基于軟基條件下的水質(zhì)改善型人工濕地地基處理的研究

金 誠(chéng)，張 瓊

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

0 引 言

水質(zhì)改善型人工濕地是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中具有特殊生態(tài)結(jié)構(gòu)的一類(lèi)自然系統(tǒng)。對(duì)于人工濕地地基的軟基技術(shù)是指在人工濕地的基礎(chǔ)上，建筑的樓房地基不夠牢固，避免實(shí)施工程后由于地質(zhì)原因造成建筑物下沉或不穩(wěn)定等安全事故的發(fā)生，需要在人工濕地進(jìn)行軟基技術(shù)處理，提高該類(lèi)地基上建筑物的安全性。由于水質(zhì)改善型的人工濕地具有地質(zhì)環(huán)境的獨(dú)特性，具備環(huán)境調(diào)節(jié)功能。對(duì)于軟基條件下的水質(zhì)改善型人工濕地地基處理的方法是多種多樣的，任何一種地基的處理方法都不能同時(shí)滿(mǎn)足所有地基環(huán)境，每種人工濕地地基處理方法均其適用范圍?；谲浕鶙l件下的水質(zhì)改善型人工濕地地基處理前期，需搜集相關(guān)濕地地質(zhì)環(huán)境資料。針對(duì)其地質(zhì)要求對(duì)濕地地基進(jìn)行深層和淺層相對(duì)應(yīng)的處理，綜合人工濕地地形地勢(shì)、土質(zhì)結(jié)構(gòu)、實(shí)施條件，最終對(duì)選定的方法進(jìn)行測(cè)試并實(shí)施濕地地基處理方案［1-3］。

1 基于軟基條件下的水質(zhì)改善型人工濕地地基處理方案

軟基條件下，水質(zhì)改善型人工濕地依據(jù)底部底基層加固的程度不同、濕地土質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，可將地基處理方法分為兩類(lèi)：人工濕地軟基淺層地基處理方法和人工濕地軟基深層地基處理方法。在對(duì)濕地地基實(shí)施軟基加固的前期，需要針對(duì)施工環(huán)境、儀器設(shè)備、設(shè)計(jì)圖紙等進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃，選擇出適合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件的地基處理方法［4-6］。

1.1 人工濕地淺層地基軟基處理

在地基較軟的情況下，對(duì)于水質(zhì)改善型人工濕地的淺層加固處理方式有很多種，第一種是拋石排淤法。在人工濕地地基底部，從中間區(qū)域向兩側(cè)區(qū)域定量的拋擲碎石塊，可實(shí)現(xiàn)將濕地中淤泥排出人工濕地的范圍，滿(mǎn)足了在軟基條件下的水質(zhì)改善型人工濕地地基處理?xiàng)l件［7－8］。但實(shí)施該方法進(jìn)行軟基地基處理時(shí)，濕地軟土需滿(mǎn)足含水量足夠豐富、空氣孔洞足夠多等條件，且要求拋擲碎石長(zhǎng)度尺寸＞ 15 cm。一般使用相對(duì)耐腐蝕、不容易風(fēng)化的較大碎石塊上述方法可實(shí)現(xiàn)人工濕地表層地基的處理。

第二種是除淤換填法。該方法通過(guò)去除人工濕地表面以下固定區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)土質(zhì)或極其松軟土質(zhì)，并回填濕地，經(jīng)過(guò)回填壓實(shí)的濕地地質(zhì)強(qiáng)度相對(duì)較高，可持續(xù)處理的空間較小，并且對(duì)使用的建筑材料不存在腐蝕效果。對(duì)人工濕地地基的填充材料沒(méi)有一定要求，沙土、煤渣、礦物廢渣等均可使用。在軟基條件下，對(duì)水質(zhì)改善型人工濕地地基的加固深度處于地下 2 m 內(nèi)時(shí)，應(yīng)采用除淤換填法［9－11］。

第三種是土工混合法。第一步檢測(cè)及清理下層濕地層；第二步進(jìn)行人工手動(dòng)鋪置土工欄，實(shí)現(xiàn)格欄的固定及綁定，繼續(xù)在上層鋪土；第三步反復(fù)壓實(shí)并檢測(cè)成果。

上述方法是軟基條件下的水質(zhì)改善型人工濕地地基較普遍的處理方式。另外還有石灰灌注法和木樁法。石灰灌注法是為了加快人工濕地淺層地基松軟土質(zhì)的快速凝結(jié)，在濕地地基上打孔，將生石灰灌入孔洞中，根據(jù)生石灰吸水的特性使其形成吸水柱狀體，將松軟土質(zhì)變硬，使底部地基結(jié)實(shí)牢固。當(dāng)人工濕地的淺層加固深度可達(dá)到 4 m 以上時(shí)，可采用石灰灌注法。木樁法是在地基下承重位置打入木樁，濕地地基深度控制在 5 m 之內(nèi)時(shí)均可使用該方法［12-14］?；谲浕鶙l件下，淺層地基的加固方法所使用的范圍及優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。

表1 淺層地基加固方法比較表

1.2 人工濕地深層地基軟基處理

軟基條件下，對(duì)于水質(zhì)改善型人工濕地的深層加固處理可采用深層攪拌法。通過(guò)固定的攪拌儀器或設(shè)備，在深層人工濕地地基下注入多種形式土質(zhì)固化劑，例如水泥固化劑有礦物硅酸鹽、生石灰與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使土質(zhì)凝固，或一些化學(xué)成分的劑料，均可滿(mǎn)足使松軟濕地實(shí)現(xiàn)固化［15］。當(dāng)通過(guò)一般作用力無(wú)法實(shí)現(xiàn)凝固材料的注入時(shí)，可采用電動(dòng)硅化注漿法，在注入多種形式土質(zhì)固化劑的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)直流電流的注入，通過(guò)電流兩邊流通，使化學(xué)溶劑滲透進(jìn)圖紙中。對(duì)于微小孔隙的土質(zhì)均可使用。通過(guò)電流實(shí)現(xiàn)土質(zhì)脫水，從多個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)人工濕地地基的加固處理。凍結(jié)法的使用也是水質(zhì)改善型人工濕地地基處理的方法之一。最早是用于開(kāi)采礦物資源，當(dāng)下已應(yīng)用于地基加固處理。該方法使用工人手動(dòng)布置的冷凝管線(xiàn)，可對(duì)濕地地基起到阻絕地下水源的作用，將冷凝管插入地基下，將生理鹽水灌入冷凝管內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行冷化處理，可帶走地基內(nèi)部預(yù)熱，防止溫度過(guò)高產(chǎn)生的地質(zhì)松散。較常用的深層地基加固方法還有真空預(yù)壓法，在人工濕地地基中布置橫豎交錯(cuò)式隔離排水帶，在隔離帶上鋪置砂土層，再在上方鋪置塑料層，兩者進(jìn)行密封，并對(duì)中間部分進(jìn)行抽真空處理，可實(shí)現(xiàn)排出土質(zhì)中水分的功能，去除水分的地基便形成凝固態(tài)，土質(zhì)間縫隙減小使土質(zhì)硬結(jié)，避免地基的沉降?；谲浕鶙l件下，針對(duì)深層地基的加固方法所使用的范圍及優(yōu)缺點(diǎn)如表2 所示。

表2 常用的深層地基加固方法比較表

2 基于軟基條件下的水質(zhì)改善型人工濕地地基方案比選

地基的穩(wěn)定性直接影響上層建筑物的安全性，為保證工程隊(duì)在針對(duì)地基進(jìn)行軟基處理時(shí)，在環(huán)境不受到污染的前提下，選擇出科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)適用的處理方法，將地基處理技術(shù)進(jìn)行比選，分別研究出基于軟基條件下的水質(zhì)改善型人工濕地深層和淺層地基的最優(yōu)化方法。

除淤換填法以其獨(dú)有的硬度較、性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)對(duì)軟基地基進(jìn)行加固，操作方法簡(jiǎn)單，相對(duì)成本較低的優(yōu)勢(shì)在人工濕地地基處理中占有很大優(yōu)勢(shì)，在淺層地基的地基處理方法中，其他地基處理方式均存在成本造價(jià)較高、對(duì)材料要求嚴(yán)格、對(duì)施工隊(duì)伍規(guī)模有一定要求等缺陷，進(jìn)而基于軟基條件下的水質(zhì)改善型人工濕地淺層地基處理的擇其最優(yōu)化的方法為除淤換填法。

在人工濕地深層的地基處理方案中，首選的處理方法為深層攪拌法，此種方式具有成本低、環(huán)境污染小等優(yōu)勢(shì)，相比其他深層地基處理方法，深層攪拌法對(duì)實(shí)施的工程隊(duì)沒(méi)有太多要求，可適應(yīng)深層軟土，固化后可承載較大荷載力。因此軟基條件下的水質(zhì)改善型人工濕地深層地基處理?yè)衿渥顑?yōu)化方法為深層攪拌法。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)分析淺層地基與深層地基所使用的不同加固方法，針對(duì)不同技術(shù)的應(yīng)用與結(jié)合可更好地實(shí)現(xiàn)因地制宜處理各種工程中出現(xiàn)的地基下沉或塌陷問(wèn)題。在未來(lái)工程的持續(xù)發(fā)展中，將不同的地基處理技術(shù)與成本控制相結(jié)合，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高濕地工程的可實(shí)施性。