大型围海造地吹填土地基处理技术的应用初探

2021-04-12

智能城市 2021年2期

（中交广州航道局有限公司，广东广州 510290）

我国人口数量较多，相应的土地资源需求量处于较高的状态，在沿海地区，城市经济发展步伐较快，经济增长势头良好，使城市内部人口数量处于居高不下的状态，导致土地资源严重缺乏。为了更好应对土地资源紧缺问题，沿海城市需要借助邻近海域开展围海造地项目。围海造地建筑地基以吹填土软土地基为主，承载能力较低，需要采取合适的加固处理操作。

1 大型围海造地吹填土地基的特点

吹填土地基也称为充填土地基，在绞吸船和耙吸船作用下，确保航道和港池始终处于疏通状态。可以借助水力充填，将河道底部泥沙挖出，在填海造地中发挥作用。在此过程中，沉积土会出现在水底，作为后续工程的地基装置。实际上，整个吹填土在吹填中，易受到水力冲击，导致泥沙结构被破坏，之后形成细小颗粒，沉积于水底。吹填土具备含水量大、空隙大等特点，加上该类地基的形成以软土地基为主，自身强度有限，无法直接应用到工程建筑领域，相关工作人员需要根据具体要求，执行地基处理操作，保证后续工作的顺利开展。

2 围海造地建筑地基处理中存在的问题

2.1 规范和制度不完善

我国在吹填土地基处理方面已积累了很多经验，施工工艺日渐完善，但由于围海造地地基加固操作重视度不足以及该类工程的建设时间较长，导致围海造地各个建设阶段没有进行有效的地基加固处理，增加了后续加固处理难度。我国相关制度没有对该类工程建设进行明确规范，要求不够明确。在建筑设计上，主要执行的是普通建筑基础要求，开展桩基加固操作，将周围建筑环境和附属设施忽视，造成建筑主体坚固，配套设施需求反复维修。

2.2 软基处理方式存在问题

为了获取到更高利润，很多建设单位将围海造地成本压缩到最低，在地基加固处理手段的选择上，盲目选择造价低的加固方式。受此影响，整个地基加固效果明显下降，后期需要频繁进行维修，提升维护费用。

2.3 吹填土地基处理理论不完善

从实际固结机理角度来说，实际操作中存在很多问题，不具备统一的问题解决思想，例如在地基处理时，地下水位变化以及影响、加固影响范围等。竖向增强体加固深度的确认，缺乏有效的数值计算手段，导致吹填土地基处理算法和设计理论需要得到进一步更新。在软土地基处理上，可采用的防护措施较少，研究力度不足。加固区域形状对于加固效果存在很大影响，部分工作人员无法做到最优加固形状设计。实际土体加固效果定性和定量存在很大差异，部分施工企业无法对标准研究问题准确判断，对整个加固过程产生影响。从之前实践研究中能够看出，加固操作后的土体次固结特性相差很大，无法借助现行规范对其进行评估，增加了合理估计土体的难度，最终计算结构的准确性明显不高。

3 大型围海造地吹填土地基处理技术的应用

3.1 吹填土地基处理技术应用要点

吹填土地基的处理形式以及应用的具体技术均取决于吹填土地基颗粒成分和颗粒均匀度等。现阶段，施工中常用的吹填土地基处理技术应按照性质不同进行划分，主要有两大类：第一，物理方法，该手段主要应用外力对吹填土基底进行冲击，让结构内部出现压差，将吹填土地基内部孔隙水排出，确保地基加固，常见的物理方式有强夯法、堆载预压法以及高真空击密法等。第二，化学方法，工作人员需要将化学外加剂融入吹填土地基土层内部，让土层颗粒之间能够产生反应，保证其处于固结状态，是强化地基稳定性的主要手段之一，最为常见的处理方式为粉喷桩法，效果明显。

3.2 吹填土地基的物理处理技术

3.2.1 强夯法

在利用强夯法执行填土地基处理方面，需要以冲击力或水力为辅助，形成强烈冲击波，此种情况下，之前充填土结构将会被破坏，导致泥沙颗粒空隙逐渐被压缩，夯点附近出现裂缝，土层中会出现一些新的排水通路，将土层内部积水排出，维护土层的迅速固结。利用强夯法执行吹填土地基处理时，呈现的效果良好。通过对夯点周围的观察，当距离提升后，孔隙水压力会越来越小，出现该种情况的概率在80%以上。如果利用强夯法施工，对土体排水固结和降水作用效果较为明显。但如果埋深较深，水体土层厚，易影响整个粉质黏土地基处理的最终效果。

3.2.2 动力排水固结法

动力排水固结法在应用时，主要以强夯法为基础进行延伸，具体操作步骤如下：首先，在吹填土地基铺设一层砂垫，再将塑料排水板插入吹填土地基软土层中，顺序为从上至下，是竖向排水系统的建设过程。对吹填土地基进行强夯处理，适当附加合适的应力，让吹填土地基产生相应孔隙水压力。在孔隙水压力作用下，可以让孔隙水进入塑料排水板，再转移到吹填土地基外，降低地基土层中孔隙水数量，控制地基强度，降低可压缩性能，让地基加固效果达到最佳状态。

3.2.3 真空预压法

从整个真空预压法执行中能够看出，运行原理与动力排水法接近，需要在吹填土地基中插入竖向排水管道，再通过外力，将地基土层孔隙水有效排出，保证地基得到合理加固。应用真空预压法时，工作人员需要在砂垫层上铺设一层厚度适宜的密封胶，再利用真空泵，让膜下空气顺利排出，地基土层将处于真空状态，具体真空度数值为85 kPa，保证能够出现膜下负压，让土层表面、竖向排水管道中出现压差，并传递到土层深处。在负压作用下，土层孔隙水能够渐渐转移到竖向排水管道中顺利排出，体现出更好的排水固结效果，完善地基加固处理操作。

在应用吹填土执行真空预压操作时，随着真空泵应用效果的提升，地基边界土层空隙水压力会变成负值。真空负压会缓慢进入土层深处，降低土层内部孔隙水压力，在整个吹填土低级中出现梯度压力，该数值比外界压力高，保证能够将土层孔隙水排出。真空预压处理技术应用时，实际压力应保证处于不变状态，若出现土层孔隙压力值下降情况，证明应力有所增加，依靠该应力的增加值排出孔隙水。该种方式主要适用于地基固结程度低、渗透系数大的土层，尤其是刚刚完工的吹填土地基，处理效果更为明显。

3.2.4 高真空击密法

纵观整个高真空击密法应用过程，主要是两种方式的相互结合，即强夯击密法和高真空预压法，将二者的处理工序结合，建立新的综合处理手段，其中还会涉及真空降水结合强排降水等。对于高真空击密法应用，需要在吹填土地基中开展多次强夯操作，合理呈现真空排水处理效果，保证吹填土地基含水量处于最佳状态。对于处理技术的应用，高真空排水处理法能够将吹填土地基中很多孔隙水全面排出，为后续施工创造更多有利条件。随着强夯击密法的应用，可以激发土层孔隙间的水压，让填土地基边界建立更大的压力差，做好真空排水操作，最终更好的呈现排水效果。一般来说，高真空击密法在应用时，适合在黏土量低于50%且塑性指数不高于10的砂土或者是粉质黏土中使用，如果黏土含量高于50%，最终呈现的处理效果比较有限。

3.3 吹填土地基的化学处理技术

对于吹填土地基的化学处理技术应用，主要是在吹填土地基土层颗粒中加入合适的外加剂，与土层中的粒子相互反应，最终实现加固吹填土地基的目的。在吹填土地基形成时，由于相关设备的作用，水分会转移到地面，受海水化学成分影响，起到加固效果，最为常见的粒子为钠离子和氯离子。吹填土地基化学处理技术主要是借助吹填土特质，将水泥或者石灰石粉末加入吹填土泥砂浆内部。若工作人员向其中添加合适的外加剂，水泥会和吹填土砂浆中的水分产生反应，产生不同的水泥矿物质。最为常见的种类为硅酸三钙、铝酸三钙、硫酸钙和铁铝酸四钙等，这些物质自身的稳定性和抗压性能良好，能够保持吹填土地基的稳固性。

如果在吹填土泥沙浆中加入石灰石外加剂，会引发大量物理、化学反应出现，将土层颗粒有效凝结，强化土层结构密实性。在实际水泥以及石灰石处理上，工作人员需对整个吹填土地基进行扫描，最终得到的吹填土结构以絮凝状为主，单独的土层颗粒会被反应生成物包裹，或处于颗粒体周围，建立一个整体结构。为了确保处理效果不受影响，工作人员可以将化学处理技术作为基础，应用搅拌机开展地基钻井搅拌操作，加入适量的外加剂，提升反应速度，确保土层更具稳定性特征。