软基处理技术在港口工程施工中的应用研究

赵雨来

（天津港航工程有限公司，天津430065）

1 引言

港口是一项重要的基础设施。在经济全球化的背景下，经济发展的重心逐步向沿海城市转移，港口成为经济全球化的重要助力[1]。为了有效地利用海岸资源，在进行港口工程建设时，不可避免地需要在地质条件不佳的区域进行建设，而软土地基就是其中的一种。经过长期以来的工程实践，在港口工程建设中的软基处理技术已经发展得较为成熟，并得到了广泛的应用[2]。

2 港口工程中的软基问题

2.1 软土的特点

软土是一种饱和土，具有高孔隙度、高压缩性及低强度等缺点，包括淤泥、粉质砂土与粉质黏土等，在沿海地区广泛分布的海相沉积软黏土就是一种典型的软土[3]。在港口工程建设时往往需要进行基坑开挖工作，当在软土区域进行开挖时常常会发生以下问题：（1）基坑支护结构以及坡面土体变形过大而使整体失稳；（2）由于基坑开挖导致坑底的地下水位急速下降，其他区域土体中的地下水从坑壁或者坑底渗入，造成基坑的破坏；（3）前2 种情况导致的周边区域发生的破坏。

2.2 软基处理的难点

在软土区域内进行港口工程建设时，天然地基的承载力无法满足工程建设的要求。因此，必须进行软基处理，对天然地基进行加固，使其达到工程建设的要求。软基处理的难点有3 方面：（1）在设计方面由于理论与技术上不够成熟，对软基的沉降量及速率很难控制；（2）在施工方面技术的发展领先于理论研究，软基处理的理论框架不够完善；（3）港口工程软基处理的难度以及资金投入大，对施工单位的综合能力要求很高，许多施工单位受制于技术水平或者是经济实力无法很好地完成施工任务。

3 软基处理技术研究

3.1 软基处理技术的发展历史

自20 世纪50 年代开始，在天津新港建设中石灰桩首先被应用于陆上建筑地基的处理，对软土地基的加固则采用了砂井预压排水法。真空井点法在20 世纪60 年代开始使用，20 世纪80 年代，真空井点法首先在我国天津新港建设中使用。经过几十年时间的发展，目前港口工程中软基处理的方法已有很多种（见表1）。经过大量的实践证明，排水固结法是进行软基处理最有效的一种方法。

表1 软土地基处理方法

3.2 软基处理的目的

3.2.1提高地基抗剪强度

软土地基抗剪强度不足，受到偏心荷载或者侧向土压力时就会发生剪切破坏，进行基坑开挖时会出现边坡失稳或者基底隆起现象。为防止软土地基发生剪切破坏，就需要采取加固措施增强其抗剪强度。

3.2.2降低地基压缩性

软土地基的压缩性大，当受到荷载的作用时地基土会发生固结变形，产生很大的沉降，给上部结构物会带来非常大的影响。降低地基压缩性的关键问题是提高其压缩模量，从而减小地基的沉降。

3.2.3改善地基的透水性

由于软土地基通常为淤泥或者淤泥质黏土与粉土，其含水率很高，所以透水性很差，孔隙水压力高。

3.2.4改善地基的动力特性

软土地基受到动荷载的作用时，地基内部发生振动而下沉，严重时甚至会发生地基土液化，对上部结构物的影响很大。改善地基土的动力特性主要是提高其抗震性能。

3.3 软基处理技术的应用

3.3.1换土垫层

换土垫层处理是将原有的软土挖除之后，换填高强度、低压缩性且不易被水侵蚀的材料，并使其与软土层紧密地结合在一起。换土垫层最大优点是能够直接提高地基承载力。需要注意的是，进行垫层回填的时候要分层进行，每填一层就要进行压实，不仅可以确保回填的质量，还有助于软土中的水分快速排出。垫层处理适用于软土层厚度不大的情况，换填的垫层的厚度要不小于0.5 m。

3.3.2强夯

强夯可用于对深部的软土地基进行加固处理，通过机械设备将重锤提升之后释放下落，不断地重复上述过程。利用重锤下落时的冲击将软土地基逐渐地夯实，以此来增强软土地基的强度。强夯软基处理的理论研究有动力固结理论和波动法理论2 种。其中动力固结理论认为，在强夯过程中地基经历3 个不同的阶段：（1）加密阶段，即土体中空气排出阶段；（2）固结阶段，即土体中水排出阶段；（3）预加变形阶段，土体颗粒发生形态变化，在结构上重新排列。由于在实际操作中需要使用各类机械，施工现场管理工作比较复杂。而且由于施工噪声大且对现场有较强的冲击，在人员密集地区不适用。强夯法同样不适用于大面积的软土地基。

3.3.3排水固结系统

排水加固技术是将排水管埋设至软土地层的底部，将其内部的水分导排至排水管中再抽出。排水固结系统由排水系统和压力系统2 部分组成，能够降低软土的含水率，减小其变形，增强软土地基的承载力。当软弱土层的埋深较深时，排水加固的效果不佳，不适合采用。常采用的排水系统有塑料排水板与砂井，均需要先在施工现场进行钻孔作业，之后才可进行排水系统埋设，其原理是建立在排水系统的渗透系数大于软弱土体的基础上的。当采用塑料排水板时，在钻孔结束之后就可以直接将其插入钻孔中，如图1 所示。而采用砂井时需要先将钢管插入钻孔中，然后在其内部填充粗砂，形成砂柱。

图1 塑料排水板

3.3.4深层搅拌

深层搅拌适用于软土地层深度很大的情况，能够有效地提高软土地基的承载力。深层搅拌技术是通过灌浆的方法来对软土地基进行加固的。通常采用的是水泥浆，通过高压设备将浆液注入软土地层中，经过机械的搅拌，浆液在土体中不断地扩散填充，起着地提高软土地基承载力的作用。当处理的软基埋置深、厚度厚的时候还可以采用高压喷射注浆技术。

3.3.5加筋

采用加筋法进行软土地基处理的主要方法有沉入碎石桩或者砂桩，在土体中铺设土工织物等进行加筋，形成一种人工复合的土体，在抗拉强度、抗压强度以及抗剪强度上都有明显的提高，以此来增强地基的承载力、压缩性及抗剪强度等。常用的有以下3 种做法：（1）土工合成材料，作为一种由高分子聚合物加工而成的新型建筑材料，土工合成材料具有排水、隔离、反滤与加筋等功能；（2）加筋土，加筋土是在土体中掺入带状的拉筋，依靠与土颗粒之间的摩擦作用，能够提高土体的内摩擦力，进而提高其强度；（3）树根桩，又称为微型桩，是一种直径较小的钢筋混凝土桩。

3.4 软基处理面临的问题

首先，是对软基处理方式的选择存在一定的盲目性，未正确地选择最合适的方法，虽然软基问题得到了解决，但是在时间以及投入方面浪费太大；其次，是对施工结束后的沉降控制不到位，工后沉降不仅是技术问题，还有经济问题，不仅仅会对工期产生影响，还会对工程投资带来影响，因此，要针对不同地区、不同类型的工程确定相应的沉降标准；最后，是施工质量难以控制，一方面是技术上不能达到要求，另一方面是在实际操作中存在偷工减料现象。

4 结语

近年来，随着基础设施建设的兴起，港口工程也得到了很大的发展。由于港口工程建设区域的特殊性，不可避免地会遇到软基问题，因此,进行软基处理是港口工程建设中一个不容忽视的问题。经过几十年时间的发展，软基处理技术已经在港口工程中得到了广泛的应用。本文对几种常用的软基处理技术进行了研究，分析了其原理及适用条件，并就目前软基处理中面临的问题进行了分析，希望为港口工程中的软基处理问题提供参考与建议。