某区域超软淤泥土处理分析

郭 丰 来

(天津东方海陆集装箱码头有限公司，天津　300456)



某区域超软淤泥土处理分析

郭 丰 来

(天津东方海陆集装箱码头有限公司，天津300456)

分析了大连某区域超软淤泥土的颗粒组成，比较了国内典型地区超软淤泥土的活性指数，基于粘性土微观结构研究成果，设定大连某区域超软淤泥土的基本结构特征，提出了解决超软淤泥土的思路和技术路线。

填海造地，超软淤泥土，吹填淤泥土，颗粒流

0　引言

围海造地在沿海地区正在大面积展开，其中遇到的难题之一就是如何处理流泥类超软土问题。超软淤泥土的土性参数有以下特点：含水率高，孔隙比大，强度低，压缩性大，不能直接作为建筑物地基使用。数值表达：含水率w>100%，孔隙比e>2，强度近乎于0，标准贯入击数N63.5<1，静力触探Ps<0.2 MPa，压缩系数α>2 MPa-1。由于超软土独特性质，众多建设项目因超软土处理不到位，而发生工程事故屡见不鲜。尤其是由流泥或浮泥经过绞吸吹填到围区，形成的吹填淤泥土，因颗粒结构发生了破碎、分解，其岩土性质更加复杂，将该类土作为土地资源加以充分利用的，且处理成功的案例就更加稀少。

目前我们遇到的问题，就是如何认知流泥或浮泥以及由此变生的吹填淤泥土的特性，掌握其演变规律和特征，流泥或浮泥以及由此变生的吹填淤泥土，简称超软淤泥土，以往的工程措施就是清除、抛弃。随着社会经济发展，环境意识、法规的加强以及土地资源匮乏，迫使人们必须解决超软淤泥土的出路，超软淤泥土资源化利用势在必行。本文结合围海造地超软淤泥土的原位观测数据，提出处理超软淤泥土的一些观点。

1　大连某区域超软淤泥土特性

根据不完全数据统计[1]，深圳、天津、连云港、大连港4处颗粒组成结果见表1。

表1　颗粒组成分析结果　mm

按照活性指数A=Ip/胶粒含量定义，计算出4个地区活性指数，见表2。

表2　活动性指数

大连活性指数A=1.74>[1.25]，属活动性粘性土，说明土的胶体活动性影响大。粘性土的粘性表现在以下两个方面：

1)吸着水联结作用，土颗粒周围吸着水厚度随不同的粘土矿物成分发生变化，土颗粒间距也随之发生变化，显示出吸着水膜水胶联结作用；

2)胶结作用，土颗粒间胶结物，水溶液中水溶盐的结晶(氯化物、碳酸盐、硫酸盐)以及一些氧化物和腐殖质的胶结作用，同样与粘性土颗粒矿物质成分相关。经测验，大连超软淤泥中蒙脱石的成分较多，而在土的组分中，蒙脱石比表面积最高，为810 m2/g，如图1所示，使得大连超软淤泥的粘性较高。同时，对大连深圳湾超软淤泥进行了C14测定，试验结果表明，浅层浮泥经历400多年的沉积历史，颗粒小于2 μm含量34%～51%，孔隙比e>2，压缩系数α1-2>2 MPa-1。可以看出，粘性颗粒、胶体颗粒含量及矿物成分和外部环境因素共同构筑了深圳湾超软淤泥土结构，也使得大连超软淤泥的活性指数较高。

图1　胶粒含量与塑性指数关系

2　超软淤泥土处理策略

2.1超软淤泥土主要形态特征

因粘土颗粒含量较多，粘土颗粒表面吸附着大量吸附水，构成吸着水膜水胶联结作用。在海水环境下，海底水流动力作用和波浪冲击作用，土颗粒间胶结物的胶结作用就显得很弱，超软淤泥土主要以吸着水膜水胶联结，由此表现出含水率高、孔隙比大、强度低等特点，从松散到密实状态微观结构分析来看，密实状态土颗粒联结力强、土颗粒定向排列加强、颗粒间孔隙度大幅度降低。

2.2超软淤泥土处理技术路线

1)超软淤泥土水土分离(泌水)处理。

超软淤泥土初始状态颗粒间联结力弱，水土分离过程颗粒间联结力逐步增强，固体颗粒流动状态得到抑制，土体骨架逐步形成和加强，固体渐渐从液体、气体混流中固定下来，外力作用下液体、气体发生大变形位移，固体沿缩小颗粒间距离方向发生小变形位移。经过水土分离处理后，超软淤泥土演变成淤泥土，满足经典固结理论基本假设条件。

大变形理论：超软淤泥土以水、土为主要特征的泥水混合系，大变形理论，建立在以下假设：a.压缩过程应变大；b.孔隙水流动遵守Darcy定律。得出一维非线性固结方程[2]:

经过简化处理后得到如下公式：

其中，ζ=(1+e0)/(1+e);dz0=ζdz,z为空间坐标；γ′为土体有效重度；mv为土体压缩系数。由此可见，吹填淤泥土大变形可以用孔隙比加以描述，实际上其变形主要是以水体分离出、自由水排出、蒸发的过程。

2)淤泥土排水固结处理。

以太沙基一维固结理论加以描述，基本假设如下[3,4]：a.土体均质与完全饱和；b.土颗粒与水体均不可压缩，土体变形仅由孔隙水排出和超静孔隙水压力消散所致；c.土中渗流服从达西定律，土的渗透性不随时间、应力改变，渗透系数为常量；d.在应力变化范围内，土体为理想弹性材料，应力—应变关系为线弹性；e.土体只产生竖向的渗透与压缩。在压缩系数αv、孔隙比e、渗透系数k、固结系数Cv、土层厚度H均为常数时，外荷p一次性瞬时施加且固结过程维持不变，得到著名的固结方程[5]：

假设土层单面排水，则边界条件记作:

初始条件记作:

u|t=0=u0。

用傅里叶级数展开和分离变量法可得如下解析解：

根据固结度的概念，推导出太沙基单向固结理论解如下：

从上文中可以看到，土体变形主要来自孔隙水的排出，另一方面，要满足正常固结过程，施加的荷载必须小于当前土体结构许可强度，以此满足小变形条件。淤泥土经过固结处理后，固体颗粒接触带联结力得到加强，淤泥土演变成淤泥质土。

3)淤泥质土固化处理。

淤泥质土通过掺入固化剂进行搅拌，形成固化土，固化剂与土体矿物、结合水发生一系列物理、化学反应，促使颗粒接触带产生不同性质和能量的相互作用，进一步强化淤泥质土的结构联结能力，淤泥质土演变成固化土。

3　结语

通过对以往超软淤泥土工程实践的总结、分析，结合大变形和固结理论，参照粘性土微观结构研究成果，得到如下结论：

1)超软淤泥土微观结构主要以吸附水膜的联结作为连接键，外力作用下，表现出明显的颗粒流特征；2)大连某区域超软淤泥土，活动性指数A>1.25，表明活动性影响大，吸附水膜变化范围大；3)超软淤泥土排水固结处理过程中，排水系统完整性、预压荷载大小及加荷速率影响到超软淤泥土自身稳定性、强度增长路径和侧向变形大小；4)超软淤泥土在大荷载作用下侧向位移或侧向滑动比较明显，堆载预压处理需要注重加荷速率、间歇预压时间与软土强度增长的匹配和协调；5)提出解决大连某区域超软淤泥土路径为：水土分离→预压处理→化学胶结。

[1]辽宁丹东金地岩土工程有限公司.“大连港大窑湾港区北岸2#塘工程”勘察报告[R].2011.

[2]沈珠江.理论土力学[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

[3]曹冰.复合地基技术在北良港淤泥吹填区地基处理中的应用研究[J].港口科技，2008(3)：13-17.

[4]钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:中国水利水电出版社，1996.

[5]房后国.深圳湾结构性淤泥土固结机理及模型试验研究[D].长春：吉林大学建筑工程学院博士论文，2005.

Analysis on super soft silty soil treatment in the region

Guo Fenglai

(TianjinEasternOcean-LandContainerWharfCo.,Ltd,Tianjin300456,China)

The thesis analyzes super soft silty soil granular flow composition of the region in Dalian, and compares super soft silty soil activity index of the typical regions in China. Based on cohesive soil micro-structure research achievements, it sets basic structural characteristics of super soft silty soil in the region of Dalian, and finally puts forward the concept and technical route of solving super soft silty soil.

marine reclamation land, super soft silty soil, reclamation silty soil, granular flow

1009-6825(2016)21-0097-02

2016-05-17

郭丰来(1986- )，男，助理工程师

TU447

A