探讨淤泥质软土地基在港口工程中的处理方法
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。
毕业论文网 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]。
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]。
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。
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。
利用生石灰处理港口淤泥质软土地基，生石灰经过搅拌之后会和没有得到加固的基础形成复合基础。
石灰搅拌桩的桩体强度以及桩体周围土的粘聚力增强后的强度共同构成了复合基础的强度。
需要指出的是，进行生石灰搅拌桩施工时，桩体周围的土层会因为高速搅拌而出现高温现象以及凝聚反应。
在高温和凝聚反应的共同作用下，桩体周围的土层会形成一层厚度能够达到数厘米的并且硬度颇高的硬壳。
该层硬壳的存在会直接影响石灰搅拌桩的排水与吸水，特别是石灰搅拌桩的施工后期，这种影响更加显著。
但是，在石灰搅拌桩的施工工期内，该层硬壳没有完全形成，其排水作用能够得到一定程度的保障。
软粘土的含水量与石灰搅拌桩的强度存在着非常密切的关系，它直接决定了桩体强度能否形成以及强度形成之后的大小。
生石灰在向熟石灰转变的过程中，需要大量消耗软粘土当中所含有的水分，该过程一直持续到生石灰水化完成。
所以，为了确保石灰搅拌桩能够拥有充分的强度，需要为之提供充足的水分，一旦石灰水化所需要的水分无法持续供应，则石灰搅拌桩的强度便不能够形成；但是，这种水分供应又不可以太多，否则无法让石灰搅拌桩形成最大强度。
适当的水分可以让饱和的软粘土在脱水的作用下转变成为三相状态，软粘土空气中所含的CO2（二氧化碳）能够充分供给生石灰的碳酸化反应。
最终，生石灰和土经过一系列反应滞后形成具有较高强度的胶结物质。
石灰搅拌桩所形成的强度是依靠生石灰和土之间的诸多物理反应和化学反应产生的。
因此，土质的不同便会直接影响石灰搅拌桩的强度形成和强度大小，进而获得不同的基础加固效果。
想要获得最大的基础加固效果，需要确定最为合适的加固土的粒径范围。
通常情况下，粘土的颗粒粒径小于其他土质的颗粒，具有较强的分散性和较弱的稳定性。
颗粒粒径小、分散性强以及稳定性弱这三种特点使得粘土非常容易和生石灰发生一系列的反应。
除此之外，粘土的渗透系数也比较小，石灰搅拌桩也比较容易吸收粘土当中所含有的水分。
石灰搅拌桩施工中生石灰使用剂量的不同，所产生的强度存在差异。
根据笔者的在室内所作的实验：第一，如果生石灰的使用剂量保持在6.0%至18.0%的范围之内，则石灰搅拌桩的仍然会保持原有土层的特征；第二，土性存在差异的石灰粉掺入剂量，其拥有的最优渗人量区间也存在着差异。
总体来看，利用石灰搅拌桩处理软土基础时，如果生石灰的使用剂量超出某个特定的范围，则石灰搅拌桩的膨胀力会大于约束力，导致石灰搅拌桩持续增大。
3. 土工织物法在港口淤泥质软土地基处理的应用 土工织物是岩土工程领域中一种新型建筑材料，是由聚合物形成的纤维制品的总称。
第一，隔离作用。
利用土工织物的高抗拉性，抗撕裂性、良好的韧性、整体性和耐酸碱、耐生物侵蚀性能，将渗透性较土工织物大的两种材料相互隔开，以发挥其各自的作用。
该方法可有效地加快工期，降低成本，减少路堤间不均匀沉降，又利于排水和加速土体固结[9]。
第二，排水作用。
利用某些内部具有排水通道间土工纤维具有良好的三维透水性，使水能沿土工织物内部的排水通道迅速排出，还可使水经过土工织物的平面迅速沿水平方向排走。
土工聚合物用于建造无集水管间排水盲沟、铺设时先在开挖好的槽内铺设土工织物，然后回填碎石，与碎石组成排水系统[10]。
4. 换土法在港口淤泥质软土地基处理的应用 当淤土层厚度在4米以内时，也可采用挖除淤土层，换坟砂城土、灰土、粗砂、水泥土、采用沉井基础等办法进行地基处理。
鉴于换砂不利于防渗，且工程造价较高，故一般小型水工建筑物应就地取材，以换填泥土为宜。
可以就地利用吹填上的粉砂土，同水泥按9比1配比拌成水泥土，换填了3米厚的淤泥土层，效果很好，工程安全运行。
而对大中型水工建筑物，或货场中局部基础较差区域可采用沉并基础。
采取沉井深基础处理和“排水下沉法”方案，既保护了货场下原状土不受扰动，又较“不排水下沉法”节省了大童投资[11]。
5. 结束语 总而言之，港口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。
利用强夯法、石灰搅拌桩法、土工织物法能够比较有效、比较经济、比较方便地实现淤泥质软土地基的承载性能、透水能力以及压缩性的提升。
笔者在本文中分析和探讨的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希望能够为有关人士提供有益的借鉴和参考。
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