道路橋梁施工中軟土地基處理技術(shù)的應(yīng)用探討

蔡文隆

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術(shù)與筑路材料工程技術(shù)研究中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

對軟土地基進(jìn)行有效的處理，是保障道路橋梁工程項(xiàng)目基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用安全性的重要工作內(nèi)容。就目前大部分道路橋梁工程項(xiàng)目而言，由于軟土地基的存在而產(chǎn)生的路面塌陷與不均勻沉降等依然是施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。而針對軟土地基松軟多孔的特點(diǎn)及其對道路橋梁工程產(chǎn)生的危害性，需要有關(guān)施工人員進(jìn)一步提高軟土地基處理技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)對道路工程施工質(zhì)量的改善。

1 道路橋梁工程項(xiàng)目中軟土地基的特征

1.1 疏松多孔的結(jié)構(gòu)

相對于建筑工程項(xiàng)目中常見的一些地基結(jié)構(gòu)類型而言，構(gòu)成軟土地基的泥土大多屬于松散、顆粒狀的黏土與粉土，因此土質(zhì)的松軟也進(jìn)一步導(dǎo)致形成的軟土地基結(jié)構(gòu)具有疏松多孔的特點(diǎn)。軟土地基疏松多孔的特點(diǎn)一方面會造成土壤中的電荷分布不均勻，這會嚴(yán)重影響到地基結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能。除此之外，部分軟土地基除了由黏土構(gòu)成之外，其中還摻雜有泥炭和松散砂石等，這些雜質(zhì)的存在會進(jìn)一步增加軟土地基中的空位數(shù)量和孔隙的大小。當(dāng)雨水透過土層滲入到這些空隙中時(shí)，便會進(jìn)一步提高軟土地基內(nèi)部的含水量，大幅度降低了地基結(jié)構(gòu)的密實(shí)度和強(qiáng)硬度，嚴(yán)重影響到路橋工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，只有利用科學(xué)的軟土地基處理方法對土質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的改善，才能確保軟土地基上部的建筑物穩(wěn)定性和安全性達(dá)到國家要求的使用標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 流動(dòng)性能較強(qiáng)

流動(dòng)性也是軟土地基的一個(gè)重要的特點(diǎn)。產(chǎn)生流動(dòng)性的原因主要在于軟土地基土質(zhì)松散，而且內(nèi)部含有大量的孔隙與水分。一方面隨著外部壓力的增大，軟土地基中的空氣會在壓縮中不斷消失，從而促進(jìn)了軟土地基內(nèi)松軟的土層不斷移動(dòng)，表現(xiàn)為一定的流動(dòng)性。另一方面，軟土地基內(nèi)部存在較為豐富的自然水資源，而在溫度的影響作用下，水的蒸發(fā)與擴(kuò)散會進(jìn)一步帶動(dòng)周圍的泥土也不斷移動(dòng)。在道路橋梁工程項(xiàng)目中，隨著車輛的通行導(dǎo)致橋面或者路面受到的外部壓力不斷增大，當(dāng)量變產(chǎn)生質(zhì)變時(shí)，會進(jìn)一步促使軟土地基的不均勻沉降發(fā)生。而這一問題的出現(xiàn)，會導(dǎo)致更為嚴(yán)重的地基坍塌和建筑結(jié)構(gòu)損毀等現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而造成不必要的財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡。

1.3 抗剪強(qiáng)度相對較低

對于現(xiàn)代化道路橋梁工程項(xiàng)目的地基結(jié)構(gòu)而言，抗剪強(qiáng)度是衡量一個(gè)地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與抗剪切、壓縮能力強(qiáng)弱的一項(xiàng)重要指標(biāo)。軟土地基疏松多孔的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其很難在高強(qiáng)度的外部載荷作用下，依然保持較為完整的結(jié)構(gòu)和較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，軟土地基的抗剪強(qiáng)度系數(shù)普遍較低。另外，這種地基結(jié)構(gòu)的壓縮系數(shù)本身偏高，所以以這種軟土地基作為主體地基結(jié)構(gòu)的道路橋梁工程項(xiàng)目，其承載能力與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面便會存在很大的安全隱患問題。例如，在道路橋梁的實(shí)際施工過程中常見的塌陷與地基下沉等問題，大多是由于施工現(xiàn)場地基中存在有部分未被發(fā)現(xiàn)的軟土地基結(jié)構(gòu)。在這種情況下，由于地基的承載能力不足以抵消上部建筑的重力與下沉趨勢，所以會導(dǎo)致一些質(zhì)量與安全問題時(shí)有發(fā)生。

2 軟土地基在道路橋梁工程中的危害性

路橋工程項(xiàng)目中軟土地基的普遍存在，是導(dǎo)致很多道路和橋梁在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題和滲水滲漏等不良現(xiàn)象的主要原因之一，因此，對現(xiàn)代化道路橋梁工程的使用壽命和安全系數(shù)都會造成很大的影響。通常情況下，道路橋梁的軟土地基由于其自身結(jié)構(gòu)的多孔疏松性，因此很難和上部建筑形成較好的整體穩(wěn)固性，通常會由于軟土地基強(qiáng)度與承載力相較于其他部分較低而出現(xiàn)部分形變或地基不均勻沉降等現(xiàn)象。除此之外，道路橋梁工程中路面和橋面的平整度也會受到軟土地基的影響，由于它的存在而引起的不均勻沉降問題會進(jìn)一步演變?yōu)槁访娉霈F(xiàn)大量的裂縫或表皮脫落的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致基體結(jié)構(gòu)部分脫離道路橋梁工程主體結(jié)構(gòu)的情況，嚴(yán)重影響路橋工程結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。由此可見，軟土地基在道路橋梁工程中表現(xiàn)出的危害性和容易引發(fā)的安全隱患問題，必須得到有關(guān)施工單位的重視。在勘測地基土質(zhì)情況和周圍巖石結(jié)構(gòu)的分布情況時(shí)，應(yīng)按照實(shí)事求是的工作原則，結(jié)合道路橋梁工程所在地的氣候條件與水文地質(zhì)特點(diǎn)，深入分析軟土地基可能存在的問題，這樣才能采取科學(xué)有效的改善方法提高軟土地基的強(qiáng)度與承載能力，從而保障道路與橋梁的使用安全和國民出行的便捷通暢。

3 道路橋梁工程中軟土地基處理技術(shù)的應(yīng)用

3.1 表層處理技術(shù)

表層處理技術(shù)在道路橋梁工程中的應(yīng)用非常廣泛，尤其在處理軟土地基的表層軟弱、強(qiáng)度較低等問題時(shí)，能夠取得非常良好的強(qiáng)化處理效果。軟土地基表層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、承載力較差等問題，主要是由于軟土地基內(nèi)部含水量較大而引起，而空隙中水的流動(dòng)性影響了地基整體結(jié)構(gòu)的承載性能。因此，軟土地基表層處理技術(shù)的技術(shù)原理，便是圍繞如何通過添加強(qiáng)化材料來實(shí)現(xiàn)對軟土地基孔隙內(nèi)的自然水進(jìn)行有效排除，從而顯著提高軟土地基表面的強(qiáng)度和硬度，減少局部變形發(fā)生的可能。同時(shí)，為了避免道路橋梁工程在實(shí)際的使用過程中由于軟土地基疏松土質(zhì)的影響而導(dǎo)致受力不均勻，最終形成不均勻沉降和應(yīng)力不均勻分布等問題，還需要對與軟土地基相接觸的土地表面進(jìn)行必要的強(qiáng)化和加工，從而顯著提高其可塑性來實(shí)現(xiàn)更好的支撐效果。常見的處理方法有以下兩種：

(1)砂石墊層法。當(dāng)軟土地基內(nèi)部和土地表面含水量較高時(shí)，可以利用砂石等材料對地基表面進(jìn)行鋪墊和強(qiáng)化。砂石材料的鋪墊厚度保持在0.6～1.3 cm即可，這樣既能夠起到吸水、降低水位的效果，同時(shí)又能夠避免過厚的砂石墊層之間相對滑移，從而影響到地基整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在設(shè)置砂石墊層的過程中，施工人員必須要提前計(jì)算好地基所能承受的最大重量范圍，并根據(jù)測得的最大承重值對地基地表強(qiáng)度進(jìn)行針對性的改善和加強(qiáng)，從而使砂石墊層最大化地發(fā)揮強(qiáng)化作用。砂石墊層法如圖1所示。

圖1 砂石墊層法示意圖

(2)表層排水法。表層排水法主要應(yīng)用于當(dāng)軟土地基的土質(zhì)較好、表層含水量較高的情況，相較于砂石墊層法通過利用添加材料來達(dá)到降低水位和提高表面強(qiáng)度的方式，表層排水法的工序和施工流程更為簡潔。其技術(shù)原理主要是通過在與軟土地基相接觸的土地表面挖掘相應(yīng)的溝槽，并利用軟土地基內(nèi)部孔隙中水的自然流動(dòng)與重力作用，使大量的水流到地表溝槽中并通過溝槽排除出去。相較于砂石墊層法而言，表層排水法手段更加直接，而且對于施工人員的技術(shù)水平要求也相對較低，因此在道路橋梁工程項(xiàng)目中得到了更為廣泛的應(yīng)用。常用塑料排水板技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 A型塑料排水板技術(shù)指標(biāo)表

3.2 強(qiáng)化夯實(shí)法

在應(yīng)對道路橋梁施工過程中軟土地基松軟土質(zhì)所造成的不良影響時(shí)，施工單位還可以通過夯實(shí)的物理手段，從宏觀角度改變軟土地基內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)度與內(nèi)部組織的分布情況，從而顯著提高軟土地基內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)度與強(qiáng)硬度。在運(yùn)用強(qiáng)夯法強(qiáng)化軟土地基表面時(shí)，首先需要施工人員準(zhǔn)確地測量軟土地基的著力點(diǎn)和基體內(nèi)部密實(shí)度情況，同時(shí)結(jié)合測量數(shù)據(jù)合理設(shè)定能夠最大幅度提高軟土地基強(qiáng)度的強(qiáng)夯點(diǎn)。之后要向地基內(nèi)部填充強(qiáng)化材料來提高地基的整體密度。在選擇填充材料時(shí)要盡可能選取耐用性較好、強(qiáng)度硬度更高、可塑性更好的填充材料，這有助于更好地適應(yīng)和補(bǔ)充軟土地基內(nèi)部存在的大量空隙，從而達(dá)到更高的強(qiáng)化和加固效果。在實(shí)際施工過程中，運(yùn)用強(qiáng)夯法要遵循規(guī)范的夯實(shí)處理順序，應(yīng)盡量先從軟土地基兩側(cè)按照強(qiáng)夯點(diǎn)的分布對地基進(jìn)行夯實(shí)處理，并保持均勻的夯實(shí)速度，逐步向軟土地基的中央?yún)^(qū)域推進(jìn)。在夯實(shí)強(qiáng)化結(jié)束后及時(shí)對各部分軟土地基結(jié)構(gòu)進(jìn)行取樣檢測，這樣才能更好地確保軟土地基表層強(qiáng)化的均勻性和完整性。

3.3 拋石擠淤處理法

拋石擠淤處理法通常被施工人員用于處理地基水位較高、積水和孔隙分布較為密集的軟土地基。拋石擠淤法主要是通過向軟土地基厚度較小的部位拋投碎石料來排淤泥、清積水，有效地實(shí)現(xiàn)對軟土地基的密實(shí)強(qiáng)化和硬化處理。其中，如何選擇合適的碎石料尺寸是應(yīng)用這種處理方法需要重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵問題，粒徑過大或者過小的石料不但不能夠有效地實(shí)現(xiàn)排除淤泥和擠出水分的效果，甚至還會影響到軟土地基的整體平整度和穩(wěn)定性。通常情況下，可以采用粒徑大小在30 cm以下的碎石料進(jìn)行拋填，拋填的順序和強(qiáng)夯法順序基本一致，按照由兩側(cè)向中央的拋填順序來擠壓和引導(dǎo)淤泥、水分排出。另外，除了要進(jìn)行大面積的拋填碎石之外，對于大塊碎石之間存在的狹小縫隙也應(yīng)該及時(shí)地用小石塊進(jìn)行填補(bǔ)，這樣一方面能夠避免碎石層在強(qiáng)烈的擠壓中下發(fā)生相對滑動(dòng)而影響地基整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，另一方面還能夠更好地保障地基表面的平整度達(dá)到更高的水準(zhǔn)。

3.4 高壓噴射注漿處理法

在處理軟土地基的過程中不僅僅需要考慮強(qiáng)化質(zhì)量與處理效果的問題，同時(shí)還應(yīng)該立足于道路橋梁施工項(xiàng)目的實(shí)際情況，在必要條件下合理選擇施工量更小、施工成本更低的處理方法。高壓噴射注漿處理技術(shù)是一種對地基要求較低、工程量較小、施工成本相對更合理的軟土地基處理方法。通常情況下，高壓噴射注漿處理技術(shù)在天然的軟土地基條件下可以很好地應(yīng)用。施工人員利用鉆孔機(jī)將在軟土地基上標(biāo)注的鉆孔位置進(jìn)行鉆穿，在確定好標(biāo)準(zhǔn)的注漿深度后，利用插入鉆孔樁的注漿管并配合使用高壓泵將漿液注入軟土地基內(nèi)部的土層中。由于漿液在高壓沖擊作用下，能夠很快和軟土地基內(nèi)部土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效混合，在凝固后便能夠形成整體穩(wěn)定性和均一性較好的復(fù)合人工地基結(jié)構(gòu)，可以在很大程度上顯著提高地基的抗壓性能與承載能力。

3.5 水泥攪拌技術(shù)

水泥攪拌技術(shù)指的是利用水泥作為固化劑，配合其他建筑固化材料的使用，以進(jìn)一步提高建筑材料的強(qiáng)度和硬度，并加強(qiáng)路橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在運(yùn)用水泥攪拌技術(shù)時(shí)，常用的設(shè)備包括水泥攪拌樁和高壓噴射器等，利用這些設(shè)備將水泥攪拌均勻后噴射到軟土地基中，通過水泥的凝固以及和土壤之間發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)，最終將地基的硬度和密實(shí)度提高到更高的水平。

4 提高軟土地基處理技術(shù)強(qiáng)化效果的有效措施

4.1 綜合考慮道路橋梁地基建設(shè)的要求及條件

針對道路橋梁施工過程中存在的軟土地基問題，目前施工單位可以采取的有效處理方法有很多，但是如何能夠最大限度地發(fā)揮出這些軟土地基處理方法的作用和效果，需要通過加強(qiáng)對道路橋梁工程地基建設(shè)要求和所具備條件的綜合考慮來實(shí)現(xiàn)。施工單位可以從道路橋梁工程的質(zhì)量要求、施工現(xiàn)場周圍的地質(zhì)條件、企業(yè)經(jīng)濟(jì)情況等幾個(gè)方面進(jìn)行全面考慮，從而制定更加科學(xué)合理的軟土地基處理方案，這樣才能在兼顧道路橋梁工程施工質(zhì)量的前提下，更好地保障施工單位和建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 進(jìn)行充足的施工準(zhǔn)備工作

在施工前期，施工單位所做的準(zhǔn)備工作是否充分，對于路橋工程的施工質(zhì)量是否能夠達(dá)到建設(shè)單位要求的標(biāo)準(zhǔn)水平具有重要的影響。無論是高壓噴射注漿技術(shù)還是水泥攪拌技術(shù)等，都要求施工單位提前對所使用的設(shè)備與材料進(jìn)行檢測，這樣才能確保施工現(xiàn)場的各環(huán)節(jié)工作嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)水平有序進(jìn)行下去。

5 結(jié)語

綜上所述，進(jìn)一步提高道路橋梁工程項(xiàng)目中軟土地基施工的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化水平，是改善當(dāng)前我國道路橋梁工程施工質(zhì)量及安全系數(shù)低下問題的有效措施。在應(yīng)用軟體地基處理方法時(shí)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)有關(guān)施工人員對核心技術(shù)要求和施工標(biāo)準(zhǔn)的重視，利用高科技技術(shù)和培養(yǎng)專業(yè)化人才來推動(dòng)道路橋梁建設(shè)行業(yè)的發(fā)展。