1、1港区软土地基加固方法研究摘要：港口建设过程中地基的处理是最为重要的施工过程，主要通过地基处理来提高土体的强度、压缩系数、渗透系数，从而使地基在运营过程中避免发生不均匀沉降，保持其稳定性，地基处理的方式较多，对目前港口地基处理中较为常用的真空预压法、堆载法、真空联合堆载预压法、深层搅拌法以及强夯法的适用条件、机理以及施工步骤进行了详细的分析，为港口工程中地基处理方法的选取提供了一定的参考。 关键词：港口地区；软土地基；加固方法 中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 随着我国经济的快速发展，能带来巨大经济效益的港口对于地方政府有着极大的吸引力，但由于港口建设时所处位置基本处于
2、软土地基上，因此，对于软土地基的加固处理是港口施工中最为重要的一环。软土具有含水量高、压缩性大以及强度低等工程特性，作为地基有着天生的缺点，必须要经过相应的加固处理才能够保证港口的顺利运营，本文首先介绍了地基处理的基本原则，重点分析了几类常用的地基处理方法，为港口地基的处理提供一定的参考。 2 软土地基处理的目的 港口由于地处海边，地基难以像其他工程，可以考虑将天然地基作为永久性地基。为保证港口的安全性，必须对软土地基进行处理，地基2的土质条件或组成的不同，应选用不同的处理方法，经过处理后应达到以下目的： （1）提高地基土的抗剪强度，保持地基的稳定性； （2）提高土体的压缩系数，从而降低地基发
3、生不均匀沉降的概率； （3）提高土体的渗透系数，减少水的渗漏或绕渗对地基的破坏； （4）改善土的动力性能、防止地基产生震陷变形或因土的震动液化而丧失稳定性; （5）消除或减少土的沉陷性或胀缩性引起的地基变形。 对于个别工程，其处理目的可能是上述单一的一条，对于港口工程，其地基处理后应达到上述的所有要求，因此，对于港口地基的处理方法有较高的要求。 3 常用的港口地基处理方法及其机理 港口地基的处理办法较多，但目前常用的方法主要有真空预压法、堆载法、真空联合堆载预压法、深层搅拌法以及强夯法，本文详细介绍各种方法的机理及施工要求，为在港口工程地基处理中的应用提供参考。3.1 真空预压法 （1）真空预
4、压法机理 真空预压法主要用于处理厚度较大的淤泥、淤泥质土等饱和粘性土地基。 真空预压法是通过相应的真空预压系统将土体孔隙中的水抽出达到固结的效果，一般真空预压系统由抽真空系统和排水排气系统两部分组3成，其膜上下压差可达到 90Kpa 左右。 采取真空预压法进行地基加固时，应使得地基中各点满足孔压与负压边界以及周围压力边界的平衡和土体总应力与膜面大气压力的平衡，通过这两个平衡条件能够求解出地基稳定时的负压渗流场，从而使得土体有效应力增加而产生土体固结，抽真空作用能够形成稳定的负压渗流场与附加应力场及超孔隙水压力场，从而达到加固地基的作用，这也是其工作机理。 根据实际工程中的应用情况可知，在采用真
5、空预压法加固地基时，会导致地下水位下降 1.55m 左右，下降的程度与场地水文条件以及抽真空的使用参数有关。 （2）施工步骤及要求 真空预压法施工过程中应首先在将要处理的地基表面铺设厚度在4050cm 左右的砂垫层，再在土体中设置竖直排水体，主要用在土体中打入砂井或塑料排水板的形式。接下来要在砂垫层的上部铺上透气性差的薄膜，薄膜四周要埋入到不透水层中，通过埋设于砂垫层中的管道，采用抽真空设备将薄膜下垫层中的空气抽出，从而使得下部形成相对的负压，由于之前设置的竖直排水体渗透性好，使得负压能够很快的传递到排水体底部，在排水体和周围土体间形成了一定的孔压差，促使孔隙中的水流入到排水体中被排出，已达到
6、对土体的固结效果。 真空预压法的施工要求主要包括： 1）加固区的划分。通过理论计算及对实际加固后效果的评估发现，在采取真空预压加固方法时，每次加固区的面积不能过大，但考虑到费4用等的因素，也不宜过小，因此，真空预压法的应用效率取决于对加固区的合理划分，在划分区域时要应该综合考虑各种施工参数以及场地条件的影响，保证真空预压法有效的应用。 2）工艺设备的选取。真空预压法的关键在于设备的好坏，设备一般包括真空源、膜内及膜外管路，目前国内的真空源主要采用射流真空装置，由射流箱和离心泵构成。射流装置能力的大小对于真空装置的布置起到至关重要的作用，一般来说质量较好的抽真空装置在施工初期可加固 1000m2
7、 左右的面积，施工后期一般最高可以达到 2000m2 的加固面积。通过膜的外管路与射流装置的回阀、截水阀以及管路相连，对于过水面积一般要求能够承受 100Kpa 左右的径向力，同时满足排水量的需要。膜内水平排水滤管通常采用直径为 70mm 左右的铁管或硬质塑料管，应根据场地考虑其布设及排列方式，保证真空负压能够快速且均匀的传至场地的各个部位，密封系统一般由密封膜、密封沟和辅助密封设备构成。真空设备的选择对于其预压真空效果起到较大的作用，应根据要求适当选取。 真空预压法虽然在规范中将其真空荷载等效为堆载，但实际效果并不能完全令人满意，对沉降的预估能力仍然较差，同时缺乏有效的真空预压计算方法和设计
8、理论，数值计算虽然能够相对精确地模拟，但难以在工程应用普遍推广。同时，如果选用好的真空机，费用也较高，在大范围的地基处理上经济性不强。 3.2 堆载法 （1）堆载法的基本原理 5堆载法处理应用土的类型与真空预压法相同，主要用于饱和粘性土地基的处理。 堆载法是通过在地基表面采用人工措施施加一定的荷载，使得地基在荷载的作用下达到一定的沉降量值，完成对地基的处理的方法，一般在经过一年左右时间里能够达到 90%的沉降，预压完成后地基可能会发生一定量的回弹，不会造成较大影响。在交付使用时再次受到运营期荷载的作用会发生一定的沉降，基本能够满足设计要求。 堆载法加固地基的效果主要取决于堆载荷载的大小以及超静
9、孔压能够消散的程度，为了达到要求的加固效果，可以采用超载的方式，但施加的荷载不能超过地基的强度而对土体造成一定的破坏，同时加载速度不能过快，时间不能过长。其加载机理是土体在荷载作用下产生的附加应力由孔隙水压力承担，经过长时间加载后，孔隙水压力消散，土的有效应力逐渐增大，使得土体的孔隙体积减小，土的密实度等得到增强，提高了土的强度，承载力也相应得到提高，达到降低运行期地基沉降的目的。 （2）施工步骤及要求 堆载法加压前同真空预压法相似，要建立排水通道，即在地基表面先铺设砂垫层，在间隔一定的局部设置排水井，然后再施加荷载，通过增加总应力而促使地基中的水排出并通过排水井排出，达到固结的效果。堆载法的
10、施工要求主要有： 1）水平排水垫层的施工。垫层的好坏对于是否能够有效排水至关重6要，必须采用渗透性好的材料，同时也能够起到一定的反滤作用，一般选用级配良好、粒砂含量不超过 3%的中粗砂作为垫层的材料，粉、细沙等虽然渗透性较好，但一般不采用，主要避免垫层施工对于软土地基表层的扰动过大，从而使得细砂与淤泥间发生混合，影响到垫层的排水效果，在铺设垫层前，应注意清除表面的淤泥杂物，以免影响排水的效果。2）竖向排水体施工。竖向排水体一般采用砂井或塑料排水带等，施工中尽量避免对土体的扰动，排水井的设置应合理，不同类型的排水井要求不同，施工中应注意。 堆载预压法在应用的过程中施工周期较长，堆载料的选取困难，
11、这也直接影响到工程投资成本。 3.3 真空联合堆载预压法 （1）真空联合堆载预压法的机理 真空联合堆载预压法主要应用于饱和粘性土地基的处理。 真空联合堆载预压法是同时利用预压真空法与堆载法两种方法对地基进行处理，能够更加有效的促使土体中的孔隙水排出，加快土的固结。一般在预压施工过程中，地基的沉降基本完成，同时使得抽真空引起的负超静孔隙水压力和由堆载引起的超静孔隙水压力可以产生部分抵消应力，使土体在快速堆载时不致产生过高的超静水压力，保证了施工过程中土体的稳定性，达到提高地基的承载力的目的。真空联合堆载预压法能够使得压力传递深度较大，提高了地基的整体稳定性，相比于真空预压法，联合堆载预压法能够提
12、供更大的加压荷载，同时又比堆载法需要7分级施压的方式简便，是具有广泛应用前景的方法。 （2）施工步骤及要求 真空联合堆载预压法施工前应先进行测量放线，核对各测点的精度是否满足施工要求；平整场地并铺设砂垫层，设置排水通道，建立抽真空系统并进行真空抽气，最后进行堆载预压，在施工过程中应注意以下几个方面： 1）竖向排水施工时不要穿透淤泥层，一旦与地下水发生联通，将会降低真空负压对淤泥层加固的效应，影响了真空预压法的有效性； 2）真空预压法施工前，因查明是否有透水层，已经发现应采取必要的密封隔断措施进行处理； 3）真空抽气膜下真空度达到设计标准后，密封膜的封闭与否对于能够有效排水较为重要，堆载前应对密
13、封膜进行仔细的检查，一旦发现漏气点应及时进行修补，只有当真空预压膜下真空度达到稳定并满足设计要求时，才能进行堆载施工，否则在堆载后发现真空加固出现密封问题，则很难进行处理。 4）堆载时第一层厚度应控制在 30cm 左右，采用人工进行摊铺，后由机械由轻到重多遍碾压，加载过程中应严格控制速率，保证沉降值在设计要求范围内。 真空联合堆载预压法在各方面取得了较大的进步，但仍存在着加固地基有效深度难以明确、对周边环境有一定影响的问题，同时由于结合了真空预压法及堆载法也使得其应用时对经济费用要求较高，普及有一定的难度。 83.3 深层搅拌法 （1）深层搅拌法的机理 深层搅拌法一般用于正常固结的淤泥、淤泥质
14、粘土以及粘性土地基，地基的天然含水量应小于 30%、大于 70%或地下水的 pH 值小于 4。 深层搅拌法主要是通过将一定量的固化剂主要是指水泥浆和石灰、外加剂等通过深层搅拌机的作用灌入到软土地基中并充分搅拌，通过固化剂与土体间发生的一系列化学物理发硬，达到改变土的性质，是之整体稳定性及强度得到提高，达到加固地基的目的。 （2）施工步骤及要求 深层搅拌法的施工过程包括：桩击就位钻进喷浆到底提升搅拌重复喷射搅拌重复提升复搅成桩完毕。 施工过程中应注意以下问题： 1）重要工程中应提前进行相关的试验，从而修正相关的设计和施工参数； 2）在搅拌过程中随时注意土层的变化情况，做好相应的变化措施； 3）在
15、施工过程中应根据泵送量的变化来对浆液的水灰比进行调整； 4）搅拌桩垂直度偏差不得超过 1.5%，桩位偏差不得大于 50mrn，桩径误差不得大于 4%； 深层搅拌法主要应用于浅层，一般加固深度在 10m 左右，当对加固深度要求较高时难以应用。 3.4 强夯法 （1）强夯法的加固机理 9强夯法主要用于厚度较浅的粘性土地基。 强夯法的原理主要是通过将机械能转化为势能，在将势能转化为动能的方式，对地基土形成强大的冲击压力，从而起到对土体加固的效果，其加固机理可以从对土体的加密作用、液化作用、固结作用以及时效作用进行分析。 1)加密作用。强大夯击力能够使的土中占 4%左右的气体、孔隙水排出，从而对土体进
16、行加密；2）液化作用。在巨大冲击力的作用下，使得土体中的孔隙水压力急速升高，当达到与覆盖压力相同的时候，土体就会发生液化作用，使得土体的强度丧失，土粒能够自由的进行排列；3）固结作用。强夯作用下使得土中超孔隙水压力大于土粒间的侧向压力时，土体间便会出现孔隙，在水的作用下形成渗流通道，使得孔隙水排出，加速了土的固结；4）时效作用。随着时间的增长，土中的孔隙水压力逐渐消散，土粒又重新组合使得自由水被土粒吸附而成为吸附水，强度恢复，因此，在强夯后地基质量的检测中应在强夯后一个月进行，否则得出的数据可能不准确，与实际相比偏低。 （2）施工步骤及要求 采取强夯法前应通过室内试验确定土的性质指标，从而较为
17、准确的确定出强夯的施工参数，夯点布设一般采用间隔设置的方式，在夯击一遍后填平继续夯击。夯击法的施工步骤相对简单，但应注意进行现场测试。 施工过程中应注意以下问题： 1）强夯施工的夯锤系自动脱钩，施工时应统一指挥，防止出现混乱；102）负责吊车的司乘人员必须严格按照规范的要求进行操作，尤其当夯击锤上升到要自动脱钩的高度而要发生脱钩时，吊车必须及时停止卷扬，防止发生意外。 3）拉锤人员应与锤保持一定的距离，因此麻绳的长度不应低于15m，从而使得拉锤人员离锤中心不小于 6m； 4）夯击时应注意周围场地条件，尤其在存在高压电线时更应该注意吊车及缆绳可能对线路的影响，在设计加固范围时，应与相应的建筑物等
18、保持一定的安全距离。 5）在进行夯击前，必须对夯击点位置进行清理，防止夯击过程中石子或尘土飞扬，对周围人员或吊车挡风玻璃造成破坏； 6）可用推土机牵引夯锤进行近距离的移动。 地基处理还包括换土垫层法、排水固结法、灌浆法、加筋法以及基础托换法等，应根据不同的情况进行适当的选取最适合的方式进行地基加固。 强夯法主要采用动能转化为机械能的形式对地基进行加固，因此其加固范围较小，且受到夯击力的影响，加固深度不深，但其经济性较好，在工程中应用广泛。 4 结语 港区软土地基的加固效果将直接影响到港口码头的稳定性，在选择处理方案时应综合对比各种措施的使用条件，选取最为合适的加固措施，已达到最优的效果。单一的处理方式可能具有一定的局限性，在选择时
