吹填地基的几种施工处理方法

吹填地基的几种施工处理方法

李斌钱志伟

南通苏中建设有限公司江苏南通226600

摘要：随着我国沿海城市经济建设的飞速发展和对外开放步伐的加快，沿海城市的土地需求量日益增加，呈现出寸土寸金的趋势，为适应现在的发展要求，填海造陆成为各沿海城市发展，改变土地紧缺现状的必由之路。

关键词：吹填土；地基处理；方法

引言：所谓吹填土，是在整治和疏通江河航道时，用挖泥船和泥浆泵把江河和港口底部淤积的泥砂通过水力吹填而形成的沉积土。填海造陆工程一般采用干填法和吹填法两种方式，干填法采用挖方的形式，已形成一套较完善的处理方法；而吹填材料最理想的就是中粗砂，已有相应的处理方案，取得了一定的成绩。然而在很多地方，由于砂源紧缺和建设深港口的需要，不得不采用近海新近沉积的海底软土(粘性土)作为吹填料，由于吹填土是由水力吹填形成的，因此其成分和分布规律与所吹填的泥砂来源及吹填时的水力条件有着密切的关系。

文章根据实际易用性与经济性，归纳几种吹填地基的处理方法。

一、强夯法

强夯法是用很大的冲击能使土中出现冲击波(压缩波、剪切波和瑞雷波)和很大的应力，迫使土体运动、孔隙压缩、局部液化，在夯点周围产生裂隙，土体内部形成树枝状排水道路，使孔隙水顺利逸出，从而促使土体迅速固结达到设计要求。

强夯法对于吹填砂和山体回填土的承载力处理较有效，对埋深较深、土体较厚的淤泥质粘土、粉质粘土以及淤泥处理效果不太理想。但对于埋深浅土体较薄的软土效果比较明显。

二、动力排水固结法

动力排水固结法是基于强夯法而发展起来的一种方法，是在软土地基上设水平排水系统砂垫层和抽排水系统，再在砂垫层自上往下插设塑料排水板至软土层以下作为竖向排水系统；然后以强夯动力作为附加应力，多次作用于软土中，使软土产生很高的孔隙水压力，动载压缩波传到地表临空面反射成拉伸波再传回来，愈是软的土，抗拉强度愈低，则愈容易产生水平向拉伸微裂纹。

在很高孔隙压力作用下，软土中的拉伸微裂纹贯通成水平向排水通道，使土中高压孔隙水较快排到水板中，经排水板再排走。软土含水量降低，强度显著上升，压缩性大幅度降低，达到了加固的目的。

三、真空预压法

真空预压法是在需要加固的软基中插入竖向排水通道(如砂井、袋装砂井或塑料排水板等)，然后在地面铺设一层砂垫层，再在其上覆盖一层不透气的薄膜。在膜下抽真空形成负压，负压沿竖向排水通道向下传递，土体与竖向排水通道的不等压状态又使负压向土体中传递，在负压作用下，孔隙水逐渐渗流到竖向排水通道中，达到土体排水固结的效果。

真空预压时，由于抽真空引起边界(沙垫层、沙井或排水板)中孔隙水压力迅速降低变为负值。土体中的孔隙水压力降低缓慢，从而形成压力梯度，促使土中孔隙水排出。所以，真空预压的作用是在总应力基本不变的情况下，孔隙水压力的降低值即为有效应力的增加值。

真空预压对欠固结、渗透系数较大的土处理效果较好，特别对新近吹填土具有更好的效果。若在抽真空的同时进行堆载，此时外荷载增加引起边界与土体中孔隙水压力升高，由于边界(沙垫层、沙井或排水板)渗透性大，在真空压力的作用下，孔隙水压力很快消散又回到原来的负值。土体中孔隙水压力消散缓慢，即土体中外荷的正压作用使孔隙水压力增大，这样又加大了抽真空过程中形成的压力梯度，促使孔隙水更多的排出，土体进一步固结压密。因此土体在真空预压与堆载预压联合作用下，可以引起有效应力增量的叠加效果。土体固结完成后，加固效果更好。

四、高真空击密法

基于真空预压法出现了很多处理吹填土的方法，例如将高真空排水与强夯击密两道工序相结合的高真空击密法，真空降水结合低能量强夯加固法、明沟开挖、强排降水施工方法等。高真空击密法是对软土地基进行交替、多遍处理的一种方法。在两道工序交替、多遍处理过程中，高真空排水强制主动地排出孔隙水，为强夯击密创造条件；强夯击密激发出超孔隙水压力与高真空排水的高真空形成较高的压力差，从而促进了高真空排水效果。

高真空击密法适合粘粒土含量低于50%、塑性指数小于10的粉质粘土、砂性土，对于粘粒土含量大于50%的粘性土和淤泥质土工效较低。李丽慧等专家认为，真空预压法在应用上与工程要求还有一定的差距，例如：在吹填土中打设塑料排水板还需相当长沉淀时间，这无疑要延长工期；若地基内夹有排水砂层，真空降水的密封性不够，将会大大降低加固效果。因此提出了全封闭立体式真空降水法，即分层吹填、分层加固，将吹填土与外界水源隔开，根据其厚度，分层布置真空管，对吹填土进行真空降水处理，以达到加固目的。

五、化学的方法

软土矿物由于同相置换、晶格缺陷及破键、选择性吸附、离解吸附常常带有不平衡的负电荷；有关部门对各地区吹填土中易溶盐成分及其pH值进行了测定，得出吹填土中阳离子以Na+为最多，阴离子以Cl-最多，这主要是由于吹填土是从海底被吹填机械吹至陆面，其化学成分受海水化学成分影响所致。

根据吹填土的这一性质，在吹填土中掺加不同的外加剂，使外加剂与吹填土中的离子发生反应，达到土体固结的目的；掺加的外加剂一般是水泥和石灰。当用水泥与吹填泥浆混合后，水泥矿物很快与土中的水发生水解和水化反应，形成了不同的水泥矿物：硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙，铁铝酸四钙，硫酸钙等。水泥的各种水化物生成后，有的随着时间自身继续硬化，形成水泥石骨骼，有的则与其周围活性的粘土颗粒发生反应，主要有：离子交换、硬凝反应、碳酸化作用，石灰处理土的固化机理吸水，膨胀作用、土和石灰的离子交换反应、凝硬反应。由于在外掺剂的作用下，大量物理化学反应的生成物或者附着在土颗粒表面，起到一种“桥”的作用，将土颗粒连结起来，或者将小的团粒胶结起来形成较大的团聚体，并在其表面形成薄膜，从而提高了土体的结构强度。

水泥和生石灰处理后的土样扫描电子显微镜照片，可以直观地看到，加固处理后的吹填土主要呈现为絮凝状结构和团聚状结构，有大量反应生成物分布在团聚体及颗粒之间或覆盖在单元体表面将单元体包裹起来。

六、新型电加热的方法

根据吹填土的性质和现有处理方法的局限性，笔者认为可以采取电加热的方法处理吹填土，它的基本原理是把电加热装置放入吹填土中，通电后电加热装置产生热量传给其周围的土体，使周围土体内的水分以蒸汽的形式排出，等水分不再明显排出时停止加热，取出加热装置，再对加热过的土体进行强夯，以此来达到加固吹填土的目的。

这种方法处理效果的好坏取决于电加热装置性能的优劣和加热过程中土体传热系数的变化。该方法的优点是不需要表面具有一定的强度就可以进行处理。

写在最后：进一步加强对吹填土土颗粒与水的复杂的物理化学作用性质研究和固结过程中微观结构的变化规律，通过寻找成本低、效果好且环保的有机凝聚剂，在物理处理过程掺加进去，以提高处理功效；同时与热力学、物理化学等相关学科相结合，探索利用电化学、电加热方法快速处理处吹填土地基的实验研究和现场试验，对于吹填土地基处理方法的完善和开辟新的有效处理途径具有重要的工程意义，也是岩土工程研究的重要方向之一。

参考文献：

[1]代韶华.高真空击密法在兴华港区二期工程软基加固中的应用[J].中国港湾建设.2005（02）

2]李立群.吹填土路基几种常用处理方法综合比较[J].公路交通技术.2011（04）

作者简介：李斌（1986-09），男，汉族，籍贯：江苏南通，当前职务：技术负责人，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：建筑工程技术