軟基處理技術(shù)在港口工程施工中的應(yīng)用研究

趙雨來(lái)

（天津港航工程有限公司，天津430065）

1 引言

港口是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施。在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重心逐步向沿海城市轉(zhuǎn)移，港口成為經(jīng)濟(jì)全球化的重要助力[1]。為了有效地利用海岸資源，在進(jìn)行港口工程建設(shè)時(shí)，不可避免地需要在地質(zhì)條件不佳的區(qū)域進(jìn)行建設(shè)，而軟土地基就是其中的一種。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期以來(lái)的工程實(shí)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(wèn)題

2.1 軟土的特點(diǎn)

軟土是一種飽和土，具有高孔隙度、高壓縮性及低強(qiáng)度等缺點(diǎn)，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(shí)往往需要進(jìn)行基坑開(kāi)挖工作，當(dāng)在軟土區(qū)域進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)常常會(huì)發(fā)生以下問(wèn)題：（1）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)以及坡面土體變形過(guò)大而使整體失穩(wěn)；（2）由于基坑開(kāi)挖導(dǎo)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(dǎo)致的周邊區(qū)域發(fā)生的破壞。

2.2 軟基處理的難點(diǎn)

在軟土區(qū)域內(nèi)進(jìn)行港口工程建設(shè)時(shí)，天然地基的承載力無(wú)法滿足工程建設(shè)的要求。因此，必須進(jìn)行軟基處理，對(duì)天然地基進(jìn)行加固，使其達(dá)到工程建設(shè)的要求。軟基處理的難點(diǎn)有3 方面：（1）在設(shè)計(jì)方面由于理論與技術(shù)上不夠成熟，對(duì)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(duì)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(jì)實(shí)力無(wú)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(jì)50 年代開(kāi)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(duì)軟土地基的加固則采用了砂井預(yù)壓排水法。真空井點(diǎn)法在20 世紀(jì)60 年代開(kāi)始使用，20 世紀(jì)80 年代，真空井點(diǎn)法首先在我國(guó)天津新港建設(shè)中使用。經(jīng)過(guò)幾十年時(shí)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(jiàn)表1）。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明，排水固結(jié)法是進(jìn)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(qiáng)度

軟土地基抗剪強(qiáng)度不足，受到偏心荷載或者側(cè)向土壓力時(shí)就會(huì)發(fā)生剪切破壞，進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)會(huì)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(qiáng)其抗剪強(qiáng)度。

3.2.2降低地基壓縮性

軟土地基的壓縮性大，當(dāng)受到荷載的作用時(shí)地基土?xí)l(fā)生固結(jié)變形，產(chǎn)生很大的沉降，給上部結(jié)構(gòu)物會(huì)帶來(lái)非常大的影響。降低地基壓縮性的關(guān)鍵問(wèn)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(dòng)力特性

軟土地基受到動(dòng)荷載的作用時(shí)，地基內(nèi)部發(fā)生振動(dòng)而下沉，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生地基土液化，對(duì)上部結(jié)構(gòu)物的影響很大。改善地基土的動(dòng)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(qiáng)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(diǎn)是能夠直接提高地基承載力。需要注意的是，進(jìn)行墊層回填的時(shí)候要分層進(jìn)行，每填一層就要進(jìn)行壓實(shí)，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(qiáng)夯

強(qiáng)夯可用于對(duì)深部的軟土地基進(jìn)行加固處理，通過(guò)機(jī)械設(shè)備將重錘提升之后釋放下落，不斷地重復(fù)上述過(guò)程。利用重錘下落時(shí)的沖擊將軟土地基逐漸地夯實(shí)，以此來(lái)增強(qiáng)軟土地基的強(qiáng)度。強(qiáng)夯軟基處理的理論研究有動(dòng)力固結(jié)理論和波動(dòng)法理論2 種。其中動(dòng)力固結(jié)理論認(rèn)為，在強(qiáng)夯過(guò)程中地基經(jīng)歷3 個(gè)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(yù)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(shí)際操作中需要使用各類(lèi)機(jī)械，施工現(xiàn)場(chǎng)管理工作比較復(fù)雜。而且由于施工噪聲大且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有較強(qiáng)的沖擊，在人員密集地區(qū)不適用。強(qiáng)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(dǎo)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(qiáng)軟土地基的承載力。當(dāng)軟弱土層的埋深較深時(shí)，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(chǎng)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，之后才可進(jìn)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(dāng)采用塑料排水板時(shí)，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(shí)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(guò)灌漿的方法來(lái)對(duì)軟土地基進(jìn)行加固的。通常采用的是水泥漿，通過(guò)高壓設(shè)備將漿液注入軟土地層中，經(jīng)過(guò)機(jī)械的攪拌，漿液在土體中不斷地?cái)U(kuò)散填充，起著地提高軟土地基承載力的作用。當(dāng)處理的軟基埋置深、厚度厚的時(shí)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(jìn)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(jìn)行加筋，形成一種人工復(fù)合的土體，在抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度上都有明顯的提高，以此來(lái)增強(qiáng)地基的承載力、壓縮性及抗剪強(qiáng)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(jìn)而提高其強(qiáng)度；（3）樹(shù)根樁，又稱(chēng)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(wèn)題

首先，是對(duì)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(wèn)題得到了解決，但是在時(shí)間以及投入方面浪費(fèi)太大；其次，是對(duì)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(wèn)題，還有經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，不僅僅會(huì)對(duì)工期產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)工程投資帶來(lái)影響，因此，要針對(duì)不同地區(qū)、不同類(lèi)型的工程確定相應(yīng)的沉降標(biāo)準(zhǔn)；最后，是施工質(zhì)量難以控制，一方面是技術(shù)上不能達(dá)到要求，另一方面是在實(shí)際操作中存在偷工減料現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，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(huì)遇到軟基問(wèn)題，因此,進(jìn)行軟基處理是港口工程建設(shè)中一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)幾十年時(shí)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(duì)幾種常用的軟基處理技術(shù)進(jìn)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(wèn)題進(jìn)行了分析，希望為港口工程中的軟基處理問(wèn)題提供參考與建議。