探讨淤泥质软土地基在港口工程中的处理方法

任青春

摘要：良好的经济发展形式和迅猛的水运增长趋势已经让我国老港区的港区建设工程已经接近老港区容纳量的极限。但是为了推动我国水运事业的发展获得进一步的发展，同时为了适应目前船舶大型化的趋势，新型的港口建设工程都在向大河（大江）入海口尤其是外海深水区推进，其施工建设环境由于地基软弱、水深、浪大等因素增加了施工难度。特别是淤泥质软土地基更是港口施工当中经常面对并且不得不解决的问题。淤泥质软土地基的承载性能非常低、透水能力非常差、压缩性较大，根本无法满足港口建设工程的基本设计要求，必须要进行相应的处理。在本文中，笔者结合淤泥质软土地基处理的原理和作用，借鉴众多港口建设工程的施工经验，分析和探讨了港口工程中关于淤泥质软土地基的几种具有较高经济效益、操作简单的处理方法。

关键词：港口工程；淤泥质软土地基；处理方法

0. 引言

在我国大江大河的中下游（尤其是入海口）以及沿海地区的底部，埋藏着相当大厚度的松软覆盖层，形成了淤泥质软土地基。导致该区域底部形成淤泥质软土地基的主要因素包括江河三角洲地区的冲积沉积、黄泛的冲积沉积以及滨海相沉积等等，在以上因素的作用下会形成具有厚度差异的淤泥质软土地基。淤泥质软土具有非常独特的物理特征，分别是：首先，淤泥质软土含有数量非常大的有机物腐殖质，并且土颗粒非常细小；其次，淤泥质软土的颜色通常呈现出暗绿色或者深灰色，并且具有较大的臭味；再次，淤泥质软土具有很高的天然含水率，通常情况下，其天然含水率维持在40%至70%之间，甚至某些淤泥质软土的天然含水率高于70%，同时，其孔隙比一般均大于1；最后，淤泥质软土天然容重维持在15至18之间。

淤泥质软土地基的承载性能非常低、透水能力非常差、压缩性较大，根本无法满足港口建设工程的基本设计要求，增加了施工难度，必须要进行相应的处理。笔者在本文中分析和探讨了港口工程中关于淤泥质软土地基的几种具有较高经济效益、操作简单的处理方法。

1. 强夯法在港口淤泥质软土地基处理的应用

1.1 强夯法概述

强夯法主要是利用配用龙门架和三脚架的起重机或者单纯利用起重机将重量巨大的夯锤（其重量通常需要根据工程要求确定）吊起到一定的高度后使其自由落下，利用夯锤在快速下落时携带的巨大能量对港口工程的淤泥质软土地基进行强力地夯击，经过多次的夯击之后，地基的密实程度得到显著提升。目前常见的夯锤重量通常在100至400之前，夯锤提升高度在10米至30米之间。强夯法之所以能够提升淤泥质软土地基的承载性能、透水能力以及压缩程度，主要就是借助于夯锤夯击地面时造成的冲击应用和冲击波。巨大的冲击应用和冲击波会强力压缩土体的空隙，导致土体出现局部液化的现象；同时，夯锤夯击的地面周围在巨大的冲击力作用下会产生裂隙，该裂隙对于排水、气体逸出而言非常有利。一旦水分和气体从原有的土体当中排出，则该土体的土粒便会进行重新的排列，最后固结成为一个整体，最终显著提升了工程基础的承载力水平，同时也降低了它的压缩性。强夯法的另一个优点就是施工成本相对低廉，但是在处理深层地基方面具有显著的效果，因此，在各个建设工程领域当中获得了应用。

强夯法利用夯锤在极短的时间内向地面施加了巨大的冲击力，在该冲击力的作用下，土体也会发生局部液化、结构破坏、排水排气、固结密实等一系列变化，最终实现淤泥质软土地基的承载性能、透水能力以及压缩程度的提升和增强。众多的工程实践显示，强夯法在处理软弱基础方面具有非常显著的效果，并且具有非常广泛的施工使用范围，同时其施工方便、设备简单、材料和费用耗费均较低，因此，如果工程允许，建议使用强夯法处理基础。

1.2 强夯法的施工方案分析

如果地基的成分主要是素填土、杂填土、碎石土、砂土、湿陷性黄土、低饱和粘性土以及低饱和度粉土等，则可以直接利用强夯法对该地基进行处理；如果地基的成分主要是高饱和粘性土以及高饱和度粉土时，需要在强夯坑内回填大量的碎石、块石以及其它的出颗粒材料，利用强夯法进行处理时，首先需要在现场进行试验来确定它的使用性能，待试验结果符合标准之后再进行强夯置换处理。

设计强夯法的施工方案时需要综合考虑夯击点位置布置、单位夯击力大小、夯击次数、夯击遍数、加固深度、夯击间隔时间以及夯击处理范围等多种因素。具体来说：

第一，夯击点位置布置因素[1]。强夯法夯击点布置是否合理与夯实效果和施工费用有直接关系。夯击点位置可根据建筑结构类型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。

第二，单位夯击力大小因素[2]。强夯法单位夯击能是指施工场地单位面积上所施加的夯击能。应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在相同条件下细颗粒土的单位夯击能要比粗颗粒土适当大些。一般对于细顺粒土可取1500至4000；对于粗顺粒土可取1000至3000。

第三，夯击次数因素[3]。强夯法的夯击次数应以“夯坑压缩量最大、夯坑周围隆起量最小”为确定原则。除了按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定外，还应满足下列条件：首先，最后两击的平均夯沉童不大于50毫米，当单击夯击能量较大时小于100毫米；其次，夯坑周围地面不应发生过大的隆起；最后，不因夯坑过深而发生起锤困难。

第四，夯击遍数因素[4]。强夯法夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般情况下，可采2通至3通，最后再以低能量满夯一遍。由粗顺粒土组成的渗透性强的地基，夯击遍数可要求少些；反之，由细颗粒土组成的渗透性弱的地基，夯击遍数可要求多些。

第五，加固深度因素[5]。强夯法的有效加固深度既是反映地基处理效果的重要参数，又是选择地基方案的重要依据。一般根据现象试夯或当地经验确定。

第六，夯击间隔时间因素[6]。强夯间隔时间是指两遍夯击之间应有一定的间隔时间，有利于土中超静孔隙水压力的消失。间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消失时间。

第七，夯击处理范围因素[7]。强夯法的处理范围是指由于基础的应力扩散作用强夯的处理范围应大于建筑物基础范围。每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的二分之一至三分之二，并不宜小于3米。

2. 桩基法在港口淤泥质软土地基处理的应用

2.1 桩基法概述

桩基法也是处理港口淤泥质软土地基时比较常用的方法之一。通常情况是，需要根据淤泥质软土层厚度的不同选择不同的桩基方法。具体而言：

第一，如果淤泥质软土层的厚度小于5米，则通常会选择打石灰桩或者砂桩的方式，利用排水和吸收实现淤泥质软土的密实，将它的孔隙比控制在低于1的范围之内，最终实现港口建设工程的基础承载力要求。

第二，如果淤泥质软土层的厚度基本保持在5米至7米之间，则通常会选择打预制桩到硬土层的方式，并把它当做承载桩台。

第三，如果淤泥质软土层的厚度基本保持在7米至10米之间，则通常会选择打灌注桩到硬土层的方式，并把它当做承载桩台。

第四，如果淤泥质软土层的厚度深于10米，则通常会选择打悬浮桩到硬土层的方式，实现它和淤泥质软土层的挤密，依靠摩擦力进行承载，并把它当做承载桩台。

2.2 石灰搅拌桩在港口淤泥质软土地基处理的应用

采用石灰搅拌桩进行港口建设项目的施工能够获取不错的基础处理效果。石灰搅拌桩，全称为生石灰喷粉深层搅拌桩，利用该方法处理港口淤泥质软土地基能够取得显著的基础加固效果；同时，该方法的技术难度不高，施工方便，成本经济合理。港口淤泥质软土地基经过石灰搅拌桩处理之后，软土层的沉降能够得到有效遏制，工程整体的下沉显著降低，基础软土层的承载水平得到了有效提升。