公路橋梁施工中軟土地基施工技術(shù)分析探述

郭坤明

（廣西路橋工程集團(tuán)有限公司道橋分公司，廣西 南寧 530000）

1 軟土地基及其問題

1.1 軟土

從東北三江平原、松遼平原到渤海灣的天津、塘沽，從杭州到溫州，從廈門到上海，從廣州到連云港，全國(guó)各地廣泛分布著軟土。軟土包括淤泥、淤泥質(zhì)土、軟黏土、泥炭、泥炭質(zhì)土。

軟土天然含水量大 （淤泥含水量在70%左右，泥炭含水量超過300%），孔隙比高 （軟黏土孔隙比＞1，淤泥孔隙比＞1.5，泥炭質(zhì)土孔隙比＞3，泥炭孔隙比＞50），親水性好、透水性差，壓縮系數(shù)在5.1×10-7～1.53×10-6Pa-1之間。軟土內(nèi)摩擦角幾乎為零，抗剪強(qiáng)度低[1]。軟土天然含水量往往高達(dá)30%～70%，在極端情況下甚至超過200%。

1.2 軟土地基造成的問題

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通量逐年增大，公路上通行的車輛也日益走向大型化、重型化。軟土地基承載力差，而且軟土地基中含有夾粉細(xì)砂透鏡體，在荷載過程中極易出現(xiàn)不均勻沉降，繼而導(dǎo)致公路橋梁工程出現(xiàn)沉降，輕則造成路面破損、橋臺(tái)上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、空洞，重則造成路橋主體結(jié)構(gòu)位移、斷裂、甚至塌方。為保證路橋工程質(zhì)量，必須認(rèn)真做好軟土地基施工。

2 分析、探述軟土地基施工技術(shù)

2.1 前期勘察

軟土地基處理難度大、成本高、耗時(shí)長(zhǎng)；在路橋工程設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)盡可能避開軟土地基。但當(dāng)前國(guó)內(nèi)建設(shè)用地已經(jīng)趨于飽和，很多路橋工程項(xiàng)目必須在軟土地基上施工。這就需要技術(shù)人員需對(duì)路橋工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面、詳細(xì)的勘察，要查清現(xiàn)場(chǎng)是否存在著古河道、暗塘、暗浜、填土、查明現(xiàn)場(chǎng)軟土層的范圍、厚度、成因、分布規(guī)律、物理力學(xué)性質(zhì)、層理特征、水平方向與垂直方向的均勻性、滲透性、基巖的埋藏條件等[2]。

2.2 表層排水法

在路基填筑以前，在施工現(xiàn)場(chǎng)開挖排水溝，使用抽水機(jī)排出地表水，同時(shí)盡量降低地基表層中的含水量。排水溝斷面應(yīng)控制在0.5 m左右，深度應(yīng)控制在0.5～1 m之間。排水溝可設(shè)置在路堤的平行方向，也可設(shè)置在路堤的垂直方向，需視現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況靈活決定。

2.3 砂墊層法

在軟土地基頂面鋪設(shè)砂墊層，其厚度需視路堤高度、現(xiàn)場(chǎng)軟土層厚度及其壓縮系數(shù)而定，但一般將厚度控制在0.6～1 m之間[3]。砂墊層可充當(dāng)軟土層固結(jié)所必需的上部排水層，縮短軟土層固結(jié)時(shí)間，并降低路堤內(nèi)的水位。

砂墊層斷面通常設(shè)計(jì)為梯形，砂墊層材料宜選用級(jí)配良好的中砂、粗砂，其顆粒不均勻系數(shù)必須＜5，且含泥量必須控制在3%～5%之間。砂墊層可使用自卸貨車、推土機(jī)進(jìn)行攤鋪，需注意攤鋪均勻，避免出現(xiàn)集中載荷。

2.4 穩(wěn)固劑處理法

向軟弱的表層地基土中施放生石灰、熟石灰、水泥或土壤離子穩(wěn)固劑，改善軟土地基的壓縮性，增強(qiáng)軟土地基的強(qiáng)度。

施放生石灰，需在拌和時(shí)進(jìn)行初次碾壓；生石灰水解后再次進(jìn)行碾壓；施放水泥、離子穩(wěn)固劑、熟石灰，需在最后一次拌和后立即進(jìn)行壓實(shí)。使用穩(wěn)固劑，須控制好軟土層處理厚度 （一般在30～60 cm區(qū)間），并對(duì)處理后的土體進(jìn)行為時(shí)一周的保養(yǎng)，確保土體強(qiáng)度增長(zhǎng)均衡[4]。

2.5 真空預(yù)壓法

（1） 在軟土層上設(shè)置砂墊層，充當(dāng)水平向排水體。（2） 在水平排水墊層中部鋪設(shè)濾水管。濾水管采用條形平行排列，濾水管可選用鋼管或塑料管，濾水孔直徑應(yīng)控制在8～10 mm之間，濾水孔之間的間距應(yīng)保持在5 cm左右。（3） 鋪設(shè)大面積的密封性聚氯乙烯薄膜，為保證真空預(yù)壓的密封性，需鋪設(shè)2～3層[5]。（4） 安裝真空管路，確保管路連接密封。（5）開啟離心泵進(jìn)行真空抽氣，通過提高密封膜內(nèi)的真空壓力，加速土層排水固結(jié)。 需將密封膜內(nèi)的真空度保持在73 KPa以上，抽真空作業(yè)過程通常需耗時(shí)1～5 d。（6） 在整個(gè)作業(yè)過程中，需實(shí)時(shí)觀測(cè)離心泵、真空管路、密封膜，并隨時(shí)掌握土體內(nèi)各深度的真空度、土層的深層沉降、地表總沉降、土層沿深度的側(cè)向位移、孔隙比的變化。

真空預(yù)壓法作業(yè)時(shí)間較短，施工工藝比較簡(jiǎn)單，便于大面積施工。該方法適用于滲透性較小的飽和軟黏土地基，若現(xiàn)場(chǎng)有較厚的透水層，或地基有充足的水源補(bǔ)給，則不宜使用真空預(yù)壓法。

2.6 高壓噴射注漿法

（1） 在現(xiàn)場(chǎng)安裝地質(zhì)鉆機(jī) （或70型旋轉(zhuǎn)震動(dòng)鉆機(jī)），在設(shè)計(jì)的孔位進(jìn)行鉆孔，確保鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度 （鉆孔的傾斜度不能超過1.5%）。（2） 鉆孔作業(yè)結(jié)束后，向鉆孔內(nèi)插入旋噴管，為防止泥沙堵塞噴嘴，可邊射水邊插管，射水壓力應(yīng)控制在1 MPa以下（ 如果使用的是70型旋轉(zhuǎn)震動(dòng)鉆機(jī)，鉆孔與插管作業(yè)可同步進(jìn)行）。（3） 當(dāng)旋噴管插入到預(yù)定深度后，由下而上進(jìn)行旋噴作業(yè)。通過噴射高速度、高能量的高壓漿液，破壞土體，將土粒從土體上剝落下來，細(xì)小的土粒會(huì)隨著漿液冒出鉆孔，其他土粒會(huì)在高壓噴射流沖擊力作用下與漿液充分?jǐn)嚢杌旌希礉{土比例、質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列，最后凝固成固結(jié)體。（4） 采用高壓噴射注漿法，一般噴射水泥漿液。若現(xiàn)場(chǎng)土體滲透性較大，可在水泥漿液中摻加三乙醇胺或氧化鈣，以加速凝固。（5） 在旋噴作業(yè)過程中，需防止噴嘴被堵，并控制好水、氣、漿的壓力、流量。進(jìn)行深層旋噴，需先噴漿，再旋轉(zhuǎn)→提升，防止扭斷噴漿管。（6） 噴漿管提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，旋噴作業(yè)結(jié)束。作業(yè)結(jié)束后需立即沖洗注漿管、噴漿機(jī)，防止水泥漿液殘留。

2.7 卵石、砂石換填法

若現(xiàn)場(chǎng)軟土層較薄，可使用挖掘機(jī)或人工挖除軟土，并將開挖深度控制在2 m以內(nèi)；然后換填級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的中砂、粗砂或卵石（ 其粒徑不能超過5 cm），將每層鋪設(shè)厚度控制在15～20 cm之間，再使用6～10 t的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。每層碾壓不得少于4遍。

2.8 強(qiáng)夯法

使用8～12 t重的重錘，以8～20 m的落距，對(duì)軟土地基進(jìn)行強(qiáng)夯，利用強(qiáng)大的沖擊波與動(dòng)應(yīng)力擠出軟土中的水分，達(dá)到加固地基的效果。該方法施工簡(jiǎn)單，加固效果較好，性價(jià)比較高。據(jù)測(cè)算，經(jīng)過強(qiáng)夯處理的軟土地基，其壓縮性可降低2～10倍，承載力可提高2～5倍。強(qiáng)夯法適用于雜填土、砂類土、黏質(zhì)土、泥炭、沼澤土。

（1） 使用強(qiáng)夯法，首先必須詳細(xì)調(diào)查地基條件、環(huán)境條件，然后設(shè)計(jì)強(qiáng)夯法，根據(jù)設(shè)計(jì)的加固厚度逆向推算錘重與落錘高度。（2） 根據(jù)強(qiáng)夯后可能出現(xiàn)的地面變形，推算并確定地面高程，使用推土機(jī)平整施工現(xiàn)場(chǎng)。（3） 如果現(xiàn)場(chǎng)地表層土體屬于細(xì)粒土，并且伴有地下水位較高的情況，需在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)0.5～2 m厚的砂、砂礫或碎石，人工設(shè)置硬層（ 鋪墊層）。（4） 在人工設(shè)置的鋪墊層上放線定位，布置夯擊點(diǎn)，可用石灰或打小樁進(jìn)行。（5） 進(jìn)行強(qiáng)夯作業(yè)，夯擊遍數(shù)一般設(shè)計(jì)為3～5遍。每遍間隔時(shí)間為1～6周。（6） 在強(qiáng)夯作業(yè)過程中需仔細(xì)記錄每一夯擊點(diǎn)的夯擊能量、夯擊次數(shù)、夯沉量。

3 結(jié)語(yǔ)

軟土地基是公路橋梁施工必須面對(duì)的客觀現(xiàn)實(shí)。因此，需要認(rèn)真研究軟土地基和軟土地基施工技術(shù)，并在實(shí)踐中不斷提升技術(shù)水平，以盡可能降低軟土病害，確保路橋工程施工質(zhì)量。