吹填土地基處理方法的討論

1、吹填土地基處理方法的討論摘要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和城市化步伐加快，土地資源短缺成為東部沿海城市發(fā)展的重要影響因素。填海造陸是東部沿海許多城市解決土地資源短缺的重要途徑。吹填造陸工程的關(guān)鍵問(wèn)題是如何高效經(jīng)濟(jì)的處理吹填造陸形成的吹填土軟弱地基,由于吹填土是一種成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)特殊的軟土，因此吹填土處理方法的選擇既要考慮到吹填士本身的特點(diǎn)，又要考慮到工程要求,且經(jīng)濟(jì)上合理。文章主要對(duì)目前吹填土的常用處理方法進(jìn)行分析，討論吹填土處理方法中有關(guān)問(wèn)題。關(guān)鍵詞吹填土地基處理方法中圖分類(lèi)號(hào)：TU472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：1009-5098(2009)06-0015-030引言隨著我國(guó)沿海城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的

2、飛速發(fā)展和對(duì)外開(kāi)放步伐的加快，沿海城市的土地需求量日益增加,呈現(xiàn)出寸土寸金的趨勢(shì)，為適應(yīng)現(xiàn)在的發(fā)展要求，填海造陸成為各沿海城市發(fā)展，改變土地緊缺現(xiàn)狀的必由之路。所謂吹填土，是在整治和疏通江河航道時(shí)，用挖泥船和泥漿泵把江河和港口底部淤積的泥砂通過(guò)水力吹填而形成的沉積土。填海造陸工程一般采用干填法和吹填法兩種方式，干填法采用挖方的形式，已形成一套較完善的處理方法；而吹填材料最理想的就是中粗砂，已有相應(yīng)的處理方案，取得了一定的成績(jī)1。然而在很多地方，由于砂源緊缺和建設(shè)深港口的需要，不得不采用近海新近沉積的海底軟土（粘性土）作為吹填料，由于吹填土是由水力吹填形成的，因此其成分和分布規(guī)律與所吹填的泥砂來(lái)

3、源及吹填時(shí)的水力條件有著密切的關(guān)系?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了很多適用于吹填土的處理方法，這些方法主要從物理和化學(xué)兩個(gè)方面來(lái)改善吹填土的工程性質(zhì)。吹填土的性質(zhì)具有三高一低的特點(diǎn),即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、滲透系數(shù)小，一般呈軟塑到流塑狀態(tài)。為了改善吹填土的工程性質(zhì)，提高吹填土的承載力，有效降低吹填土的含水量是關(guān)鍵，吹填土的物質(zhì)成分通常較為復(fù)雜，在大多數(shù)情況下，吹填的物質(zhì)是粘土和粉土。以粘性土為主的吹填土，土中含有大量的水分，且排水困難,強(qiáng)度要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才能提高。吹填土的工程性質(zhì)與顆粒組成密切相關(guān)：含砂量較多的吹填土，其固結(jié)情況和力學(xué)性質(zhì)較好；含粘土顆粒較多的吹填土,則多屬于強(qiáng)度較

4、低和壓縮性較高的欠壓密土，其強(qiáng)度和壓縮性指標(biāo)都比同類(lèi)天然沉積土差2o1吹填土的處理方法吹填土是否需要處理和采用何種處理方法，取決于吹填土的工程性質(zhì)中顆粒組成、土層厚度、均勻性和排水固結(jié)條件3o現(xiàn)有的吹填土處理方法大概分為兩類(lèi)，一類(lèi)是物理的方法，通過(guò)對(duì)土體進(jìn)行沖擊或者使土體內(nèi)出現(xiàn)壓差，以此排出孔隙水，比較典型的是強(qiáng)夯法、堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法以及基于真空預(yù)壓法出現(xiàn)的真空動(dòng)力固結(jié)法、高真空擊密法、全封閉立體式真空降水法，還有打入預(yù)制樁法、換土墊層法、加筋法等；另一類(lèi)是化學(xué)的方法，該方法就是在吹填土中添加外加劑，外加劑與土體中的物質(zhì)成分發(fā)生反應(yīng)，使土體固結(jié)。比較典型的方法是深層攪拌法、粉噴樁法等。吹

5、填土是軟土的一種徒多軟土的處理方法都適用于吹填土。以下介紹幾種典型處理方法的固結(jié)機(jī)理。1.1物理的方法(1)強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法是用很大的沖擊能使土中出現(xiàn)沖擊波(壓縮波、剪切波和瑞雷波)和很大的應(yīng)力，迫使土體運(yùn)動(dòng)、孔隙壓縮、局部液化，在夯點(diǎn)周?chē)a(chǎn)生裂隙,土體內(nèi)部形成樹(shù)枝狀排水道路，使孔隙水順利逸出,15探討與分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVol.12No.6從而促使土體迅速固結(jié)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。強(qiáng)夯法對(duì)于吹填砂和山體回填土的承載力處理較有效,對(duì)埋深較深、土體較厚的淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土以及淤泥處理效果不太理想.但對(duì)于埋深淺土體較薄的軟土效果比較明顯4o(2)動(dòng)力排水固結(jié)法動(dòng)力排

6、水固結(jié)法5是基于強(qiáng)夯法而發(fā)展起來(lái)的一種方法，是在軟土地基上設(shè)水平排水系統(tǒng)砂墊層和抽排水系統(tǒng)，再在砂墊層自上往下插設(shè)塑料排水板至軟土層以下作為豎向排水系統(tǒng)；然后以強(qiáng)夯動(dòng)力作為附加應(yīng)力，多次作用于軟土中，使軟土產(chǎn)生很高的孔隙水壓力，動(dòng)載壓縮波傳到地表臨空面反射成拉伸波再傳回來(lái)，愈是軟的土，抗拉強(qiáng)度愈低,則愈容易產(chǎn)生水平向拉伸微裂紋。在很高孔隙壓力作用下，軟土中的拉伸微裂紋貫通成水平向排水通道，使土中高壓孔隙水較快排到水板中，經(jīng)排水板再排走。軟土含水量降低，強(qiáng)度顯著上升,壓縮性大幅度降低，達(dá)到了加固的目的。（3）真空預(yù)壓法真空預(yù)壓法是在需要加固的軟基中插入豎向排水通道（如砂井、袋裝砂井或塑料排水板等

7、），然后在地面鋪設(shè)一層砂墊層，再在其上覆蓋一層不透氣的薄膜.在膜下抽真空形成負(fù)壓，負(fù)壓沿豎向排水通道向下傳遞，土體與豎向排水通道的不等壓狀態(tài)又使負(fù)壓向土體中傳遞，在負(fù)壓作用下，孔隙水逐漸滲流到豎向排水通道中，達(dá)到土體排水固結(jié)的效果.真空預(yù)壓時(shí)，由于抽真空引起邊界（沙墊層、沙井或排水板）中孔隙水壓力迅速降低變?yōu)樨?fù)值。土體中的孔隙水壓力降低緩慢，從而形成壓力梯度，促使土中孔隙水排出。所以，真空預(yù)壓的作用是在總應(yīng)力基本不變的情況下，孔隙水壓力的降低值即為有效應(yīng)力的增加值。真空預(yù)壓對(duì)欠固結(jié)、滲透系數(shù)較大的土處理效果較好，特別對(duì)新近吹填土具有更好的效果6。若在抽真空的同時(shí)進(jìn)行堆載，此時(shí)外荷載增加引起邊界

8、與土體中孔隙水壓力升高，由于邊界（沙墊層、沙井或排水板）滲透性大，在真空壓力的作用下，孔隙水壓力很快消散又回到原來(lái)的負(fù)值。土體中孔隙水壓力消散緩慢，即土體中外荷的正壓作用使孔隙水壓力增大，這樣又加大了抽真空過(guò)程中形成的壓力梯度，促使孔隙水更多的排出，土體進(jìn)一步固結(jié)壓密。因此土體在真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓聯(lián)合作用下，可以引起有效應(yīng)力增量的疊加效果。土體固結(jié)完成后，加固效果更好7。(4)高真空擊密法基于真空預(yù)壓法出現(xiàn)了很多處理吹填土的方法，例如將高真空排水與強(qiáng)夯擊密兩道工序相結(jié)合的高真空擊密法8，真空降水結(jié)合低能量強(qiáng)夯加固法9、明溝開(kāi)挖、強(qiáng)排降水10施工方法等。高真空擊密法是對(duì)軟土地基進(jìn)行交替、多遍處理

9、的一種方法。在兩道工序交替、多遍處理過(guò)程中，高真空排水強(qiáng)制主動(dòng)地排出孔隙水，為強(qiáng)夯擊密創(chuàng)造條件；強(qiáng)夯擊密激發(fā)出超孔隙水壓力與高真空排水的高真空形成較高的壓力差，從而促進(jìn)了高真空排水效果。高真空擊密法適合粘粒土含量低于50%、塑性指數(shù)小于10的粉質(zhì)粘土、砂性土，對(duì)于粘粒土含量大于50%的粘性土和淤泥質(zhì)土工效較低。李麗慧11等認(rèn)為真空預(yù)壓法在應(yīng)用上與工程要求還有一定的差距,例如:在吹填土中打設(shè)塑料排水板還需相當(dāng)長(zhǎng)沉淀時(shí)間，這無(wú)疑要延長(zhǎng)工期；若地基內(nèi)夾有排水砂層，真空降水的密封性不夠，將會(huì)大大降低加固效果。因此提出了全封閉立體式真空降水法，即分層吹填、分層加固，將吹填土與外界水源隔開(kāi)，根據(jù)其厚度，分

10、層布置真空管，對(duì)吹填土進(jìn)行真空降水處理，以達(dá)到加固目的。1.2化學(xué)的方法軟土礦物由于同相置換、品格缺陷及破鍵、選擇性吸附、離解吸附常常帶有不平衡的負(fù)電荷，劉娉慧12等對(duì)連云港地區(qū)吹填土中易溶鹽成分及其pH值進(jìn)行了測(cè)定，得出吹填土中陽(yáng)離子以Na+為最多,陰離子以Cl-最多，這主要是由于吹填土是從海底被吹填機(jī)械吹至陸面，其化學(xué)成分受海水化學(xué)成分影響所致。根據(jù)吹填土的這一性質(zhì)，在吹填土中摻加不同的外加劑，使外加劑與吹填土中的離子發(fā)生反應(yīng),達(dá)到土體固結(jié)的目的；摻加的外加劑一般是水泥和石灰。當(dāng)用水泥與吹填泥漿混合后，水泥礦物很快與土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，形成了不同的水泥礦物：硅酸三鈣，硅酸二鈣，鋁酸

11、三鈣，鐵鋁酸四鈣，硫酸鈣等。水泥的各種水化物生成后，有的隨著時(shí)間自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨格，有的則與其周?chē)钚缘恼惩令w粒發(fā)生反應(yīng)。主要有：離子交換、硬凝反應(yīng)、碳酸化作用。石灰處理土的固化機(jī)理吸水，膨脹作用、土和石灰的離子交換反應(yīng)、凝硬反應(yīng)。由于在外摻劑的作用下，大量物理化學(xué)反應(yīng)的生成物或者附著在土顆粒表面，起到一種桃”的作用，將士顆粒連結(jié)起來(lái)，或者將小的團(tuán)粒膠結(jié)起來(lái)形成較大的團(tuán)聚體，并在其表面形成薄膜，從而提高了土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。水泥和生石灰處理后的土樣掃描電子顯微鏡照片，可以直觀(guān)地看到，加固處理后的吹填16土主要呈現(xiàn)為絮凝狀結(jié)構(gòu)和團(tuán)聚狀結(jié)構(gòu)，有大量反應(yīng)生成物分布在團(tuán)聚體及顆粒之間或覆蓋在單元

12、體表面將單元體包裹起來(lái)。深層攪拌法是利用吹填土的這一性質(zhì)而發(fā)展起來(lái)的一種方法。它是用深層攪拌機(jī)械在須加固的軟土地基上邊鉆進(jìn)邊噴射漿液和外加劑或霧狀粉體，并且利用攪拌軸的旋轉(zhuǎn)使噴入土體中的漿液或粉體與軟土充分拌和。使固化劑和土體之間發(fā)生一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，改變?cè)瓲钔恋慕Y(jié)構(gòu)，使之硬結(jié)成具有整體性和水穩(wěn)性及一定強(qiáng)度的水泥土；并與周?chē)脑瓲钔凉餐饔眯纬蓮?fù)合地基，從而使土體的強(qiáng)度增加，達(dá)到加固目的13由于吹填土地基表層土質(zhì)太差，流塑狀淤泥土層常達(dá)1525m,基巖埋藏較深，使用二灰樁法和深層攪拌樁法往往不太理想。馮玉國(guó)14等用新型固化劑（哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的復(fù)合固化劑固化吹填土的專(zhuān)利產(chǎn)品）對(duì)東營(yíng)港經(jīng)

13、濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)吹填土進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)固化試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明，吹填土摻入2%固化劑和6%水泥,可顯著提高其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，固化厚度3035cm時(shí)地基承載力達(dá)到120kPa且沉降符合規(guī)范要求。王春波15等通過(guò)對(duì)單一水泥、聚丙烯酰胺和水泥、Na2CO3和水泥3種固化方案的比較分析，認(rèn)為吹填土中添加適量Na2CO3與水泥或聚丙烯酰胺與水泥比單純加水泥的方案要優(yōu)。以上的幾個(gè)例子說(shuō)明使用添加劑對(duì)于提高吹填土的工程性質(zhì)有比較廣闊的發(fā)展前景。1.3電加熱的方法根據(jù)吹填土的性質(zhì)和現(xiàn)有處理方法的局限性,筆者認(rèn)為可以采取電加熱的方法處理吹填土,它的基本原理是把電加熱裝置放入吹填土中，通電后電加熱裝置產(chǎn)生熱量傳給其周?chē)耐馏w，使

14、周?chē)馏w內(nèi)的水分以蒸汽的形式排出，等水分不再明顯排出時(shí)停止加熱，取出加熱裝置，再對(duì)加熱過(guò)的土體進(jìn)行強(qiáng)夯，以此來(lái)達(dá)到加固吹填土的目的。這種方法處理效果的好壞取決于電加熱裝置性能的優(yōu)劣和加熱過(guò)程中土體傳熱系數(shù)的變化。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要表面具有一定的強(qiáng)度就可以進(jìn)行處理。2結(jié)論與討論隨著沿海城市的發(fā)展，吹填造陸成為解決城市土地資源短缺的重要途徑，而吹填土地基由于其高孔隙率、高含水率、低滲透性、低強(qiáng)度等特殊工程性質(zhì)，特別是土顆粒與水之間復(fù)雜的物理化學(xué)作用，使得吹填土地基的處理成為巖土工程研究領(lǐng)域中的重要問(wèn)題之一。目前吹填土地基處理主要是利用物理和力學(xué)的方法，如強(qiáng)夯法、真空預(yù)壓法等，通過(guò)物理過(guò)程使吹填土排水固結(jié)，從而降低土體的含水量，提高土體強(qiáng)度，滿(mǎn)足工程場(chǎng)地的要求。但這些方法都有其局限性，如果結(jié)合化學(xué)方法，如摻加外加劑加速排水過(guò)程等，熱力學(xué)方法如電加熱快