橋梁施工軟弱地基的施工處理措施研究

陳國瑞

(河北路橋技術(shù)開發(fā)有限公司)

0 引 言

軟弱地基主要是由雜填土、沖填土、淤泥質(zhì)土或者是高壓縮性土所構(gòu)成的地基，由于軟弱地基的承載能力低、透水性較小以及壓縮性較高，如果直接在其上進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)施工，很容易由于地基穩(wěn)定性與變形造成橋梁主體結(jié)構(gòu)的破壞。因此，對于軟弱地基的橋梁工程結(jié)構(gòu)施工，必須通過采取相應(yīng)的處理措施，來改善土體性質(zhì)尤其是壓縮性與透水性，進(jìn)而提高橋梁基礎(chǔ)承載力，避免由于不均勻沉降造成橋梁主體結(jié)構(gòu)的破壞，確保橋梁工程主體結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

1 橋梁軟弱地基的主要特征分析

(1)較高的孔隙比與天然含水量。軟弱地基的孔隙比以及天然含水量相對較高，一般情況下軟弱地基土體的天然孔隙比介于1 ～2 之間，天然含水量也相對較高，例如較常見的淤泥以及淤泥質(zhì)土的含水量均超過50%以上。

(2)軟弱地基土體的壓縮性較高。軟弱地基土體的壓縮性較高，通常能達(dá)到0.5 ～1.05 MPa 左右，如果橋梁基礎(chǔ)直接建設(shè)在這些軟弱地基土體上，會造成橋梁主體結(jié)構(gòu)嚴(yán)重的不均勻沉降，造成主體結(jié)構(gòu)的開裂破壞。

(3)軟弱地基土體的透水性差。雖然一般軟弱地基土體的含水量均相對較高，但是軟弱地基土體的透水性卻非常差，一般滲透系數(shù)都在1(mm/d)以下，所以如果軟弱地基土體受到荷載作用后，由于孔隙水壓較高，仍然難以實(shí)現(xiàn)壓密固結(jié)。

(4)軟弱地基土體的抗剪強(qiáng)度非常低。軟弱地基土體的無側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般在30 kN/m2以下，抗剪性能非常低，不排水剪切試驗(yàn)條件下的內(nèi)摩擦角接近為零，固結(jié)快剪試驗(yàn)條件下的內(nèi)摩擦角在5° ～15°左右。

(5)具有觸變性。軟弱地基土體大多呈絮凝狀的結(jié)構(gòu)性沉積物，在原狀土狀態(tài)下如果不受破壞，則土體具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但是如果遭受擾動破壞，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會迅速降低，甚至是喪失，軟弱地基的這一觸變性導(dǎo)致地基在承受荷載尤其是振動荷載以后，很容易出現(xiàn)側(cè)滑、沉降等問題。

(6)流變性。軟弱地基土體在荷載的持續(xù)作用下，變形會出現(xiàn)逐步增加的變化，造成這些軟土地基的長期強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于瞬時強(qiáng)度。

2 軟弱地基處理的主要目的

對軟弱地基進(jìn)行處理的主要目的就是通過各種物理或者是化學(xué)處理方法，改善軟弱地基土體的不良地質(zhì)特性以及透水特性，降低土體的壓縮性，同時提高土體的抗剪強(qiáng)度，歸根結(jié)底就是實(shí)現(xiàn)軟弱地基土體穩(wěn)定性與承載能力的提升，因此軟弱地基施工處理需要重點(diǎn)解決以下幾方面的問題:

(1)解決橋梁基礎(chǔ)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性問題。由于軟弱地基土體的抗剪強(qiáng)度較小，因此無法直接承受橋梁自重以及交通荷載，如果軟弱地基土體處理不當(dāng)，強(qiáng)度不足、穩(wěn)定性較差會造成地基出現(xiàn)局部或者是整體的剪切破壞，進(jìn)而出現(xiàn)橋臺破壞以及地基失穩(wěn)等問題發(fā)生。

(2)解決各種沉降變形問題。由于軟弱地基容易出現(xiàn)較大的沉降變形以及不均勻沉降變形，因此容易造成橋梁結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)受力模式的變化出現(xiàn)開裂等問題，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)的通車安全。

(3)在外部交通荷載或者是地震波的作用下，軟弱地基土體很容易出現(xiàn)液化、失穩(wěn)以及震陷等問題，造成橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，提高軟弱地基土體的穩(wěn)定性也是施工處理的關(guān)鍵內(nèi)容。

3 橋梁軟弱地基處理措施研究

(1)表層處理方法。軟弱地基的表層處理法主要是指砂墊層、表層排水法、土工聚合物以及化學(xué)添加劑處治等幾種處理技術(shù)。表層處理法主要適用于軟土層厚度相對較薄，而且具有較好排水條件的軟弱地基。其作用機(jī)理為加速軟弱地基的土體的排水固結(jié)，提高軟弱地基的承載能力，解決沉降過大或者是不均勻沉降等問題。

(2)強(qiáng)夯法。采用強(qiáng)夯法對軟弱地基進(jìn)行處理主要是通過借助于強(qiáng)夯機(jī)械對地基巨大的沖擊力破壞土體結(jié)構(gòu)，通過動力密實(shí)、動力固結(jié)以及動力置換等作用機(jī)理起到對軟弱地基周圍土體進(jìn)行動力擠壓進(jìn)而提高地基承載力。在橋梁工程軟弱地基處理施工中重點(diǎn)是確定強(qiáng)夯法的有效加固深度、夯錘和落距、夯擊點(diǎn)的布置與間距、夯擊擊數(shù)與夯擊遍數(shù)等施工技術(shù)參數(shù)。在強(qiáng)夯法施工作業(yè)過程中，如果軟弱地基區(qū)域的含水量較高，則應(yīng)該在施工作業(yè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置完善的臨時排水設(shè)施。在強(qiáng)夯施工作業(yè)過程中應(yīng)該針對橋梁地基土體強(qiáng)度以及地基承載力等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行必要的試驗(yàn)檢測，確保對于軟弱地基處理能夠取得較好的效果。

(3)水泥攪拌樁處理。水泥攪拌樁在橋梁工程軟基處理，尤其是橋頭處理施工中得到了廣泛的應(yīng)用，其作用機(jī)理為通過采用水泥作為固化劑，借助于深層攪拌機(jī)械將軟土與固化劑進(jìn)行充分的強(qiáng)制攪拌，并利用固化劑與軟土之間的物理化學(xué)反應(yīng)，形成整體性好、強(qiáng)度高以及水穩(wěn)定性能強(qiáng)的地基。對于水泥攪拌樁的施工，首先在施工作業(yè)前應(yīng)該根據(jù)軟基土體的性質(zhì)合理的選擇水泥的強(qiáng)度等級以及用量，做好配比設(shè)計。同時明確水泥攪拌樁的提升速度、復(fù)攪提升速度等一系列的施工技術(shù)參數(shù)。在水泥攪拌樁施工作業(yè)過程中應(yīng)該重點(diǎn)針對水泥攪拌樁的垂直度、鉆機(jī)下鉆深度、水泥漿液的配比等施工作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行及時進(jìn)行質(zhì)量檢測。在完成施工作業(yè)之后應(yīng)該通過人工開挖驗(yàn)樁、鉆孔取芯等技術(shù)手段對水泥攪拌樁的整體施工質(zhì)量進(jìn)行分析判斷，明確軟弱地基的實(shí)際處理效果如何。

(4)拋石擠淤。拋石擠淤主要適用于處理常年積水洼地、排水困難以及成流動狀態(tài)的軟弱地基，尤其是施工作業(yè)機(jī)械無法直接進(jìn)入的區(qū)域，一般情況下處理厚度能夠達(dá)到3～4 m 左右。拋石擠淤的作用機(jī)理為強(qiáng)制換土，通過向軟弱地基中拋投粒徑較大的片石以及塊石，強(qiáng)制將地基范圍內(nèi)的軟土擠出，進(jìn)而提高地基承載能力，對于不排水抗剪強(qiáng)度小、封閉的泥沼區(qū)域的路基處理適應(yīng)性很強(qiáng)。在拋石擠淤施工過程中首先應(yīng)該確保拋填的塊石材料塊徑在30 cm 以上，同時合理的確定填石厚度，一般需要將拋填厚度控制在確保石塊擠入淤泥層內(nèi)30 cm，對于拋石擠淤的碾壓一般應(yīng)該選擇使用18 T 以上的重型壓路機(jī)振動碾壓壓路機(jī)，在拋填施工作業(yè)之后，應(yīng)該對工后沉降以及水平位移進(jìn)行觀測，這也是評價拋石擠淤工程施工處理效果的有效措施。

(5)CFG 樁。CFG 樁即水泥粉煤灰碎石樁，通過在碎石樁的基礎(chǔ)上增加石屑、粉煤灰以及少量水泥拌制而成的具有一定強(qiáng)度復(fù)合地基，由于能夠充分利用樁間土的承載力，同時具有碎石樁與水泥攪拌樁的雙重技術(shù)優(yōu)勢，因此在橋梁工程軟弱地基中的應(yīng)用也較廣，對于雜填土、飽和及非飽和黏性土、粉土、砂性土及濕陷性黃土地基具有較好的處理效果。對于CFG 樁一般采用振動沉管法進(jìn)行施工作業(yè)，施工過程中重點(diǎn)是在控制拔管速率、混合料的坍落度控制以及設(shè)置保護(hù)樁長等方面進(jìn)行作業(yè)管理，以提高對軟弱地基的處理效果。

4 軟弱地基處理效果觀測及試驗(yàn)分析

在對橋梁工程軟弱地基土體采取相應(yīng)的方法進(jìn)行處理過程中，應(yīng)該重點(diǎn)對處理作業(yè)區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的觀測及試驗(yàn)檢測分析，具體試驗(yàn)檢測內(nèi)容如下。

(1)沉降觀測。沉降觀測主要分為地表沉降與地基分層沉降兩項(xiàng)觀測內(nèi)容，地表沉降主要是采用沉降板、水準(zhǔn)儀等設(shè)備觀測地表的沉降速度并預(yù)測沉降趨勢，為采用堆載預(yù)壓等處理方案的軟弱地基工程明確加載速率以及預(yù)壓卸載時間等參數(shù)。地基分層沉降主要是采用導(dǎo)管、磁環(huán)、分層沉降儀等設(shè)備，確定橋梁地基種不同層位的具體沉降情況。

(2)水平位移的觀測。水平位移觀測主要分為地表水平位移觀測與地基深層水平位移觀測兩種形式。地表水平位移主要是采用水平位移樁、測距儀、經(jīng)緯儀以及鋼尺對地表的水平位移等情況進(jìn)行觀測，重點(diǎn)評價地表的穩(wěn)定性。地基深層水平位移則主要是采用測斜管或者是測斜儀對地基深層土體的水平位移情況進(jìn)行觀測，以便于對軟弱地基中土體的剪切破壞情況進(jìn)行評價判斷。

(3)試驗(yàn)檢測。試驗(yàn)檢測項(xiàng)目主要由孔隙水壓力、土壓力、承載力、十字板抗剪強(qiáng)度等幾項(xiàng)試驗(yàn)檢測內(nèi)容。進(jìn)行孔隙水壓力檢測的目的主要是為了分析軟弱地基中地基土層排水固結(jié)特性及其對地基強(qiáng)度以及穩(wěn)定性的影響。進(jìn)行土壓力以及承載力試驗(yàn)檢測主要是為了初步分析地基處理效果，并測定地基或者是樁基的承載力。進(jìn)行十字板剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的目的則是為了通過地基土原為強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)分析，明確軟弱地基的實(shí)際處理效果。

5 結(jié) 語

軟弱地基作為橋梁工程施工中較為常見的工程地質(zhì)問題，對于橋梁工程主體結(jié)構(gòu)的安全可靠影響較為嚴(yán)重。對于這些軟弱地基的橋梁主體結(jié)構(gòu)施工，應(yīng)該根據(jù)不同軟弱地基的類型及其分布情況，合理的選擇軟弱地基處理方案，以改善軟弱地基的土體力學(xué)性能，提高基礎(chǔ)的承載力，避免由于各種軟弱地基處理不徹底造成橋梁結(jié)構(gòu)后期工程病害問題的發(fā)生。

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