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摘要：沿海的软土地基厚度较深且土质特殊，该方面的研究已经成为滨海区工程建设具有代表性的技术难题。本文通过分析当前工程界软土地基的处理技术，并结合某制造业基地的实际气象气候条件和地质条件，确定了技术合理、经济可行的软土地基处理方法，提出了现场施工工艺控制若干措施。
关键词：软土地基；地基处理技术；真空预压；地基处理工艺
一、引言
在工程建设中，需要满足一定的强度和变形要求，而沿海地区地质特殊，软土地基十分常见。这给沿海地区工程建设增加了极大的困难。因此，需要对软土地基进行处理，以减少施工难度，保障铁路投入使用安全性。软土的矿物成分及颗粒组成不仅可以表征软土的物质开源，沉积环境等，而且很大程度上控制着土体的工程性质。不同年代和成因的软土，其物理性质指标尽管可能相近，但作为地基，工程性质却可能相差很大。不同地区的软土受到不同气候条件的影响，沉积形成年代不同，软土的纵横向特性也有很大的不同。其抗剪强度、压缩性、透水性等也会有很大的差别。
天津临港经济区装备制造业基地无砂法等新技术真空预压试验工程，地块位于规划长江道以南，渤海40路以东，二期围海T7吹填区内，原二期污水处理厂真空预压工程地块东侧。地基处理总面积97998㎡，泥面标高约+5.5m（新港高程）。本文将对该工程进行分析，并结合当前国内外地基处理技术的研究和实践进展，设计符合该工程特点的地基处理方案。
图1工程地点示意图
二、当前软土地基处理技术
软土地基处治不当会造成严重的不良后果，为避免这种不良事故的发生，降低风险隐患，应对软土地基进行正确的治理。至此，国内外掀起了软土相关领域的研究热潮，在软土工程特性、固结沉降分析、地基处理技术等方面取得了一系列研究成果。
沿海地区地质特殊，对工程的建设产生不利影响。在海陆交接的地带由于外界自然环境的影响沉积形成大量的海滨相软土。海滨相软土性质特殊，在不施加任何外力的天然状况下可保持一定的稳定性，有外荷载作用时便会产生较大下沉。软土层较厚，分布不均匀，受外力后失水产生次固结沉降，无法提供后续工程建设所需的承载力。滨海相软土地基属于不良地质，因此需要对其进行加固处理，防止其发生不均匀沉降，产生较大变形等工程问题。
软土基地处理技术最早出现在20世纪中期的美国和欧洲一些国家。动力固结法（强夯法）是由法国梅娜技术公司（LouisMenardTechnique）于1969提出的，由于简便实用且造价相对低廉迅速被广泛应用。排水固结法最早出现在美国，用于加利福尼亚州海湾公路的建设，1953年引入我国，而后随着技术和材料的不断革新，最终于1981年研制出塑料排水板。深层搅拌法起源于美国，1953年引入日本，20世纪80年代引入我国，利用其原理，通过改良机械设备、优化施工方法，最终形成了今天CFG桩、水泥搅拌桩、高压旋喷桩等多种软土地基处理技术。国内外常用的软基处理方法及影响因素统计分析结果如图2所示。
图2国内外常用的软基处理方法及影响因素
三、地基处理方案的确定
3.1气象、气候条件分析
1、气温
天津地区具有四季分明的大陆性气候。根据1951—1997年资料统计显示，本工程所在地年平均气温12.3℃，年平均最高气温16.2℃，年平均最低气温9.1℃，极端最高气温39.9℃，极端最低气温-18.3℃。
2、风
本区常风向E，出现频率为11.71%；次常风向为S，频率为10.34%；强风向E。各向≥6级风所出现的频率为3.65%。造成本区的大风天气过程主要是冬、春季的寒潮和夏、秋季的台风（含热带风暴），大风出现频率较小。本区历年平均风速4.5m/s，最大风速26.5m/s，风向E；极大风速48.7m/s，风向N。
3、降水
根据1951—1997年资料统计显示，本工程所在地年平均降水量586.0mm，年最大降水量1083.5mm，年最小降水量278.4mm，日最大降水量191.5mm，全年≥0.1mm的平均降水日数为65.0天，≥10mm的平均降水日数为15.8天，≥25mm的平均降水日数为6.5天，≥50mm的平均降水日数为2.2天。
4、潮汐
本区潮汐类型为不规则半日潮型，其（H01+HK1）/HM2=0.53。最高高潮位为5.81mm最低低潮位为-1.03mm（1957年曾出现最低潮位-1.08m），平均高潮位3.74mm，平均低潮位为1.34mm，平均海面为2.56mm，最大潮差为4.37mm，平均潮差为2.40mm。
5、海流
本海区基本为往复流型，涨潮主流向NW，落潮主流向SE，涨潮流速大于落潮流速，大潮涨潮实测最大流速2节左右，最大流速垂直分布大致是由表层向底层逐渐减小，平面分布是由岸边向外海随着水深增加而逐渐增大。本海区常浪向ENE和E，频率分别为9.68%和9.53%，强浪向ENE，该向H4%＞1.5m的波高频率为1.35%，全年T≥7.05的频率仅为0.33%。
渤海湾每年有不同程度的海冰出现，初冰日在12月下旬，终冰日在2月下旬，总冰期约60天，多年资料统计，严重冰期年平均仅为10天。
常年渤海冰期中1月中旬至2月中旬冰况最严重，为盛冰期。海冰的形成和发展主要受制于当地气象条件、地理位置及其当地的海域动力条件。
3.2工程地质条件分析
本工程地处海滩，为近期完成吹填的吹填造陆区域，地形狭长，地势较为平坦。根据附近区域类似工程地质勘察资料显示，该区域土层分布较有规律，原状滩面以上为新吹填土层，原状滩面自上而下主要分为四大层：第一层为海相沉积的淤泥质粉土和淤泥质粘土；第二层为海陆交互沉积的粉质粘土混贝壳和粉质粘土；第三层为河口三角洲相沉积的粉质粘土；第四层为河口三角洲相沉积的粉砂。
本工程区域位于规划的长江道以南，渤海40路以东，二期围海T7吹填区内，原二期污水处理厂真空预压工程地块东侧。工程主要材料、设备如排水板、真空膜、插板机等可以直接通过长江道运至现场附近。
3.3方案确定
根据以上分析，结合本工程实际情况，本工程采用二次处理真空预压地基处理设计方案，即浅表层土体先进行“浅层抽水固结处理”，然后进行“深层真空预压”。
四、二次处理真空预压地基处理施工工艺
4.1浅层抽水固结主要工艺
第1步：场地整理，清理杂质，排出积水；
第2步：铺设1层编织布（150g/m2）；
第3步：人工插设防淤堵塑料排水板（1-2区采用普通B型塑料排水板）（材料为原生料，板芯材质白色透明），正方形布置，间距0.8m（4区为0.7m），入淤泥4.5m，板长5.0m（含外露部分），当局部区域土质较硬，人工插板难以达到设计深度时，可根据区域面积大小适当调整施工方案，排水板在淤泥中的底端口进行密封处理；
第4步：增压区域插设增压管，增压管置于排水板（9根）所围成的正方形中心位置，严格控制垂直度，垂直度偏差不得大于2.5%，且增压管不透气段埋深应大于1.5m，增压管总长度为4.5m，通过气压管与增压系统相连通；
第5步：铺设真空主管、支管及手型接头，主管和支管采用变径三通、四通连接，塑料排水板通过手型接头与真空支管相连，主真空管连接不倒翁集水井,不倒翁集水井再连接到真空主机，组成真空系统，增压管通过支气管与主气管相连，主气压管通过出膜器分别与真空系统、增压系统相连；
第6步：铺设1层编织布（150g/m2）；
第7步：铺设1层无纺土工布（200g/m2）；
第8步：铺设两层密封膜，连接抽真空设备（采用大泵不倒翁集水井技术，约64000m2/布置一台机械真空泵），膜下真空度不小于80kPa，抽真空时间约60d。2-1区和2-2区采用射流泵抽真空，约1200m2/布置一台射流泵，射流泵抽真空时先进行试抽气，检查，要求分批循环开启射流泵，然后开启全部真空泵，膜下真空度不小于80kPa，抽真空时间约60d。浅层抽真空卸载时确保承载力达40KPa以上，满足深层插板机安全施工的要求。
图3：浅层抽水固结施工工艺断面图
4.2深层真空预压主要工艺
第1步：浅层卸载后，除去表层的两层真空膜，根据各加固区排水板平面布置形式及间距放样细部排水板桩位，并用排水板板芯做标识；
第2步：打设塑料排水板（材料为原生料，板芯材质白色透明），施工过程中宜避免出现冒泥，板头污染等现象，如出现以上现象，应采取措施，并及时清理，保证板头的清洁。1-1区、2-1区、3区排水板间距0.8m，正方形布置，深度20.0m，采用防淤堵塑料排水板；1-2区排水板间距0.8m，正方形布置，深度20.0m，采用普通B型塑料排水板；2-2区、4区排水板间距1.0m，深度10.0m、20.0m梅花形布置，5区排水板间距1.0m，深度12.0m、20.0m梅花形布置，采用防淤堵塑料排水板；
第3步：增压区域（3区）插设增压管，施工要求同浅层处理；
第4步：埋设监测仪器，布设深层滤管系统；
第5步：铺设真空主管、支管及手型接头连接，主管和支管采用变径三通、四通连接，塑料排水板通过手型接头与真空支管相连；主管和支管采用变径三通、四通相连，主真空管连接不倒翁集水井,不倒翁集水井再连接到真空主机，组成真空系统；增压管通过支气管与主气管相连，主气压管通过出膜器分别与真空系统、增压系统相连,在前60天左右一起抽真空,后30天左右与真空断开,根据沉降情况,开始增压施工。1-2区铺设水平滤管，并将普通排水板与滤管连接，要求普通排水板与滤管紧密接触。
第6步：铺设1层编织布（150g/m2）、1层土工格栅（15KN/m）、1层无纺土工布（200g/m2）及2层密封膜，施工压膜沟，压膜沟深度至少应挖至不透水，不透气土层顶面以下0.5m。开挖压膜沟时，沟内排水板不剪断，应沿沟边向加固区内侧接入真空支管管网，铺密封膜后用粘土或淤泥质黏土回填压膜沟；
第7步：连接抽真空设备（采用大泵不倒翁集水井技术，约64000㎡布置一台机械真空泵），膜下真空度不小于85kPa,抽真空时间约120d。2-1区、2-2区采用射流泵抽真空，约1000㎡布置一台射流泵，射流泵抽真空时先进行试抽气、检查，要求分批循环开启射流泵，逐步开启全部真空泵，膜下真空度不小于85kPa，抽真空时间约120d；
第8步：满足卸载标准后，停止抽真空，并将真空预压区膜上覆水排出，进行加固后的检验；
第9步：真空预压区内压膜沟、粘土密封墙换填处理，场地排水整平。
图4深层真空预压施工工艺断面图
五、结论
本文对天津临港经济区装备制造业基地软土地基处理进行了较为深入的研究和分析，得到了技术合理、经济可行的软土地基处理方法，提出了现场施工工艺控制若干措施。结论如下：
1、分析了各种软土地基的处理方法，通过技术、经济比较，选择了二次处理真空预压地基处理设计方案做为滨海地区软土地基处理技术。
2、研究了天津临港经济区装备制造业基地工程所在地的气象气候条件和地质条件，确定了天津临港经济区装备制造业基地地基处理方法确定最佳方案为二次处理真空预压地基处理技术。
3、进行了二次处理真空预压地基处理方案的工艺设计，确定了浅层抽水固结处理和深层真空预压的横截面面积等参数，并对施工顺序进行了优化。