沿海地區(qū)淤積質(zhì)軟土層地基處理技術(shù)措施研究

文／劉東明 大連港口設(shè)計研究院有限公司 遼寧大連 116000

引言：

在天然地基為軟土基情況下，地基無法滿足建設(shè)工程的設(shè)計要求和變形要求，同時在施工中或建筑物使用期間，地基在外力作用下可能產(chǎn)生失穩(wěn)、震陷、液化等現(xiàn)象。對于淤積質(zhì)軟土層地基的處理，目前國內(nèi)常見方法為樁基法、換土法、灌漿法、排水固結(jié)法以及加筋法，探究地基處理方法在實際案例中的應(yīng)用，有助于我國沿海地區(qū)建設(shè)工程單位充分掌握淤積質(zhì)軟土層地基處理方法以及應(yīng)用要點，進一步提升沿海地區(qū)建設(shè)工程穩(wěn)定性、安全性，并有效提升基于淤積質(zhì)軟土層地基的建設(shè)施工水平。

1、沿海地區(qū)淤積質(zhì)軟土層地基特點分析

所謂沿海地區(qū)淤積質(zhì)軟土層地基，是在長期受到潮汐以及較弱海浪暗流水動力作用后淤泥沉積形成的地質(zhì)。通常表層帶有0m～3m厚度硬殼層，硬殼層下部為淤泥夾雜著粉性細(xì)砂透鏡體。一般情況下，軟土厚度集中在4m～6m范圍，經(jīng)常含有不同數(shù)量海生物殘骸以及貝殼類生物。表層硬殼下部、局部中間多數(shù)會含有薄層泥潭透鏡體。

結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)以及勘探結(jié)果，可得知除湛江地區(qū)部分淤泥質(zhì)黏土之外，我國沿海地區(qū)淤積質(zhì)軟土層地基形成原因基本相似。具體可劃分為淤泥質(zhì)黏土、淤泥、淤泥質(zhì)亞黏土、淤泥混砂[1]?；诒?可充分了解不同類型軟土地基工程特性：

表1 沿海地區(qū)軟土分類與工程特性

2、淤積質(zhì)軟土層地基常見處理措施分析

鑒于淤積質(zhì)軟土層地基具有透水性較差、壓縮性較大、難以滿足水工建筑物地基要求的特性，通常沿海地區(qū)針對淤積質(zhì)軟土層地基處理方式，集中于樁基法、換土法、灌漿法、排水固結(jié)法以及加筋法。

2.1 樁基法

（1）方法介紹

該方法為軟土基處理應(yīng)用最廣泛方法。在沿海地區(qū)具有較厚淤土層，難以實現(xiàn)大面積深處理期間，通常施工單位會采用打樁的形式實現(xiàn)加固處理。樁基法下包含多種技術(shù)，早期針對淤積質(zhì)軟土層地基主要使用砂石樁、攪拌樁以及木樁。但三種方法目前較少使用，其一是水泥土攪拌樁在灌漿量、水灰比以及攪拌次數(shù)層面現(xiàn)有技術(shù)均難以滿足淤積質(zhì)軟土層地基的要求，且設(shè)備多數(shù)陳舊，成樁質(zhì)量穩(wěn)定性難以保障。其二在于砂石樁工期較長，且具有工后變形問題。其三在于目前民用建筑已經(jīng)禁止使用木樁基礎(chǔ)。

常見處理濱海地區(qū)軟土地基的基樁有：水泥攪拌樁、布袋注漿樁、釘型雙向水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、CFG樁。其中水泥攪拌樁大多采用“一噴四攪”工藝與濕噴法結(jié)合施工。布袋注漿樁隸屬軟土分層注漿技術(shù)以及土工織物聯(lián)合的全新工藝。在鉆機引孔作業(yè)后，將土工織物袋放入，同時在布袋內(nèi)開展壓力注漿作業(yè)，使土體內(nèi)的布袋發(fā)生膨脹。隨時間推移，漿液在土工織物袋內(nèi)硬化，形成葫蘆狀或是圓柱狀硬化體，實現(xiàn)軟土基加固，提升其強度與穩(wěn)定性。該成樁形式可基于土工織物隔離注漿漿體與地下水，有效避免漿液流失，袋漿體硬化后，土工織物不再起到任何作用。釘型雙向水泥攪拌樁利用反向旋轉(zhuǎn)形成壓降功效，基于正反雙向攪拌，提升水泥土攪拌均勻性。在雙向攪拌過程中，外鉆桿所產(chǎn)生的剪切力將被抵消，進一步降低施工對樁周土所造成的擾動。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁可向軟土基提供較強的混凝土強度，在經(jīng)過強烈擠壓后，樁尖部位所處的強風(fēng)化層或是密實砂層將改變狀態(tài)，樁端承載力將提升80%～100%。CFG樁由粉煤灰、石屑、水泥、碎石按照一定配比均勻攪拌，從而形成高粘結(jié)強度的樁體，同時施工階段會同褥墊層與樁間土合并形成復(fù)合地基，可將樁體自身材料的潛力充分發(fā)揮，且可充分利用天然地基承載能力。鋼筋混凝土預(yù)制樁，包括預(yù)應(yīng)力樁基、鋼筋混凝土樁，鋼筋混凝土材料具有較強承載力，強度可得到保證，且投資較小，施工便捷性較強，故目前在針對淤積質(zhì)軟土層地基的處理中得到廣泛應(yīng)用。如龍海市角美鎮(zhèn)金山水閘工程，經(jīng)勘探工作，發(fā)現(xiàn)該工程選址地質(zhì)條件方面覆蓋10m厚度以上的淤泥土層。處理階段，地基采用250mm邊長鋼筋混凝土預(yù)制方樁，擠密淤土層并靠摩擦承載[2-3]。

針對濱海地區(qū)淤泥軟土地基，樁基法具有較強的實用性，且樁基法下多種形式的樁基，可良好應(yīng)對不同地質(zhì)情況，同時目前我國對于樁基法的技術(shù)掌握已經(jīng)十分成熟，可在面向建筑物提供較強承載力同時對軟土基處理效果做出一定保障。盡管樁基法可以實現(xiàn)軟土基處理效果的保障，但需要消耗較高經(jīng)濟成本與時間成本，對各種樁基形式進行試樁試驗。

（2）應(yīng)用實例

連鹽鐵路射陽縣長蕩鎮(zhèn)之亭湖區(qū)新興鎮(zhèn)段為淤泥質(zhì)土沖積平原，地質(zhì)狀況復(fù)雜且底層頻繁變化，主要以第四系全新統(tǒng)沖擊、海積以及第四系上更新統(tǒng)沖洪積黏性土、粉土底層為主，且地表河道密集、河流縱橫交錯。經(jīng)過地質(zhì)勘查分析，發(fā)現(xiàn)下部持力層為粉質(zhì)黏土，具有較強粘結(jié)性與硬度。在綜合考量各種方案，樁基法具有較好的處理效果，且項目單位資金到位充足，為樁基法試驗提供了良好的經(jīng)濟保障，因此在選取樁基法基礎(chǔ)上，經(jīng)過綜合考量，最終選取預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制樁形式從事軟土地基處理。完成施工后，靜載試驗、承載試驗全部滿足要求,I類樁比例高達(dá)99.5%[4]。

2.2 換土法

（1）方法介紹

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件下淤土層僅有較薄的厚度，可采取淤土層換填砂壤土、水泥土、粗砂、灰土或是采用沉井基礎(chǔ)等形式加以處理。然而，換砂不利于防滲性能的保障，且須支付較高成本，故應(yīng)用換土法期間多會就地取材，多數(shù)采用換填泥土。換土法應(yīng)用期間，需要回填具備較好壓密性的土質(zhì)，并進行夯實或壓實從而形成良好持力層，將地基承載力特性加以優(yōu)化，提升穩(wěn)定能力與抗變形能力。采取換土法進行軟土基處理，其優(yōu)勢在于提升地基承載力同時可有效減少沉降量，憑借砂墊層或是其他墊層應(yīng)力擴散作用，可減少應(yīng)力在下臥層土上的壓力，減輕下臥層土地沉降量。但換土法同樣具有一定弊端，即該方法并不適合建筑面積過大的工程，且針對荷載較小的澆筑工程、道路工程或地坪工程，會增加地基處理成本，提高經(jīng)濟成本與時間成本[5]。

（2）應(yīng)用實例

山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程項目，其暗管段起點為龍口市黃水河泵站，終點為龍口市任家溝隧洞進口，全場12.4km，寬度處于7.0～7.5m范圍之間。其中0+830樁至6+776樁為軟土基地段，地貌類型屬山間沖洪積平原。該段軟土基第四系地層巖性主要包括壤土、中粗砂、礫質(zhì)粗砂。在遵循安全使用、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進原則背景下，考慮到場區(qū)位于河邊，具有豐富砂料來源，在諸多方案綜合考量后，最終決定采用換土法進行軟土基處理。

施工期間，基于墊層作用原理合理制定砂墊層厚度，以滿足擴散要求為依據(jù)設(shè)計厚度，因壓實度較為困難，采取相對密度代替壓實度。完成時候后，軟土基地段軟弱土層經(jīng)過砂墊層處理之后，進一步加快了施工進度，增強了地基強度，在施工階段對變形點進行觀測后，確認(rèn)地基變形沉降量滿足設(shè)計要求，充分發(fā)揮了換土法的優(yōu)勢，且實現(xiàn)了成本節(jié)約[6]。

2.3 灌漿法

（1）方法介紹

灌漿法原理是利用液壓、電化學(xué)或是氣壓，將可實現(xiàn)固化的漿液向地基介質(zhì)中注入，亦或是將其注入建筑物同地基的縫隙之間。漿液通常會采用水泥漿、黏土水泥漿或是水泥砂漿，部分情況下亦會采取化學(xué)漿體，如木質(zhì)素、硅酸鹽、聚氨酯類型漿液。對于淤積質(zhì)軟土層地基，灌漿法效果十分明顯，如我國福建省龍海市角美壺嶼港水閘工程。在最初施工階段，發(fā)現(xiàn)淤泥軟基不均勻現(xiàn)象，沉陷閘基已達(dá)到0.63m。處理階段，對其采用高壓旋噴灌漿形式注入水泥漿，設(shè)計0.5m成樁直徑，深入閘基礎(chǔ)10.5m，以20MPs壓力灌漿。完成處理后，閘基沉降得到良好控制，這次處理良好地運用了高壓旋噴灌漿階段所形成的水泥土摩擦樁實現(xiàn)閘基承載力的提升。同時，廈門石潯水閘，因閘基滲流從而導(dǎo)致閘室多處地板被淘空。處理階段，首先于閘室上游側(cè)以帷幕灌漿形式進行防滲處理，幕布設(shè)置于閘墩上游側(cè)1.0m部位，設(shè)計0.5m孔距、孔深設(shè)計為0.5m，以10MPa壓力關(guān)鍵，隨后針對閘室淘空部位進行鉆孔灌漿施工，首先灌注細(xì)砂，確認(rèn)不吃砂后灌注水泥砂漿，最后灌注水泥漿，最終良好實現(xiàn)除險加固效果。

灌漿法應(yīng)用于淤泥軟土基處理，在實現(xiàn)提升地基承載力、防止坍塌基礎(chǔ)上，同時能實現(xiàn)防水、防滲，促進地基穩(wěn)定性提升，相對其他軟土地基處理方法，可節(jié)約成本。但該方法在灌漿過程中，無法對軟土基每一個方位實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。同時灌漿所形成的人工層，將一定程度破壞地下平衡，即影響地下水位正常變化，造成輕微污染[7]。

（2）應(yīng)用實例

湖北恩施小溪口水電站大壩右岸分為試驗段與延長段，其中試驗段左側(cè)同大壩防滲帷幕相互連接。小溪口右岸部位地基施工部位出露P2W7地層，巖性隸屬黑色薄層硅質(zhì)頁巖，含碳質(zhì)巖，黃色黏土巖，巖石破碎，具有較大透水率。在分析諸多軟土基處理方法后，結(jié)合小溪口水電站大壩建設(shè)目標(biāo)，且考慮到需要實現(xiàn)趾板、河床段整體地理處理，故選用灌漿法進行施工。

施工期間，針對河床段上游，采用嵌縫、濃漿封堵形式。針對巖溶大漏量空段，采用定量灌漿。右岸斜坡段具有較厚風(fēng)化層，加壓較為容易擊穿，故針對該段采用低壓、限流、濃漿與間歇復(fù)漿方法。完成施工后，小溪口水電站大壩右岸總工程量達(dá)14774m，合格率100%，施工單元21個，單元優(yōu)良率達(dá)到81%。

2.4 排水固結(jié)法

（1）方法介紹

排水固結(jié)法是處理淤積質(zhì)軟土層地基沉降問題、穩(wěn)定問題的有效措施，主要通過排水系統(tǒng)與加壓系統(tǒng)的聯(lián)合處理。首先，在地基內(nèi)設(shè)置排水體，基于地層自身透水性，結(jié)合砂井排水、塑料排水實現(xiàn)排水功能。目前塑料排水板使用較為廣泛。應(yīng)用階段，將軟基排水板插入，在填筑基礎(chǔ)以及上部建筑物后，荷載作用軟基，地下水受到擠壓，通過毛細(xì)作用沿塑料排水板上升到砂墊層，最后自砂墊層兩側(cè)排放，以實現(xiàn)基底承載力的提升。目前，排水固結(jié)法廣泛應(yīng)用于連云港與廣州為地區(qū)軟土分布地帶，有效解決了該地帶地質(zhì)含水量大、壓縮性高、承載能力低的問題。

排水固結(jié)法應(yīng)用于軟土基處理，其優(yōu)勢在于不會受到地質(zhì)條件的過多限制，工序便捷，有著較低的工程費用，但其缺點在于需要耗費較長的工期，同時因真空抽水技術(shù)最大高度為10m，當(dāng)淤泥層小于8m，會獲取較好的排水效果，但當(dāng)淤泥底層厚度大于8m，則效果將有所減弱。與此同時，采用排水固結(jié)法中較為先進的真空聯(lián)合堆載預(yù)壓，不僅工程費用極高，且工序十分復(fù)雜，需消耗較高的時間與經(jīng)濟成本[8]。

（2）應(yīng)用實例

珠海市橫琴新區(qū)濱海次干路點工程，起至橫琴大橋，結(jié)束于中心溝，整體呈現(xiàn)L走向，全場13.48km，I級工程級別，防潮標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇見。鉆探結(jié)果顯示，勘探從上到下底層包括特濃填土層、第四系海陸交互相沉積層、殘積層、燕山期侵入花崗巖、第三系砂礫巖層。整個場地主要集中于海灣相沉積區(qū)域，廣泛分布軟弱淤泥。對于軟土基處理方案，在遵循就地取材、降低造價、避免棄土不符合環(huán)保原則基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)條件、場地使用要求，在進行多種軟土基處理方案選擇后，最終確認(rèn)采用排水固結(jié)法。施工階段，設(shè)計堤前區(qū)域地基采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)，堤后區(qū)域地基采用真空預(yù)壓排水固結(jié)法。首先，提前開挖設(shè)計底高程-2.5m，水上拋填1m厚度的粗砂墊層，并插打入塑料排水管，間距設(shè)置為1m,以正方形布置，按照-21.8m控制排水板插設(shè)底標(biāo)高。完成插板施工，拋填3.5m厚度、重量為50～350kg塊石。完成施工后，對濱海次干路進行相關(guān)檢測，檢測結(jié)果均滿足相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 加筋法

（1）方法介紹

加筋頭法原理是將具備極強抗拉能力的土工合成材料向土層內(nèi)埋入，基于土顆粒位移以及拉筋所產(chǎn)生的摩擦力，使拉筋與土體形成一個整體，降低整體變形，提升整體穩(wěn)定性。最典型工程為福建省福清過橋山圍墾工程，該工程在利用塑料排水板實現(xiàn)排水后，于墊砂層內(nèi)鋪設(shè)土工織物，受拉作用下，成功將基底應(yīng)力加以調(diào)整，地基側(cè)向位移、沉降得到有效緩解，穩(wěn)定性大幅度提升[9]。

在軟土基處理中使用加筋法具有諸多優(yōu)勢，其一在于可建筑高度較大的垂直面擋墻，實現(xiàn)地基與邊坡的強化。其二在于可以實現(xiàn)陡坡的建立，減少占地面積。其三在于加筋后的土地隸屬于柔性結(jié)構(gòu)，針對不同地基均可實現(xiàn)良好適應(yīng)，對比其他技術(shù)對地基的要求較少。其四在于加筋法可面向設(shè)計面板進行美化設(shè)計，且表面可進行植被栽培。其五在于加筋圖結(jié)構(gòu)高度適用于人力施工或是機械施工，且施工設(shè)備簡單，在環(huán)保性較好同時具有較低的造價。但加筋法同樣具有應(yīng)用的弊端，首先，若采用金屬材料，容易長期受海水腐蝕，因此在防腐措施維度需要支付較高成本。其次，若采用聚合材料，聚合物在受到紫外線照射會出現(xiàn)衰化現(xiàn)象，且材料的長期蠕變下將導(dǎo)致材料性能降低。

（2）應(yīng)用實例

江蘇省江陰船閘因過往船舶噸位極大、數(shù)量較多，新建駁岸中160m駁岸段地基土質(zhì)為淤積質(zhì)軟土地基，駁岸基礎(chǔ)地高程為吳淞1.7m，落于流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土上，地基承載力僅為80kPa。針對上述情況，考慮采用樁基處理土工格柵加筋處理，在綜合性分析處理效果以及經(jīng)濟性后，最終決定采取土工格柵加筋處理。施工階段，利用土工格柵同碎石之間的機械咬合作用形成高強壓實體，構(gòu)建良好抗剪切層，同時利用土工格柵材料強度快速消散孔隙水壓，均勻分布基礎(chǔ)底板上的活載、靜載，減少不均勻下沉狀態(tài)。完成施工后經(jīng)過測試，最終土工格柵地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到280kPa，元朝設(shè)計強度102.8kPa[10]。

結(jié)語：

本文在對沿海地區(qū)淤積質(zhì)軟土層地基特點實現(xiàn)深度分析后，圍繞樁基法、換土法、灌漿法、排水固結(jié)法與加筋法探索不同處理措施的優(yōu)缺點以及在工程中的實際應(yīng)用，可為目前沿海地區(qū)工程建設(shè)提供一定的指導(dǎo)作用。同時，沿海地區(qū)軟土基具有較高復(fù)雜性，施工單位應(yīng)結(jié)合工程所在地的地質(zhì)條件，嘗試對不同地基處理方法加以創(chuàng)新，探索如何聯(lián)用不同處理方法，進一步提高沿海地區(qū)軟土地基的處理效果。