軟基處理技術在港口工程施工中的應用研究

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設施。在經濟全球化的背景下，經濟發展的重心逐步向沿海城市轉移，港口成為經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時，不可避免地需要在地質條件不佳的區域進行建設，而軟土地基就是其中的一種。經過長期以來的工程實踐，在港口工程建設中的軟基處理技術已經發展得較為成熟，并得到了廣泛的應用[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、粉質砂土與粉質黏土等，在沿海地區廣泛分布的海相沉積軟黏土就是一種典型的軟土[3]。在港口工程建設時往往需要進行基坑開挖工作，當在軟土區域進行開挖時常常會發生以下問題：（1）基坑支護結構以及坡面土體變形過大而使整體失穩；（2）由于基坑開挖導致坑底的地下水位急速下降，其他區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域發生的破壞。

2.2 軟基處理的難點

在軟土區域內進行港口工程建設時，天然地基的承載力無法滿足工程建設的要求。因此，必須進行軟基處理，對天然地基進行加固，使其達到工程建設的要求。軟基處理的難點有3 方面：（1）在設計方面由于理論與技術上不夠成熟，對軟基的沉降量及速率很難控制；（2）在施工方面技術的發展領先于理論研究，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水平或者是經濟實力無法很好地完成施工任務。

3 軟基處理技術研究

3.1 軟基處理技術的發展歷史

自20 世紀50 年代開始，在天津新港建設中石灰樁首先被應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中使用。經過幾十年時間的發展，目前港口工程中軟基處理的方法已有很多種（見表1）。經過大量的實踐證明，排水固結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向土壓力時就會發生剪切破壞，進行基坑開挖時會出現邊坡失穩或者基底隆起現象。為防止軟土地基發生剪切破壞，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生固結變形，產生很大的沉降，給上部結構物會帶來非常大的影響。降低地基壓縮性的關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，地基內部發生振動而下沉，嚴重時甚至會發生地基土液化，對上部結構物的影響很大。改善地基土的動力特性主要是提高其抗震性能。

3.3 軟基處理技術的應用

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合在一起。換土墊層最大優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理論和波動法理論2 種。其中動力固結理論認為，在強夯過程中地基經歷3 個不同的階段：（1）加密階段，即土體中空氣排出階段；（2）固結階段，即土體中水排出階段；（3）預加變形階段，土體顆粒發生形態變化，在結構上重新排列。由于在實際操作中需要使用各類機械，施工現場管理工作比較復雜。而且由于施工噪聲大且對現場有較強的沖擊，在人員密集地區不適用。強夯法同樣不適用于大面積的軟土地基。

3.3.3排水固結系統

排水加固技術是將排水管埋設至軟土地層的底部，將其內部的水分導排至排水管中再抽出。排水固結系統由排水系統和壓力系統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。常采用的排水系統有塑料排水板與砂井，均需要先在施工現場進行鉆孔作業，之后才可進行排水系統埋設，其原理是建立在排水系統的滲透系數大于軟弱土體的基礎上的。當采用塑料排水板時，在鉆孔結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，通過高壓設備將漿液注入軟土地層中，經過機械的攪拌，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。

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，是對施工結束后的沉降控制不到位，工后沉降不僅是技術問題，還有經濟問題，不僅僅會對工期產生影響，還會對工程投資帶來影響，因此，要針對不同地區、不同類型的工程確定相應的沉降標準；最后，是施工質量難以控制，一方面是技術上不能達到要求，另一方面是在實際操作中存在偷工減料現象。

4 結語

近年來，隨著基礎設施建設的興起，港口工程也得到了很大的發展。由于港口工程建設區域的特殊性，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中一個不容忽視的問題。經過幾十年時間的發展，軟基處理技術已經在港口工程中得到了廣泛的應用。本文對幾種常用的軟基處理技術進行了研究，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。