如何處理港口工程中的軟土地基問題

2022-03-10 03:52:00劉建輝

大科技 2022年8期

劉建輝

（北部灣港北海碼頭有限公司，廣西北海 536000）

0 引言

1 軟土的特點

軟土指的飽和軟粘土，主要有粉質粉砂、粉質粘土以及淤泥，具有高結構敏感性、低強度、高壓縮性、高空隙度的特點，使得地基整體的結構穩定性和強度較低，在施工過程中容易出現土體變形和結構失穩的問題，從而影響地基的建設質量，最終影響港口工程的安全質量。在軟土地基的開挖過程中，如果基礎的破面土體結構發生了變形，會導致基礎結構的整體穩定性降低，容易導致卸荷和空位抬升，導致基礎變形甚至被破壞。基于軟土地基建設施工過程的特殊情況，應結合軟土地基處理技術進行施工，采用合理的軟土處理技術對地基的底部進行有效處理，從而提升改善地基的基礎性能，使港口工程基礎的質量得到保證。

2 軟土地基處理技術概述

20 世紀60 年代，由于施工技術比較落后，再加上材料科學技術的限制，我國的軟土地基處理技術水平有限，只有化學灌漿技術石灰土樁技術、壓實土樁技術等。改革開放以來，海洋經濟迅速崛起，港口建設進程加快，我國對軟土地基建設的技術也進行了深入的研究和改進，使得軟土地基處理技術水平得到一定的提升，再加上引進了國外的先進技術和施工設備，使得軟土地基處理技術得到完善，為港口地基建設的質量提供了保障。

3 港口工程軟土地基處理中存在的問題

結合當下港口作業的實際情況，在港口工程軟土地基處理當中主要存在的問題有以下3 點。

3.1 港口工程軟土地基處理技術的理論體系不夠健全

健全的軟土地基處理技術理論體系對軟土地基處理技術的實際操作運用起著指導和規范作用，對推動港口工程的建設和發展有著重要作用。結合當前中國的港口建設軟土地基處理各項技術的應用情況來看，雖然軟土地基各項技術的應用范圍很廣，取得的效果也很好，但是對軟土地基處理技術的理論體系建設并不是很成熟和完善，這在一定程度上會制約著中國港口建設軟土地基處理技術更高層次的發展空間，在這點上應該給予重視，要加快健全軟土地基處理技術理論體系的建設，使中國的港口軟土地基建設水平邁上新的臺階。

3.2 港口工程軟土地基施工中設備相對較差

在港口工程軟土地基的建設中，采用合理的、先進的施工機械裝備能增加工程的施工速度和建設質量。但是在實際情況下，施工隊伍所采用的操作設備大都有些陳舊，和其他裝配較先進的施工設備比起來在施工速度和建設質量方面都稍遜一籌，甚至對港口工程的整體建設造成一些負面影響。這種情況大都是由于施工單位資金不足或重視程度不夠導致的，使得采用的操作設備裝配的配件相對落后、設備性能相對落后，為港口工程軟土地基的建設埋下隱患。因此要及時檢查設備的磨損情況，及時維修；同時要關注行業內專業設備的更新情況，根據施工的實際情況及時更新機械設備，保障軟土地基處理工程的速度和質量。

3.3 對軟土地基處理技術的選擇和應用不準確

目前軟土地基處理技術主要包括換填技術、深層攪拌技術、真空聯合堆載預壓技術，不同的軟土地基處理技術有不同的適用范圍和作用效果，如果選擇處理技術不恰當，會影響軟土地基施工的速度和效率，從而影響整個港口工程的施工建設和發展提升。因此需要正確地選擇合適的軟土地基處理技術，達到事半功倍的效果。相關人員需要在施工設計之前，前往港口工程施工地區對當地的地質條件和周圍環境進行仔細的勘測，并進行全面的綜合評估和分析，進而在港口工程軟土地基的施工設計中，選擇合理的軟土地基處理技術方案，確保施工方案的設計情況和施工現場的勘測情況相符合，保障港口工程整體的施工質量和速度。

4 軟土地基處理技術在港口建設工程中的應用

隨著技術的成熟和發展，軟土地基處理技術在港口工程中的應用越來越廣泛，在工程的建設中發揮著積極作用，常用的軟土地基處理技術主要有以下5 種。

4.1 軟土地基充填處理技術

當軟土地基的施工現場地勢低洼，排水不便時就需要采用軟土地基充填處理技術。軟土地基充填處理技術是指把地基上的軟土層通過器械挖運走，把其他材料進行回填進地基，從而提高軟土地基的結構穩定性和改善軟土地基的各方面性能。在對軟土地基填充材料的選擇上，要從填充材料的質地、硬度方面進行考慮篩選，還要保證軟土地基的換填材料具有良好的抗變形能力，能夠承受基礎的重量和海浪的沖擊，同時具有良好的耐腐蝕能力，能較好地抵抗海水的腐蝕，從而確保進行換土充填后的軟土地基結構強度與穩定性符合港口工程的基礎施工要求。軟土地基充填處理技術如圖1 所示。

圖1 軟土地基充填處理技術

4.2 軟土地基排水加固技術

軟土地基排水加固技術僅使用于一般情況，如果軟土地基的土壤較深，軟土地基排水加固技術則不適用，應采用其他方法。軟土地基排水技術是指在軟土地基的基部設置排水管系，運用相應的排水技術將軟土中的水分進行有效排除，從而讓軟土之間間隙縮小，使得軟土地基的結構更穩定，更不易變形、下沉。軟土地基排水加固技術由壓力系統和排水系統共同組成，其中壓力系統實在軟土地基施工前期對軟土地段進行壓力加載，使得軟土間隙中的水分得以流出，為接下來的排水系統排水提供有力的支持，從而促進軟土地基排水加固技術排水處理效果的提升。在設計軟土地基排水系統時，需在施工現場設置塑料排水管或沙井。沙井需在軟土地基上鉆孔建造，在設計時預先規劃好孔的形狀和排列，利用打樁機將鋼管打入相對應的孔中。除此之外，還可運用高壓水射流法來進行鉆孔工作，往相應的鉆孔中倒入制備好的粗砂，這樣就形成了沙柱，沙柱具備良好的排水性能。在軟土工程施工中，砂井灌漿應采用專用布袋。這不但能夠很好地減少施工成本，還能夠使施工更加方便、快捷，避免地基變形引起的排水斷斷續續。我們在進行軟土地基處理時，要按照測量資料和場地的情況，科學選擇合適的軟基處理方法，從而使港口工程順利進行。

4.3 軟土地基真空結合預加載技術

軟土地基真空結合預加載技術非常適合港口建設環境下大面積軟土地基排水工作。軟土地基真空結合預加載技術操作過程相對簡單，首先需在軟土地基內部設置一定數量的沙井，然后在軟土地基的表面均勻鋪設一層密封膜，利用真空抽氣設備把密封膜內的空氣全部抽出，此時密封膜內外會產生一個相當大的氣壓差，會給軟土地基一個相當大的附加應力值，使得軟土地基頂部的荷載增加，將軟土地基內的水分擠壓排進沙井，極大的提升了軟土地基整體的強度和穩定性。密封膜內的真空度應穩定地保持在80kPa 以上；砂井或塑料排水板深度范圍內土層的平均固結度一般應大于85%；濾水管的周圍應填100～200mm 厚的砂層或其他水平透水材料；所需抽真空設備的數量，以一套設備可抽真空的面積為1000～1500m2確定；當地基承載力要求更高時可聯合堆載、強夯等綜合加固；預壓后建筑物使用荷載作用下可能發生的沉降應滿足設計要求[1]。軟土地基真空結合預加載技術具備很多優點，如施工成本低廉、造作能力強、施工后軟土地基無橫向變形和剪切破壞等。雖然軟土地基真空結合預加載技術具備很多優點，但也有一定的適用范圍，施工人員只有在勘測現場后，確認實際情況適合用此技術才行。

4.4 軟土地基深層攪拌加固技術

當港口軟土地基的深度較大，其他軟土地基處理技術不方便使用的時候，軟土地基深層攪拌加固技術非常適合這種情況。軟土地基深層攪拌技術是指利用高壓灌輸設備將現場制備好的水泥漿灌注軟土地基底部，然后利用攪拌棒進行攪拌，使水泥漿與軟土進行充分融合，使得軟土的結構穩定性和承載能力得到極大提升。水泥加固軟土的原理是水泥水解、水化反應所生成的水泥水化物與土顆粒發生離子交換、團粒化作用、碳酸化反應以及硬凝反應等一系列物理化學反應，形成具有高強度的和高穩定性的水泥加固土[2]。水泥加固土的強度大小取決于兩方面：軟土地基本身的物化性質和所灌注水泥的比例、種類、外加劑的種類及摻入量。

軟土地基加固后的強度與所灌注水泥的量成正比，所灌注的水泥量越多，軟土攪拌后的穩定性和強度就越大，一般水泥的摻入量為7%～15%。

軟土地基深層攪拌加固技術具有很多優點，在港口工程軟土地基的建設中發揮著積極作用，其優點如下。

（1）軟土地基深層攪拌加固效果非常顯著，通常情況下軟土地基在加固完成后即可立即投入使用。

（2）軟土地基深層攪拌加固技術可以根據港口工程的實際需要情況做出相應的調整，處理起來不死板比較靈活，可采用壁狀加固、塊狀加固、柱狀加固、格柵加固等多種加固方式[3]。

（3）軟土地基深層攪拌加固技術對軟土的利用率幾乎是100%，由于施工時是利用機械直接把水泥輸送到軟土地基的底部進行整體攪拌，直接使水泥和摻入劑與軟土發生反應使軟土加固，避免了大量挖掘土壤和遠距離棄土。

（4）軟土地基深層攪拌加固技術在施工時進度較慢、力度可控，攪拌棒對軟土進行攪拌加固的同時不會對周圍土壤造成太大的擾動，在側向做好防護措施，確保軟土不會因攪拌速度過快而溢出，在施工時產生的震動和噪聲都比較小，對環境的污染較小[4]。

（5）軟土地基深層攪拌加固技術所用到的器械相對簡單，成本較低，便于制作和應用，軟土地基深層攪拌加固技術。

4.5 軟土地基碎石樁處理技術

在對軟土地基的處理中，軟土地基碎石樁處理技術運用比較廣泛，不僅對軟土地基的加固效果很好，施工成本也比較低。軟土地基碎石樁處理技術指在軟土地基上預先鉆好的孔中填入以碎石為主的混合料，使其形成豎向增強體，豎向增強體和其他軟土共同組成了人工加固地基，共同承載上部荷載，大幅提高了軟土地基的整體穩定性和承載能力。

碎石樁加固軟土地基的目的主要是減小地基沉降量、增強地基承載能力、增強土體的抗剪能力、增加地基坡面的抗滑能力。碎石樁的在加固軟土地基中的作用主要體現在以下4 個方面。

（1）港口工程中的軟土顆粒間隙小、滲透性低，軟土中的水分不易排走，使得軟土地基整體的結構穩定性和強度較低，因此碎石樁的填入是起著置換作用，改變地基整體致密的情況，從整體上改變了軟土地基的性能。

（2）碎石樁在軟土地基中起著排水收集樁的作用，使得從軟土地基中析出的水分匯集于碎石樁內，大大縮短了軟土固結的時間，增加了軟土地基的結構穩定性，減少了軟土地基的沉降量[5]。

（3）如果軟土地基的土層厚度不大，那么碎石樁在軟土地基中扮演著加筋作用。碎石樁直接穿透軟土層，直達堅硬的地基底部，此時在頂部荷載的作用下，碎石樁起著集中應力的作用，減少軟土層所負擔的壓力。碎石樁和軟土層所組成的復合地基與原有軟土地基相比，復合地基的承載力更強，壓縮性更小[6]。

（4）如果軟土地基的土層厚度大，則碎石樁不能貫穿軟土層，此時的碎石樁起著墊層作用，碎石樁將上部所承載的應力分散，使得軟土地基的所承受的壓力趨于均勻，從而提升軟土地基的整體承載力以及減少軟土地基的沉降量[7]。

5 軟土地基重錘擊石技術

重錘擊石技術在軟土地基加固處理中經常被運用，它和軟土地基深層攪拌加固技術一樣，非常適合軟土層較厚的地基加固。軟土地基重錘擊石技術指運用機械重錘的抬升和下降對軟土層施加強烈的荷載，使土層收到相當大的應力和沖擊波，使土層顆粒之間的間隙縮小，在錘擊點周圍產生裂隙，使軟土中析出的水分得以排走，促使軟土加速固結，最后從整體上提升了軟土地基的穩定性和承載能力，降低了軟土層的壓縮性。軟土地基重錘擊石技術具有施工速度快、操作簡單、施工效果好、適用面廣等優點，但是由于在施工時震動和噪聲比較大，會對周圍居民生活造成一定影響。

6 軟土地基高壓噴射固化法

軟土地基高壓噴射固化法是指用工程鉆機鉆至軟土地基深處，通過鉆桿尾端的旋轉噴射裝置噴射加固漿液，再通過攪拌裝置對軟土和加固劑進行攪拌，使周圍軟土快速固化；將加固漿液噴射裝置緩緩抬升，使得沿途的軟土層都得到加固處理，形成旋噴樁。旋噴樁的規格一般為0.5～1.5m，可承載的壓強極大，從整體提升了軟土地基的結構穩定性和承載能力。軟土地基高壓噴射固化法適用范圍廣，淺層軟土和深層軟土都可應用此技術，且對軟土地基的加固效果非常好，但是施工費用高。

7 軟土地基加筋土法

軟土地基加筋土法對軟土的加固效果非常顯著，在軟土地基深度較淺的情況下適用，需要將軟土地基的土體全部挖出，在基底均勻鋪設半米厚的砂墊層，再在砂墊層上均勻鋪設一層沙質土，在土體中均勻埋入筋條，用器械設備碾壓密實。軟土地基加筋土法操作相對簡單，施工所需的材料獲取相對容易，施工成本較低。

8 結語

在經濟全球化的浪潮中，海洋經濟蓬勃發展，船舶航運事業日益旺盛，現有的港口已無法滿足大流量的運輸需求，各大港口都在完善擴建，以及建造新的港口來滿足航運行業的需求。軟土地基是港口建設工程當中最基礎的施工項目，如何合理地選擇軟土地基建設施工技術，關系著港口工程整體的建設質量和安全，更關系著船舶航運事業的發展。在進行軟土地基處理工作時，首先做好現場調查分析工作，根據現場實際情況和測量資料，選擇合適的施工工藝和材料。此外，在施工過程中，應嚴格控制施工技術的應用，提高加固技術應用水平，確保軟基處理的效果滿足設計要求。雖然我國軟土地基施工技術應用過程中存在諸多問題，但是經過專業技術人員的不斷專研，充分發揮每個人的才能，軟土地基施工技術應用得到了很大的提升，促進了軟土地基施工技術邁向新的征程。