絮凝下沉階段，③次固結(jié)階段。第三，土水比是繼土的顆粒級(jí)配置后影響到軟土沉積的另外一個(gè)主要因素，簡單來說就是土水比越小，那么泥面下沉也會(huì)越來也快，沉積量也會(huì)越大，細(xì)顆粒絮凝沉積結(jié)束之后的時(shí)間也會(huì)不斷縮短，沉積后軟土結(jié)構(gòu)也會(huì)較為松散。在當(dāng)軟土中含水量超過了標(biāo)準(zhǔn)，那么沉積之后的穩(wěn)定孔隙也會(huì)固定在一個(gè)數(shù)值當(dāng)中。

1.2 軟土工程特性分析

軟土主要是指部分沖填土和淤泥質(zhì)土以及高壓索性土。這種類型的土物理特性大多數(shù)都是飽和的，含有有機(jī)質(zhì)，孔隙比大于1的。軟土工程特性一般都是具有下面幾種類型;第一是抗剪強(qiáng)度較低。根據(jù)相關(guān)軟土工程試驗(yàn)結(jié)果表明，我國大多數(shù)軟土的天然不排水抗剪強(qiáng)度一般都是要小于25kpa，其最大變化的范圍在6到25kpa;固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角一般在12°到19°。第二是含水量相對(duì)較高，孔隙比較大，一般的軟土含水量是在百分之三十到百分之八十左右，其孔隙比在1到2之間。第三是滲透性較小，軟土的滲透系數(shù)一般是在1x12-5～2x12-9/cm/s。第四就是緩具有較強(qiáng)的流變性，在一定荷載租用下，軟土的承剪應(yīng)力作用是會(huì)產(chǎn)生極為緩慢的變形，并且可能會(huì)直接導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的不斷減弱，在主固結(jié)沉降完成之后還有可能會(huì)出現(xiàn)可觀的次固結(jié)沉降。

2 吹填軟土的工程特性分析

在一定程度上吹填施工結(jié)束之后，吹填軟土大多是都是極為松散的，并且其含水量也是相對(duì)較高的，從而直接導(dǎo)致了整個(gè)場地是處于泥漿狀態(tài)下;在這樣的情況下若是不進(jìn)行地基的加固處理，那么吹填軟土的物理力學(xué)性質(zhì)也會(huì)伴隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生較大的變化，也會(huì)露水面的表部通過晾曬之后脫水會(huì)形成厚0.2到0.4米的龜裂硬殼層，在這個(gè)硬殼層和其下部的吹填淤泥在軟土物理力學(xué)性質(zhì)上也會(huì)反映出極為明顯的差異。因?yàn)樵谝欢ǔ潭壬纤嬖诘睦щy，吹填施工若是完成之后，在進(jìn)行現(xiàn)場的吹填軟土物理力學(xué)指標(biāo)是及其難開展取樣實(shí)驗(yàn)測試的，在建設(shè)部綜合勘察研究設(shè)計(jì)部門，曾有相關(guān)設(shè)計(jì)部門針對(duì)吹填軟土淤泥形狀的模擬實(shí)驗(yàn)，并且在淤泥吹填工程完工十個(gè)月之后在進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)的實(shí)際測量;在通過吹填施工一段時(shí)間之后，軟土的物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)資料也會(huì)不斷增多，這也是對(duì)相關(guān)研究成果資料進(jìn)行來總結(jié)，從而得到實(shí)際的研究結(jié)果進(jìn)展。

2.1 吹填淤泥硬殼層

大多數(shù)情況下吹填施工之后的三到六個(gè)月之內(nèi)進(jìn)行吹填淤泥表部通過晾曬蒸發(fā)脫水所形成的，也會(huì)呈現(xiàn)出龜裂狀，縫寬度大約在四到五厘米左右;在其厚度當(dāng)中也會(huì)從管口向外逐漸降低，然后在由吹填淤泥靜態(tài)落淤所形成，然而軟土的顆粒度相對(duì)較細(xì)，若是含水量在百分之五十左右，其明顯是要少于臥吹填淤泥的飽和。由地表向下逐漸呈現(xiàn)遞增;軟土的孔隙是要比固結(jié)要大一點(diǎn)五倍左右，其也具有高壓索性，簡單來說，其力學(xué)性質(zhì)也是要高于下伏吹填淤泥的。

2.2 吹填淤泥層

在硬殼層以下，呈現(xiàn)灰色，極為稀軟，不平均性，并且具有高靈敏性，其管口位置分布吹填粉砂是夾雜著淤泥層的，若是往外逐漸從淤泥過度到吹填淤泥中，其顆粒也會(huì)越來越小，有極為明顯的分選特征;軟土的含水量也會(huì)高達(dá)百分之百，在一定程度上這種吹填淤泥層的工程性質(zhì)是要弱于上覆硬殼層淤泥的，在天然保護(hù)狀態(tài)下，其自身的物理力學(xué)性質(zhì)也會(huì)出現(xiàn)微弱的變化。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)調(diào)查，吹填軟土的微結(jié)構(gòu)主要是以絮流狀以及顆粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)為主的，并且在發(fā)育過程中有較大的縫隙和粉砂交叉淤泥沉積所形成的袋裝結(jié)構(gòu)和以顆粒狀的膠結(jié)與蜂窩狀的微結(jié)構(gòu)為主的海相淤泥相比較，其表現(xiàn)的更為顯著;在某種層面上，物質(zhì)的足夠和微觀結(jié)構(gòu)是限制土的工程性質(zhì)最重要的因素，因此也是決定吹填軟土和一般天然軟土在工程特性上的差異。

3 結(jié)語

總而言之，在吹填施工完成之后的一段時(shí)間之內(nèi)，沒有進(jìn)行加固的吹填軟土工程物理力學(xué)性質(zhì)是要顯著的低于原狀天然軟土的工程物理力學(xué)性質(zhì)的。在一定程度上從施工地基處理加固角度來看，吹填軟土的自然條件及其本質(zhì)上的加固條件是要高于天然軟土的，這樣也會(huì)讓吹填軟土更有利于在地基加固中的實(shí)際應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]周睿博， 黃偉豪. 新吹填超軟土工程特性研究進(jìn)展綜述[J]. 路基工程， 2014（6）：7-10.

[2]仇王維. 吹填場地軟土地基變形特性及樁負(fù)摩阻力研究[D]. 天津大學(xué)， 2014.

[3]羅慶姿， 韋瀟旖， 劉荃銘，等. 吹填軟土次固結(jié)特性的試驗(yàn)研究[C]// 中國土木工程學(xué)會(huì)第十二屆全國土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文摘要集. 2015.