天津南港工業(yè)區(qū)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(yè)區(qū)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(yè)區(qū)作為天津市“雙城雙港”城市空間發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃重要組成部分，東臨渤海灣，軟土層分布廣泛。區(qū)域地質(zhì)條件較差，要進行大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需對南港軟基特點進行一次較為全面的分析。文章根據(jù)南港工業(yè)區(qū)軟土特性、不同特性軟土分布情況、不同軟土區(qū)域適宜采用的最優(yōu)處理方式做了探討，以便指導工程施工，實現(xiàn)南港工業(yè)區(qū)軟基處理的規(guī)?；б?。

南港；軟基；路基處理

南港工業(yè)區(qū)東臨渤海灣，區(qū)域原有陸路區(qū)域?qū)贈_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(nèi)外研究成果基礎(chǔ)上，通過對南港工業(yè)區(qū)軟土特性及分布情況、軟土特性的調(diào)查分析，結(jié)合目前國內(nèi)外工程界較為成熟的軟基處理方式，廣泛參考濱海新區(qū)沿海軟土地區(qū)類似工程的軟基處理方式既成效，進而提出適宜南港工業(yè)區(qū)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(yè)區(qū)軟土分布廣、種類多，正確認識軟土的性質(zhì)并對其進行科學的鑒別，對工程建設(shè)有著重要的意義。但是國內(nèi)外對軟土沒有統(tǒng)一的標準，即使國內(nèi)各部門之間的標準也不盡相同。

通過對國內(nèi)外土建行業(yè)諸多鑒別標準的研究分析，結(jié)合南港地區(qū)建設(shè)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(zhì)含量高；

（2）天然含水量高，重度??；

（3）孔隙比大，一般大于1.0；

（4）滲透系數(shù)小，一般＜10-6cm/s；

（5）粘粒含量高，塑性指數(shù)大；

（6）高壓縮性，壓縮系數(shù)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(yè)區(qū)軟土層特性分析

根據(jù)地勘資料，南港工業(yè)區(qū)場地埋深25.0 m范圍內(nèi)，地基土按成因年代可分為4層，按力學性質(zhì)可進一步劃分為6個亞層，見圖1。

圖1 南港地區(qū)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(qū)軟土性質(zhì)的處理方式。

地基處理總體上可分為土質(zhì)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(yè)區(qū)軟土分布廣、厚度大，土質(zhì)為淤泥質(zhì)粘土及粉質(zhì)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(yè)區(qū)軟土分布廣，厚度大，土質(zhì)為淤泥質(zhì)粘土及粉質(zhì)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(shù)和固結(jié)系數(shù)均較小的粘性土的加固。南港工業(yè)區(qū)內(nèi)軟土可配合采用砂井排水、真空降水、塑料排水板以及鋪設(shè)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(yè)區(qū)內(nèi)軟土可采用排水固結(jié)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(yè)區(qū)內(nèi)軟土理論上較適宜石灰樁法處理，但石灰樁法在天津地區(qū)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(yè)區(qū)采用。

粉噴樁法

適用于淤泥質(zhì)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(zhì)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(zhì)量波動性較大，不推薦在南港工業(yè)區(qū)采用。

水泥攪拌樁法

適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)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(yè)區(qū)軟土以淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土為主，天然含水量大多介于30%～40%之間，塑性指數(shù)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(shù)＜l0的砂性土和標準貫入擊數(shù)＜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(qū)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(yè)區(qū)內(nèi)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(qū)應用極少，不建議在南港工業(yè)區(qū)使用此類方法。

換填墊層法

適用于淤泥、淤泥質(zhì)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(shè)備，工期短、造價低、見效快，在處理南港地區(qū)一般道路的軟基過程中可大規(guī)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(yè)區(qū)內(nèi)軟土主要為淤泥質(zhì)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(tài)，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(yè)區(qū)內(nèi)存在較多魚塘、蝦池，池底存在大量流塑狀態(tài)淤泥，局部區(qū)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(yè)區(qū)25 m深度范圍內(nèi)軟土均為淤泥質(zhì)粘土或粉質(zhì)粘土，無砂性土且淤泥質(zhì)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(yè)區(qū)內(nèi)軟土層厚度達25 m，粘聚力普遍＜10 kPa、內(nèi)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(yè)區(qū)軟基處理方式的選擇應充分利用土工合成材料的優(yōu)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(yè)區(qū)內(nèi)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(qū)軟基處理方式

一般軟基區(qū)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(zhì)結(jié)構(gòu)性差、欠均勻，主要由粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)土組成，土質(zhì)含水量較高、強度較低，由于填墊時間短且未經(jīng)過分層壓實，故壓縮性高。根據(jù)現(xiàn)場填土標高及規(guī)劃高程可知，道路路面結(jié)構(gòu)及路基基本位于雜填土（陸域）或吹填土（海域）厚度范圍內(nèi)。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(jié)論：換填（置換）法是一種實用、經(jīng)濟、施工周期短、見效迅速的軟基處理方式，南港一般軟基區(qū)道路路基最優(yōu)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(zhì)壓縮性高、承載力低，換填的散體材料勢必在該層產(chǎn)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(chǎn)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(cè)位移及軟土的擠出趨勢，提高地基的抗滑穩(wěn)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(qū)道路路基最優(yōu)處理方案見圖3。

挖除既有填土至路面結(jié)構(gòu)以下1.4 m，通鋪兩層竹笆，再通鋪一層高強經(jīng)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(jié)構(gòu)。

鄰接構(gòu)造物（包括橋梁、涵洞）道路路基處理

鄰接構(gòu)造物（包括橋梁、涵洞）位置是道路不均勻沉降的多發(fā)地帶，主要原因為：

（1）橋梁（或涵洞）位置多采用樁基礎(chǔ)或進行了深層處理，構(gòu)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(nèi)，故在橋頭會出現(xiàn)差異沉降，導致“橋頭跳車”現(xiàn)象的發(fā)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(jié)，在同等條件下使得橋頭高填土位置產(chǎn)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(xiàn)象在天津濱海軟土地區(qū)更為明顯。

通過對南港軟土特性的研究可知，南港工業(yè)區(qū)軟土層厚度可達30 m且分布廣泛，處理好構(gòu)造物與路基之間的差異沉降，減少“橋頭跳車”現(xiàn)象是南港工業(yè)區(qū)內(nèi)道路工程建設(shè)面臨的一個重要問題。

南港工業(yè)區(qū)內(nèi)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(gòu)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(shè)置過渡漸變段，即處理長度范圍分為兩種，分別設(shè)置不同的樁間距，以實現(xiàn)“由剛到柔，逐級過渡”，減少不均勻沉降的不利影響。在樁頂設(shè)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(zhì)條件也有差異，故本文未對地基處理的詳細設(shè)計參數(shù)做出規(guī)定，只給出指導性建議，具體工程設(shè)計過程中應根據(jù)工程實際情況經(jīng)計算后提出具體要求指導施工。

結(jié)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(qū)域軟土性質(zhì)存在差異，軟基加固措施也就千變?nèi)f化，本文僅針對南港工業(yè)區(qū)內(nèi)軟土特點提出對應的處理方式。不同的工程設(shè)計應該根據(jù)工程的實際情況，從地質(zhì)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。

[1]顧曉魯，錢鴻縉，劉慧珊，等.地基與基礎(chǔ)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]張留俊，王福勝，李 剛.公路地基處理設(shè)計施工實用技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]劉玉卓.公路工程軟基處理[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]交通部第二公路勘察設(shè)計院.公路路基設(shè)計手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[5]劉俊洪，陳 斌.濱海軟土工程特性及其加固效果分析[J].西部探礦工程，2005，（9）：11-12.

[6]張誠厚，袁文明，戴濟群.高速公路軟基處理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

□刁潤勝/天津市城市基礎(chǔ)設(shè)施配套辦公室。

□張振學、李海波/天津城建設(shè)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(chǔ)設(shè)施配套辦公室，從事工程技術(shù)管理工作。