沿海地区淤积质软土层地基处理技术措施研究

文／刘东明 大连港口设计研究院有限公司 辽宁大连 116000

引言：

在天然地基为软土基情况下，地基无法满足建设工程的设计要求和变形要求，同时在施工中或建筑物使用期间，地基在外力作用下可能产生失稳、震陷、液化等现象。对于淤积质软土层地基的处理，目前国内常见方法为桩基法、换土法、灌浆法、排水固结法以及加筋法，探究地基处理方法在实际案例中的应用，有助于我国沿海地区建设工程单位充分掌握淤积质软土层地基处理方法以及应用要点，进一步提升沿海地区建设工程稳定性、安全性，并有效提升基于淤积质软土层地基的建设施工水平。

1、沿海地区淤积质软土层地基特点分析

所谓沿海地区淤积质软土层地基，是在长期受到潮汐以及较弱海浪暗流水动力作用后淤泥沉积形成的地质。通常表层带有0m～3m厚度硬壳层，硬壳层下部为淤泥夹杂着粉性细砂透镜体。一般情况下，软土厚度集中在4m～6m范围，经常含有不同数量海生物残骸以及贝壳类生物。表层硬壳下部、局部中间多数会含有薄层泥潭透镜体。

结合相关数据以及勘探结果，可得知除湛江地区部分淤泥质黏土之外，我国沿海地区淤积质软土层地基形成原因基本相似。具体可划分为淤泥质黏土、淤泥、淤泥质亚黏土、淤泥混砂[1]。基于表1可充分了解不同类型软土地基工程特性：

表1 沿海地区软土分类与工程特性

2、淤积质软土层地基常见处理措施分析

鉴于淤积质软土层地基具有透水性较差、压缩性较大、难以满足水工建筑物地基要求的特性，通常沿海地区针对淤积质软土层地基处理方式，集中于桩基法、换土法、灌浆法、排水固结法以及加筋法。

2.1 桩基法

（1）方法介绍

该方法为软土基处理应用最广泛方法。在沿海地区具有较厚淤土层，难以实现大面积深处理期间，通常施工单位会采用打桩的形式实现加固处理。桩基法下包含多种技术，早期针对淤积质软土层地基主要使用砂石桩、搅拌桩以及木桩。但三种方法目前较少使用，其一是水泥土搅拌桩在灌浆量、水灰比以及搅拌次数层面现有技术均难以满足淤积质软土层地基的要求，且设备多数陈旧，成桩质量稳定性难以保障。其二在于砂石桩工期较长，且具有工后变形问题。其三在于目前民用建筑已经禁止使用木桩基础。

常见处理滨海地区软土地基的基桩有：水泥搅拌桩、布袋注浆桩、钉型双向水泥搅拌桩、预应力混凝土管桩、CFG桩。其中水泥搅拌桩大多采用“一喷四搅”工艺与湿喷法结合施工。布袋注浆桩隶属软土分层注浆技术以及土工织物联合的全新工艺。在钻机引孔作业后，将土工织物袋放入，同时在布袋内开展压力注浆作业，使土体内的布袋发生膨胀。随时间推移，浆液在土工织物袋内硬化，形成葫芦状或是圆柱状硬化体，实现软土基加固，提升其强度与稳定性。该成桩形式可基于土工织物隔离注浆浆体与地下水，有效避免浆液流失，袋浆体硬化后，土工织物不再起到任何作用。钉型双向水泥搅拌桩利用反向旋转形成压降功效，基于正反双向搅拌，提升水泥土搅拌均匀性。在双向搅拌过程中，外钻杆所产生的剪切力将被抵消，进一步降低施工对桩周土所造成的扰动。预应力混凝土管桩可向软土基提供较强的混凝土强度，在经过强烈挤压后，桩尖部位所处的强风化层或是密实砂层将改变状态，桩端承载力将提升80%～100%。CFG桩由粉煤灰、石屑、水泥、碎石按照一定配比均匀搅拌，从而形成高粘结强度的桩体，同时施工阶段会同褥垫层与桩间土合并形成复合地基，可将桩体自身材料的潜力充分发挥，且可充分利用天然地基承载能力。钢筋混凝土预制桩，包括预应力桩基、钢筋混凝土桩，钢筋混凝土材料具有较强承载力，强度可得到保证，且投资较小，施工便捷性较强，故目前在针对淤积质软土层地基的处理中得到广泛应用。如龙海市角美镇金山水闸工程，经勘探工作，发现该工程选址地质条件方面覆盖10m厚度以上的淤泥土层。处理阶段，地基采用250mm边长钢筋混凝土预制方桩，挤密淤土层并靠摩擦承载[2-3]。

针对滨海地区淤泥软土地基，桩基法具有较强的实用性，且桩基法下多种形式的桩基，可良好应对不同地质情况，同时目前我国对于桩基法的技术掌握已经十分成熟，可在面向建筑物提供较强承载力同时对软土基处理效果做出一定保障。尽管桩基法可以实现软土基处理效果的保障，但需要消耗较高经济成本与时间成本，对各种桩基形式进行试桩试验。

（2）应用实例

连盐铁路射阳县长荡镇之亭湖区新兴镇段为淤泥质土冲积平原，地质状况复杂且底层频繁变化，主要以第四系全新统冲击、海积以及第四系上更新统冲洪积黏性土、粉土底层为主，且地表河道密集、河流纵横交错。经过地质勘查分析，发现下部持力层为粉质黏土，具有较强粘结性与硬度。在综合考量各种方案，桩基法具有较好的处理效果，且项目单位资金到位充足，为桩基法试验提供了良好的经济保障，因此在选取桩基法基础上，经过综合考量，最终选取预应力混凝土预制桩形式从事软土地基处理。完成施工后，静载试验、承载试验全部满足要求,I类桩比例高达99.5%[4]。

2.2 换土法

（1）方法介绍

当地质条件下淤土层仅有较薄的厚度，可采取淤土层换填砂壤土、水泥土、粗砂、灰土或是采用沉井基础等形式加以处理。然而，换砂不利于防渗性能的保障，且须支付较高成本，故应用换土法期间多会就地取材，多数采用换填泥土。换土法应用期间，需要回填具备较好压密性的土质，并进行夯实或压实从而形成良好持力层，将地基承载力特性加以优化，提升稳定能力与抗变形能力。采取换土法进行软土基处理，其优势在于提升地基承载力同时可有效减少沉降量，凭借砂垫层或是其他垫层应力扩散作用，可减少应力在下卧层土上的压力，减轻下卧层土地沉降量。但换土法同样具有一定弊端，即该方法并不适合建筑面积过大的工程，且针对荷载较小的浇筑工程、道路工程或地坪工程，会增加地基处理成本，提高经济成本与时间成本[5]。

（2）应用实例

山东省胶东地区引黄调水工程项目，其暗管段起点为龙口市黄水河泵站，终点为龙口市任家沟隧洞进口，全场12.4km，宽度处于7.0～7.5m范围之间。其中0+830桩至6+776桩为软土基地段，地貌类型属山间冲洪积平原。该段软土基第四系地层岩性主要包括壤土、中粗砂、砾质粗砂。在遵循安全使用、经济合理、技术先进原则背景下，考虑到场区位于河边，具有丰富砂料来源，在诸多方案综合考量后，最终决定采用换土法进行软土基处理。

施工期间，基于垫层作用原理合理制定砂垫层厚度，以满足扩散要求为依据设计厚度，因压实度较为困难，采取相对密度代替压实度。完成时候后，软土基地段软弱土层经过砂垫层处理之后，进一步加快了施工进度，增强了地基强度，在施工阶段对变形点进行观测后，确认地基变形沉降量满足设计要求，充分发挥了换土法的优势，且实现了成本节约[6]。

2.3 灌浆法

（1）方法介绍

灌浆法原理是利用液压、电化学或是气压，将可实现固化的浆液向地基介质中注入，亦或是将其注入建筑物同地基的缝隙之间。浆液通常会采用水泥浆、黏土水泥浆或是水泥砂浆，部分情况下亦会采取化学浆体，如木质素、硅酸盐、聚氨酯类型浆液。对于淤积质软土层地基，灌浆法效果十分明显，如我国福建省龙海市角美壶屿港水闸工程。在最初施工阶段，发现淤泥软基不均匀现象，沉陷闸基已达到0.63m。处理阶段，对其采用高压旋喷灌浆形式注入水泥浆，设计0.5m成桩直径，深入闸基础10.5m，以20MPs压力灌浆。完成处理后，闸基沉降得到良好控制，这次处理良好地运用了高压旋喷灌浆阶段所形成的水泥土摩擦桩实现闸基承载力的提升。同时，厦门石浔水闸，因闸基渗流从而导致闸室多处地板被淘空。处理阶段，首先于闸室上游侧以帷幕灌浆形式进行防渗处理，幕布设置于闸墩上游侧1.0m部位，设计0.5m孔距、孔深设计为0.5m，以10MPa压力关键，随后针对闸室淘空部位进行钻孔灌浆施工，首先灌注细砂，确认不吃砂后灌注水泥砂浆，最后灌注水泥浆，最终良好实现除险加固效果。

灌浆法应用于淤泥软土基处理，在实现提升地基承载力、防止坍塌基础上，同时能实现防水、防渗，促进地基稳定性提升，相对其他软土地基处理方法，可节约成本。但该方法在灌浆过程中，无法对软土基每一个方位实现精准控制。同时灌浆所形成的人工层，将一定程度破坏地下平衡，即影响地下水位正常变化，造成轻微污染[7]。

（2）应用实例

湖北恩施小溪口水电站大坝右岸分为试验段与延长段，其中试验段左侧同大坝防渗帷幕相互连接。小溪口右岸部位地基施工部位出露P2W7地层，岩性隶属黑色薄层硅质页岩，含碳质岩，黄色黏土岩，岩石破碎，具有较大透水率。在分析诸多软土基处理方法后，结合小溪口水电站大坝建设目标，且考虑到需要实现趾板、河床段整体地理处理，故选用灌浆法进行施工。

施工期间，针对河床段上游，采用嵌缝、浓浆封堵形式。针对岩溶大漏量空段，采用定量灌浆。右岸斜坡段具有较厚风化层，加压较为容易击穿，故针对该段采用低压、限流、浓浆与间歇复浆方法。完成施工后，小溪口水电站大坝右岸总工程量达14774m，合格率100%，施工单元21个，单元优良率达到81%。

2.4 排水固结法

（1）方法介绍

排水固结法是处理淤积质软土层地基沉降问题、稳定问题的有效措施，主要通过排水系统与加压系统的联合处理。首先，在地基内设置排水体，基于地层自身透水性，结合砂井排水、塑料排水实现排水功能。目前塑料排水板使用较为广泛。应用阶段，将软基排水板插入，在填筑基础以及上部建筑物后，荷载作用软基，地下水受到挤压，通过毛细作用沿塑料排水板上升到砂垫层，最后自砂垫层两侧排放，以实现基底承载力的提升。目前，排水固结法广泛应用于连云港与广州为地区软土分布地带，有效解决了该地带地质含水量大、压缩性高、承载能力低的问题。

排水固结法应用于软土基处理，其优势在于不会受到地质条件的过多限制，工序便捷，有着较低的工程费用，但其缺点在于需要耗费较长的工期，同时因真空抽水技术最大高度为10m，当淤泥层小于8m，会获取较好的排水效果，但当淤泥底层厚度大于8m，则效果将有所减弱。与此同时，采用排水固结法中较为先进的真空联合堆载预压，不仅工程费用极高，且工序十分复杂，需消耗较高的时间与经济成本[8]。

（2）应用实例

珠海市横琴新区滨海次干路点工程，起至横琴大桥，结束于中心沟，整体呈现L走向，全场13.48km，I级工程级别，防潮标准为100年一遇见。钻探结果显示，勘探从上到下底层包括特浓填土层、第四系海陆交互相沉积层、残积层、燕山期侵入花岗岩、第三系砂砾岩层。整个场地主要集中于海湾相沉积区域，广泛分布软弱淤泥。对于软土基处理方案，在遵循就地取材、降低造价、避免弃土不符合环保原则基础上，结合地质条件、场地使用要求，在进行多种软土基处理方案选择后，最终确认采用排水固结法。施工阶段，设计堤前区域地基采用堆载预压排水固结，堤后区域地基采用真空预压排水固结法。首先，提前开挖设计底高程-2.5m，水上抛填1m厚度的粗砂垫层，并插打入塑料排水管，间距设置为1m,以正方形布置，按照-21.8m控制排水板插设底标高。完成插板施工，抛填3.5m厚度、重量为50～350kg块石。完成施工后，对滨海次干路进行相关检测，检测结果均满足相关要求标准。

2.5 加筋法

（1）方法介绍

加筋头法原理是将具备极强抗拉能力的土工合成材料向土层内埋入，基于土颗粒位移以及拉筋所产生的摩擦力，使拉筋与土体形成一个整体，降低整体变形，提升整体稳定性。最典型工程为福建省福清过桥山围垦工程，该工程在利用塑料排水板实现排水后，于垫砂层内铺设土工织物，受拉作用下，成功将基底应力加以调整，地基侧向位移、沉降得到有效缓解，稳定性大幅度提升[9]。

在软土基处理中使用加筋法具有诸多优势，其一在于可建筑高度较大的垂直面挡墙，实现地基与边坡的强化。其二在于可以实现陡坡的建立，减少占地面积。其三在于加筋后的土地隶属于柔性结构，针对不同地基均可实现良好适应，对比其他技术对地基的要求较少。其四在于加筋法可面向设计面板进行美化设计，且表面可进行植被栽培。其五在于加筋图结构高度适用于人力施工或是机械施工，且施工设备简单，在环保性较好同时具有较低的造价。但加筋法同样具有应用的弊端，首先，若采用金属材料，容易长期受海水腐蚀，因此在防腐措施维度需要支付较高成本。其次，若采用聚合材料，聚合物在受到紫外线照射会出现衰化现象，且材料的长期蠕变下将导致材料性能降低。

（2）应用实例

江苏省江阴船闸因过往船舶吨位极大、数量较多，新建驳岸中160m驳岸段地基土质为淤积质软土地基，驳岸基础地高程为吴淞1.7m，落于流塑淤泥质粉质黏土上，地基承载力仅为80kPa。针对上述情况，考虑采用桩基处理土工格栅加筋处理，在综合性分析处理效果以及经济性后，最终决定采取土工格栅加筋处理。施工阶段，利用土工格栅同碎石之间的机械咬合作用形成高强压实体，构建良好抗剪切层，同时利用土工格栅材料强度快速消散孔隙水压，均匀分布基础底板上的活载、静载，减少不均匀下沉状态。完成施工后经过测试，最终土工格栅地基承载力标准值达到280kPa，元朝设计强度102.8kPa[10]。

结语：

本文在对沿海地区淤积质软土层地基特点实现深度分析后，围绕桩基法、换土法、灌浆法、排水固结法与加筋法探索不同处理措施的优缺点以及在工程中的实际应用，可为目前沿海地区工程建设提供一定的指导作用。同时，沿海地区软土基具有较高复杂性，施工单位应结合工程所在地的地质条件，尝试对不同地基处理方法加以创新，探索如何联用不同处理方法，进一步提高沿海地区软土地基的处理效果。