橋梁施工中軟土路基的處理措施及施工技術(shù)

袁揚(yáng) 安徽省達(dá)江建設(shè)工程有限公司

一、軟土路基的特點(diǎn)

軟土以黏土、粉砂為主，含沙量高，含水率高。軟土易壓縮，硬度、強(qiáng)度弱，承載力較差。主要表現(xiàn)為含水量較高、抗剪性能差、荷載性能弱等。

（一）含水量較高

軟土一般由黏土顆粒物及淤泥等成分構(gòu)成。軟土路基通常具有較大的孔隙，且軟土路基中部分有機(jī)物在各類地質(zhì)結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)為絮狀結(jié)構(gòu)。軟土路基一般含水量在40%～70%，由于剪力的作用使得軟土形變較為突出，軟土的固結(jié)沉降將反復(fù)發(fā)生，會影響到道路的安全性。

（二）抗剪性能差

土層容易變形、抗剪性能差是道路軟土路基的特點(diǎn)之一?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)資料顯示，如果對軟土路基不進(jìn)行排水處理，其抗剪強(qiáng)度會低于20MPa，軟土路基內(nèi)部的摩擦角通常為20～35°。軟土路基抗剪性能差主要是因為軟土路基通常是松散土層、泥炭土質(zhì)或者間隙較大的土層，一旦道路軟土路基受到較大的剪切力，軟土路基的土層之間無法保持原有的形態(tài)，容易發(fā)生偏移、變形等問題。如果道路的路基出現(xiàn)偏移、變形甚至是坍塌等都會影響道路工程質(zhì)量和施工成本。

（三）荷載性能弱

荷載性能在確保道路發(fā)揮運(yùn)輸作用方面發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，而道路軟土路基荷載性能差卻成為制約道路充分發(fā)揮其運(yùn)載能力的重要因素，主要體現(xiàn)為易導(dǎo)致道路施工中出現(xiàn)變形或沉降，道路路面無法承受較高的荷載壓力，容易出現(xiàn)路面開裂等現(xiàn)象。

二、軟土路基橋梁過渡段的影響和危害

（一）影響行駛體驗

車輛行駛在公路軟基過渡段時，由于軟基和堅固路基存在較大的坡差或錯層，車輛在高速行駛中通過將引發(fā)車輛顛簸，使得駕駛?cè)说鸟{駛體驗欠佳。同時車輛在經(jīng)過錯層過渡段時產(chǎn)生的振動將成為路面的病害源，破壞路面完整性，對于運(yùn)輸貨物的車輛容易造成貨物抖落。

（二）危害車輛行駛安全

如果軟土路基過渡段路面沉降嚴(yán)重，出現(xiàn)嚴(yán)重的路面錯層時，當(dāng)車輛高速行駛通過時會發(fā)生劇烈的顛簸，可能引發(fā)車輛偏離方向或爆胎等情況。在斜交橋梁的軟土路基過渡段，如果路面出現(xiàn)嚴(yán)重的縱向錯層或沉降時，載重車輛貨物可能掉落至公路干道上，危害來往車輛安全，嚴(yán)重時甚至可能引發(fā)車輛傾翻等交通事故。

（三）影響公路壽命和經(jīng)濟(jì)性

當(dāng)車輛高速通過軟土路基過渡段時，車輛通過錯層和沉降段時引起的沖擊及振動將直接傳遞給路面和橋梁結(jié)構(gòu)，使路面、橋梁、支承、伸縮縫等橋梁和路面結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷，降低了路面和橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。如果未及時對軟土路基過渡段進(jìn)行維修保養(yǎng)，將會引發(fā)路面和橋梁的永久損傷，增加公路的運(yùn)營成本。另外，駕駛?cè)送ㄟ^軟土路基過渡段時會主觀采取減速行為來規(guī)避，頻繁地加減速行為不僅增加了汽車的油耗，而且可能導(dǎo)致汽車發(fā)生追尾事故。

三、軟土路基常見處理技術(shù)

（一）換土墊層法

在道路路基處理中，換填處理法是一項操作較為簡單，成本較低的技術(shù)，主要應(yīng)用于土質(zhì)較為松軟的軟土路基中。換填法是將原地基表面較為松軟的土壤換成其他具有堅固性、穩(wěn)定性和抗腐蝕性的材料進(jìn)行填充。在填充之前首先要確定好路基軟土換填的深度，然后將基礎(chǔ)下面較淺的土層進(jìn)行換填處理，從而使松軟的軟土路基具有堅固性、穩(wěn)定性的效果。

（二）護(hù)坡樁法

護(hù)坡樁具有打樁速度快，操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于深基坑支護(hù)中。為了保證鉆機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，必須保證施工現(xiàn)場的平整度和相關(guān)位置的準(zhǔn)確定位，以保證鉆機(jī)位置的準(zhǔn)確性。當(dāng)將鉆機(jī)放置在指定位置時，應(yīng)在確保參數(shù)正確的前提下安裝混凝土泵管，以確保泵管暢通無阻。當(dāng)相關(guān)機(jī)械處于同一高度時，可以進(jìn)行鉆孔。在施工過程中，應(yīng)根據(jù)地層的實際情況，合理調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，以保持穩(wěn)定。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件相對較差時，應(yīng)合理提高充填系數(shù)，以防止坍塌。

（三）深層攪拌樁支護(hù)法

深層攪拌樁支護(hù)法主要是通過固化成樁的操作過程，可以在整個施工過程中充分發(fā)揮原始土壤的作用，可以大大節(jié)約能源，實現(xiàn)自然資源的再利用。在相應(yīng)的攪拌過程中，其對地基周圍的土壤沒有影響，對周圍的交通影響也很小?；炷恋臐仓^程，由于樁的形成過程與混凝土的澆筑密不可分，因此，相關(guān)操作人員有必要在最合適的時間進(jìn)行充分的技術(shù)準(zhǔn)備并進(jìn)行灌注操作。

（四）機(jī)械碾壓法

機(jī)械碾壓法主要針對路基中的黏土，通過機(jī)械碾壓施工技術(shù)，可以有效地改善軟土地基的不均勻土層，可以提高軟土地基的密實度、可靠度，使軟土地基表面更光滑。

（五）排水固結(jié)法

在飽和度較大的軟土路基施工中，排水固結(jié)技術(shù)較為常用。排水固結(jié)技術(shù)主要是通過在天然地基設(shè)置排水措施，由建筑結(jié)構(gòu)的自重來分層增壓，逐漸排除軟土中的孔隙水，使軟土達(dá)到固結(jié)和均勻沉降的施工效果。該技術(shù)是穩(wěn)固軟土地質(zhì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有效方法，綜合排水固結(jié)技術(shù)和密閉式加壓技術(shù)能夠使軟土路基中的水分快速排出，提高排水的效率，增強(qiáng)軟土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有助于提高載荷能力。

（六）添加劑法

添加劑法是對軟土路基進(jìn)行處理的常見方法之一，其對機(jī)械設(shè)備要求低，且成本不高，便于操作。常見的做法是將軟土地基中混入水泥、生石灰、熟石灰等添加劑，使添加劑與土壤發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，消耗軟土路基中的水分，且生成穩(wěn)定的固態(tài)顆粒，改變軟土路基原有的土壤成分和結(jié)構(gòu)特性，提升軟土路基的穩(wěn)定性和抗壓性。

（七）鋪墊法

在國內(nèi)目前的軟土路基常規(guī)施工中，對于路基表層部分通常使用一定的土工織物，其應(yīng)具有較高的抗拉度和耐腐蝕性，且應(yīng)具有相應(yīng)的連續(xù)性和便捷性。鋪墊技術(shù)在軟土路基施工中的有效運(yùn)用，能夠有效減少填方后路基發(fā)生沉降的情況。另外，土工織物的合理鋪墊也能夠增強(qiáng)路基的載荷能力。土工織物主要由土工布以及格柵組成，將土工布和格柵共同鋪墊在軟土路基表層，具有一定的隔離和排水功用，對于反過濾和路基結(jié)構(gòu)性能的增強(qiáng)也具有一定效果。

四、軟土路基的沉降模式

（一）均勻沉降

如果普通路基均勻且填方路基高度相差不多的情況下，相對于加固后的軟土路基，普通路基段則可能出現(xiàn)整體均勻沉降，沉降量取決于普通路基和加固軟土路基之間的剛性差異，并與之成正比，剛度差異越大，則沉降量越大。該沉降模式可引發(fā)路面斷裂，形成斷層，對于高速行駛的車輛而言有較大的安全隱患。

（二）不均勻沉降

如果普通路基不均勻，在外部壓力作用下將引發(fā)不均勻沉降變形。該沉降量是漸變過程，受應(yīng)力和地基性質(zhì)所影響，路基的不均勻沉降可引發(fā)路面起伏，嚴(yán)重時路面發(fā)生應(yīng)力裂縫，相較于整體沉降，不均勻沉降對汽車和路面的損傷相對較小。

五、工程概況

某高速公路項目設(shè)計速度為100km/h，位于K5+550—K5+700 段，為橋梁軟土路基過渡段，整體地勢平坦，地表為魚塘和農(nóng)田范圍，主要為淤泥土和粉質(zhì)黏土。根據(jù)勘察報告顯示，埋深2～40.3m 處分布軟弱土層，大約0.9～15.3m 厚，軟土層含水量大，軟土層承載力低，性質(zhì)表現(xiàn)極差。該項目中塑料排水板的最大處置深度為26.5m，排水板打設(shè)總長約為445 320m，排水板間距為1m，呈梅花形分布，采用兩臺插板機(jī)進(jìn)行處置施工，導(dǎo)管為直徑12cm 的無縫鋼管。

本工程制訂的軟土路基處理方案如下：對于軟基的處理方法有很多種，如爆破排淤法、拋丸擠淤法、基底開挖法、墊層法、堆載超載預(yù)壓法、塑料排水板、水泥攪拌樁、EPS 處理、粉噴樁加固、凍土法、砂井預(yù)壓等。本項目從經(jīng)濟(jì)和施工周期等多方面進(jìn)行考慮，選擇使用了塑料排水板與超載預(yù)壓加固法進(jìn)行軟土路基處理。塑料排水板預(yù)壓加固法具有施工速度快、項目周期短的優(yōu)點(diǎn)，可以有效保證濾水和排水效果，同時因為排水板小巧，在施工過程中對地基的干擾和影響小，能在超軟弱地基上進(jìn)行施工，符合當(dāng)前項目標(biāo)段的軟弱地層施工環(huán)境。

六、軟土路基的施工技術(shù)

（一）打入排水板

按照插板設(shè)計間距進(jìn)行定位，塑料排水板之間的間距公差為10cm，垂直偏差應(yīng)<1.5%，排水板導(dǎo)管靴和樁尖為圓形。需保證樁尖與導(dǎo)管靴的配合，避免產(chǎn)生錯縫情況，以防止淤泥進(jìn)入導(dǎo)管堵塞排水板。在插入塑料排水板時應(yīng)保證插入的深度不小于設(shè)計深度。如遇塊石或其他障礙不能插入時可在邊上進(jìn)行補(bǔ)插，如排水板需要接駁，應(yīng)采用濾膜內(nèi)芯板平搭接，同時保證長度>15cm。塑料排水管打設(shè)完成，應(yīng)留有25～30cm 的板頭連接砂墊層，以保證排水、疏水。

（二）鋪設(shè)土工格柵布

土工格柵布需要分兩層進(jìn)行鋪設(shè)施工，間距控制在35cm，當(dāng)完成砂墊層填筑并且打入排水板后鋪設(shè)第1 層，沿路基橫向進(jìn)行施工，路基兩側(cè)應(yīng)預(yù)留>1m 的格柵寬度，在搭接土工格柵布時搭接寬度應(yīng)>45cm，每隔100cm 使用扎扣進(jìn)行連接和用地釘固定，以保證土工布的平直，避免產(chǎn)生褶皺扭曲情況。當(dāng)?shù)? 層土工布鋪設(shè)完畢后開始第2 層砂墊層施工，在施工過程中嚴(yán)禁施工作業(yè)機(jī)械在土工布上直接通行，防止土工布出現(xiàn)起皺、起鼓、不平整及土工布破損的情況，待砂墊層填筑水平檢測合格后進(jìn)行靜壓施工，靜壓施工符合設(shè)計要求后進(jìn)行第2 層土工格柵布鋪設(shè)。

（三）排水施工

在坡腳1.5m 處用黏土填筑寬2m、高1.6m 的人工護(hù)腳排水溝，護(hù)腳每隔4.5m 設(shè)置一處0.5m×0.5m 的碎石排水溝，以便橫向流水通暢。碎石排水溝從內(nèi)到外分別使用粒徑為4cm、2cm、0.5cm 的石料進(jìn)行鋪設(shè)。等沙土填平護(hù)腳后停止填筑，按上述參數(shù)繼續(xù)設(shè)置第2 層護(hù)腳，第2 層護(hù)腳的擋水面需要用薄膜覆蓋，以便排水從第1 層護(hù)腳排出，護(hù)腳設(shè)置完成后繼續(xù)往上填筑砂層。排出的施工污水需要引入沉淀池，待經(jīng)過沉淀處理后方可排入河流，以免造成環(huán)境污染。

（四）超載預(yù)壓施工

待路基里面的砂墊層壓實平整后進(jìn)行超載預(yù)壓施工。超載預(yù)壓層和封土層的填筑方式相同，即通過車輛運(yùn)輸土層進(jìn)行填筑，橋梁過渡段采用堆載加超載預(yù)壓的方式進(jìn)行。本工程考慮到水壓的因素，采用石粉進(jìn)行堆載超載填筑且堆載高度為90cm，堆載超載土方容重為23KN/m3，采用灌砂法檢測密度。

（五）橋頭過渡段施工

橋頭路基填筑同樣使用砂料，每層填筑厚度控制在30cm，過渡段長度為20m，以橋頭為起點(diǎn)，10m 內(nèi)的路基堆載高度為普通路基的2 倍。

七、結(jié)語

本文以某高速公路項目為背景，論述了軟土路基橋梁過渡段的影響和危害以及路基的沉降模式，研究了公路橋梁施工中軟土路基及過渡段的處理措施和主要施工技術(shù)，并根據(jù)實際項目情況調(diào)整和優(yōu)化施工方法，針對橋頭過渡段的填筑厚度和路基堆載的高度進(jìn)行特殊處理，以防止在環(huán)境負(fù)載時沉降變形引起跳車等情況，最終取得了良好的施工效果。