天津南港工业区软基特点及路基处理方式探讨

□文/李建中 刁润胜 张振学 李海波

天津南港工业区软基特点及路基处理方式探讨

□文/李建中 刁润胜 张振学 李海波

南港工业区作为天津市“双城双港”城市空间发展战略规划重要组成部分，东临渤海湾，软土层分布广泛。区域地质条件较差，要进行大规模的基础设施建设需对南港软基特点进行一次较为全面的分析。文章根据南港工业区软土特性、不同特性软土分布情况、不同软土区域适宜采用的最优处理方式做了探讨，以便指导工程施工，实现南港工业区软基处理的规模化效益。

南港；软基；路基处理

南港工业区东临渤海湾，区域原有陆路区域属冲积、海积低平原并分布有大量水塘，软土层分布广泛。本文在借鉴国内外研究成果基础上，通过对南港工业区软土特性及分布情况、软土特性的调查分析，结合目前国内外工程界较为成熟的软基处理方式，广泛参考滨海新区沿海软土地区类似工程的软基处理方式既成效，进而提出适宜南港工业区的软基处理方式。

软土鉴别标准及工程特性

软土鉴别标准探讨

南港工业区软土分布广、种类多，正确认识软土的性质并对其进行科学的鉴别，对工程建设有着重要的意义。但是国内外对软土没有统一的标准，即使国内各部门之间的标准也不尽相同。

通过对国内外土建行业诸多鉴别标准的研究分析，结合南港地区建设特点，提出如下的软土鉴别标准，见表1。

表1 本研究软土鉴别指标

软土的工程特性

软土的种类很多，但具有共同工程特性：

（1）颜色以深色为主，粒度成分以细颗粒为主，有机质含量高；

（2）天然含水量高，重度小；

（3）孔隙比大，一般大于1.0；

（4）渗透系数小，一般＜10-6cm/s；

（5）粘粒含量高，塑性指数大；

（6）高压缩性，压缩系数大；

（7）强度指标小；

（8）软土的灵敏度高；

（9）具有明显的流变性。

南港工业区软土层特性分析

根据地勘资料，南港工业区场地埋深25.0 m范围内，地基土按成因年代可分为4层，按力学性质可进一步划分为6个亚层，见图1。

图1 南港地区地层竖向分布示意

常用软基处理方式及其在南港的适用性

对目前工程界的软基处理方式进行分类研究，充分认识其适用条件及施工特点，从中选出适用于南港地区软土性质的处理方式。

地基处理总体上可分为土质改良、土的置换、其他方法三大类，见图2。

重锤夯实法

适用于处理非饱和粘性土或杂填土，提高其压缩性和不均匀性，也可用于处理湿陷性黄土，消除其湿陷性。南港工业区软土分布广、厚度大，土质为淤泥质粘土及粉质粘土，含水量高且地下水位埋深较浅，不宜采用此类处理方法。

振动压实法

主要应用于处理砂土、炉渣、碎石等无粘性土为主的填料。南港工业区软土分布广，厚度大，土质为淤泥质粘土及粉质粘土，含水量高且地下水位埋深较浅不宜采用此类处理方法。

预压法

预压法可分为堆载预压和真空预压。预压法适用于含水量高、孔隙比大、强度低、渗透系数和固结系数均较小的粘性土的加固。南港工业区内软土可配合采用砂井排水、真空降水、塑料排水板以及铺设土工合成材料，在充分考虑工期允许的条件下采用此类方法。

排水法

排水法可分为袋装砂井排水法、塑料排水板排水法和土工合成材料排水法。适用于含水量大、孔隙比大、压缩性高、软土深厚的软土地基。在能提供足够预压期的前提下，南港工业区内软土可采用排水固结法对软土地基进行加固处理。

石灰桩法

适用于含砂量低，没有滞水砂层的杂填土地基或软粘土地基。南港工业区内软土理论上较适宜石灰桩法处理，但石灰桩法在天津地区应用并不普遍，大面积应用前应做试验段，以检验软基加固效果。

注入灌浆法

多用于已建成工程的局部补强处理，大面积应用时必须进行充分的研究。由于应用效果差异性较大，在新建工程中较少采用，不推荐在南港工业区采用。

粉喷桩法

适用于淤泥质土、粘性土、粉土、杂填土且天然含水量＞30%的软弱地基加固，对含水量在50%～60%之间的淤泥和淤泥质土加固效果尤为明显。粉喷桩法对施工控制要求较为严格，施工队伍的水平对成桩效果有着极大影响，另外当桩长超过10 m后，喷粉及成桩质量波动性较大，不推荐在南港工业区采用。

水泥搅拌桩法

适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。南港工业区软土以淤泥质粘土、粉质粘土为主，天然含水量大多介于30%～40%之间，塑性指数主要介于15～20之间，pH值介于7.0～9.0之间，较为适宜采用水泥搅拌桩处理软基。

高压旋喷桩法

适用于加固松软地基，以提高地基承载力。主要适用于标准贯入击数＜l0的砂性土和标准贯入击数＜5的粘性土以及不含瓦砾的填土。高压旋喷桩法近年来在天津地区的应用较为普遍，在软基处理方面取得了较为理想的效果，南港工业区内软基处理可考虑采用高压旋喷桩法。

电气固化法

适用于含水量高的软土。电气固化法在天津地区应用极少，不建议在南港工业区使用此类方法。

换填垫层法

适用于淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土地基及沟渠、鱼塘等的浅层处理。换填垫层法施工简便，不需特殊的机城设备，工期短、造价低、见效快，在处理南港地区一般道路的软基过程中可大规模采用。

强夯置换法

适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土、粘性土、湿陷性黄土、杂填土等地基。南港工业区内软土主要为淤泥质粘土，饱和度高、厚度大，强夯置换法施工深度难以穿透软土层，对软基加固效果较差。

抛石挤淤法

适用于排水困难，淤泥呈流动状态，厚度较薄，表层无硬壳，片石能沉达底部的泥沼或厚度为3～4 m的软土及常年积水的洼地南港工业区内存在较多鱼塘、虾池，池底存在大量流塑状态淤泥，局部区域可有条件的采用此方法。

挤密法

主要适用于吹松软砂类土、素填土、杂填土、湿陷性黄土，将土挤密或消除湿陷性效果较为明显南港工业区25 m深度范围内软土均为淤泥质粘土或粉质粘土，无砂性土且淤泥质粘土一般都具有触变性，振动或冲击将对软土造成扰动，从而进一步降低软土的承载力，故不适宜采用挤密法加固软土地基。

振冲法

适用于承载力低的软土地基。南港工业区内软土层厚度达25 m，粘聚力普遍＜10 kPa、内摩擦角约为5°，软土层强度很低,基本难以振冲成孔，故不宜采用振冲法加固软土地基。

土工合成材料法

土工合成材料的功能包括反滤、排水、隔离、防护、防渗、加筋（加固补强），应用广泛。南港工业区软基处理方式的选择应充分利用土工合成材料的优良特性，提高软基处理效果。

预应力管桩法

适用于处理深、厚软基及对工后沉降要求严格、工期紧张的路基工程。南港工业区内软基厚度大，持力层较深，采用管桩复合地基法处理软基能收到较好效果，但造价相对较高，在工程投资允许的情况下可采用。

南港地区软基处理方式

一般软基区道路路基处理

工程场地地面以下1～3 m多为吹填土和杂填土，土质结构性差、欠均匀，主要由粉质粘土及淤泥质土组成，土质含水量较高、强度较低，由于填垫时间短且未经过分层压实，故压缩性高。根据现场填土标高及规划高程可知，道路路面结构及路基基本位于杂填土（陆域）或吹填土（海域）厚度范围内。而杂填土（吹填土）承载力低、压缩性高，无法直接作为路基持力层使用。

通过上述各种路基处理方式的分析论证可得出结论：换填（置换）法是一种实用、经济、施工周期短、见效迅速的软基处理方式，南港一般软基区道路路基最优处理方案首选换填法。

浅层换填（置换）法即通过将软弱地基部分或全部挖除，用透水性好、强度较高的材料（如山皮土、砂砾、碎石、钢渣等）进行回填的软基处理方式。但杂填土（吹填土）下存在深厚的软土层（软弱土层），该层土质压缩性高、承载力低，换填的散体材料势必在该层产生较大分散性沉陷。

为了解决这个问题，必须加强换填材料的整体性，使其成为一个整体承托层，即“人工硬壳层”，使得来自上部的自重应力及附加应力能够均匀分散到软弱土层上，避免局部的应力集中产生不均匀沉降或者承载力丧失。

土工合成材料的加筋作用可限制地基土的侧位移及软土的挤出趋势，提高地基的抗滑稳定性,，使地基下沉趋于均匀，防止破裂面的形成。

综上所述，一般软基区道路路基最优处理方案见图3。

挖除既有填土至路面结构以下1.4 m，通铺两层竹笆，再通铺一层高强经编复合土工布；填筑60 cm山皮土并压实作为承托层，在山皮土顶通铺一层三向土工格栅，再填筑40 cm山皮土，土工格栅在山皮土顶面反包2 m，在山皮土顶通铺一层三向土工格栅；铺筑40 cm厚碎石，土工格栅在碎石顶面反包2 m，在碎石上通铺一层防水土工布（两布一膜形式），最后施作路面结构。

邻接构造物（包括桥梁、涵洞）道路路基处理

邻接构造物（包括桥梁、涵洞）位置是道路不均匀沉降的多发地带，主要原因为：

（1）桥梁（或涵洞）位置多采用桩基础或进行了深层处理，构造物本身沉降量极低，而道路沉降量则难以将沉降控制在如此小的范围之内，故在桥头会出现差异沉降，导致“桥头跳车”现象的发生；

（2）桥头往往是路基填土较高的位置，高填土导致地基附加荷载增大，加速了土基的沉降与固结，在同等条件下使得桥头高填土位置产生较大的沉降量；如此更进一步加剧了“桥头跳车”的严重性，这种现象在天津滨海软土地区更为明显。

通过对南港软土特性的研究可知，南港工业区软土层厚度可达30 m且分布广泛，处理好构造物与路基之间的差异沉降，减少“桥头跳车”现象是南港工业区内道路工程建设面临的一个重要问题。

南港工业区内在邻接桥梁位置的路基处可采用水泥搅拌桩、高压旋喷桩或预应力管桩。高压旋喷桩加固软土地基效果要好于水泥搅拌桩，但造价比水泥搅拌桩高，预应力管桩造价与高压旋喷桩基本相当，但施工速度快，适用于工期紧张的工程采用。邻接构造物（包括桥梁、涵洞）位置的路基处推荐采用水泥搅拌桩的软基处理方式。

水泥搅拌桩法也应设置过渡渐变段，即处理长度范围分为两种，分别设置不同的桩间距，以实现“由刚到柔，逐级过渡”，减少不均匀沉降的不利影响。在桩顶设置60 cm碎石垫层，碎石垫层中间通铺一层土工格栅，以便将上部荷载均匀传递至复合地基上。见图4。

因各个工程实际情况不一，地质条件也有差异，故本文未对地基处理的详细设计参数做出规定，只给出指导性建议，具体工程设计过程中应根据工程实际情况经计算后提出具体要求指导施工。

结语

在软基处理方面，迄今为止工程界已研究出很多种地基处理方法并在不同工程中得到成功应用。由于处理的目的各不相同、不同区域软土性质存在差异，软基加固措施也就千变万化，本文仅针对南港工业区内软土特点提出对应的处理方式。不同的工程设计应该根据工程的实际情况，从地质条件、工程造价、工期进度、施工条件等多方面进行综合比选，提出有针对性的软基处理方式。

[1]顾晓鲁，钱鸿缙，刘慧珊，等.地基与基础[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]张留俊，王福胜，李 刚.公路地基处理设计施工实用技术[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]刘玉卓.公路工程软基处理[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]交通部第二公路勘察设计院.公路路基设计手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[5]刘俊洪，陈 斌.滨海软土工程特性及其加固效果分析[J].西部探矿工程，2005，（9）：11-12.

[6]张诚厚，袁文明，戴济群.高速公路软基处理[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

□刁润胜/天津市城市基础设施配套办公室。

□张振学、李海波/天津城建设计院有限公司。

U416.1

C

1008-3197（2010）06-32-04

2010-10-28

李建中/男，1963年出生，高级工程师，天津市城市基础设施配套办公室，从事工程技术管理工作。