探究軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用

李祿

山西振興公路監(jiān)理有限公司 山西太原 030032

我國國土面積遼闊、地質(zhì)條件復(fù)雜，部分地區(qū)土層經(jīng)長時(shí)間受到雨水、地下水體侵蝕致使粉質(zhì)土層不斷堆積，形成穩(wěn)定性較差、粘結(jié)性偏低的軟弱土層。公路橋梁基礎(chǔ)為此類軟弱土層，會(huì)降低基礎(chǔ)部分的牢固性，極有可能造成路基不均勻沉降、坍塌等質(zhì)量缺陷乃至較為嚴(yán)重的安全事故。為了保證公路橋梁施工正常、有序進(jìn)行，提升公路橋梁后續(xù)通行的安全性、耐久性與舒適度，需高度重視軟土地基的處理，在工程建設(shè)前對路基承載力、土質(zhì)特點(diǎn)及地質(zhì)條件等進(jìn)行實(shí)地勘察，在獲取工程及地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上科學(xué)制定施工組織方案、合理選擇軟土地基處理技術(shù)，提高公路橋梁工程整體質(zhì)量特性，進(jìn)而充分發(fā)揮軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的作用。

1 公路橋梁施工中軟土地基的特點(diǎn)

我國公路行業(yè)規(guī)范將軟土地基定義為結(jié)構(gòu)性較低、空隙率較高且一般含有一定量有機(jī)物質(zhì)的軟弱土層。通過梳理相關(guān)文獻(xiàn)及工程資料，總結(jié)公路橋梁施工中軟土地基三大特點(diǎn)，具體如下：

1.1 土質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

在自然及人為因素的作用下，部分區(qū)域會(huì)形成不同結(jié)構(gòu)的軟弱土層。如在河流、海水覆蓋的較為穩(wěn)定的區(qū)域，會(huì)形成具有高含水量特征的且以與淤泥為主的軟弱土層；在海水及河流覆蓋的不穩(wěn)定區(qū)域，因水體沖刷、侵蝕會(huì)形成以淤泥與沙泥沖積交互的軟弱土層；在人類活動(dòng)開發(fā)的影響下，如圍湖造田、城市建設(shè)等，會(huì)導(dǎo)致區(qū)域周邊形成新填的土石層[1]。由此可見，公路橋梁施工中軟土地基土質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成因多樣，不同結(jié)構(gòu)的軟土地基其處理技術(shù)、關(guān)鍵環(huán)節(jié)等不盡相同，如果處理技術(shù)選擇不合理、施工組織方案不科學(xué)，再加上軟土地基穩(wěn)定性差、承載力偏低，不能達(dá)到路基及橋梁基礎(chǔ)持力層強(qiáng)度、物理學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，很容易在實(shí)際施工中發(fā)生不均勻沉降問題，降低公路橋梁主體工程的穩(wěn)定性與耐久性。

1.2 結(jié)構(gòu)性較差

在近山坡地帶的公路橋梁工程，一般以換填施工改善軟土地基結(jié)構(gòu)性與抗剪強(qiáng)度，衡量換填施工質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一便是壓實(shí)度。通常情況下，換填土體壓實(shí)度越大，空隙率越低、壓縮量越小，在縱向上透水性與天然土體持平，在橫向上壓透水性略大于垂直方向，基本可以達(dá)成地基承載強(qiáng)度。

1.3 承載力偏低

一般情況下，地基承載力衡量指標(biāo)包括地基強(qiáng)度、地基變形。地基強(qiáng)度是指在公路橋梁通行過程中地基牢固、穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生剪切性破壞；地基變形是指影響公路橋梁工程主體結(jié)構(gòu)安全性及正常使用的變形。天然、密實(shí)地基的強(qiáng)度較高、沉降變形量較小，但軟土地基因其土質(zhì)松軟、含水量較高，再加上含有一定量的有機(jī)物質(zhì)，在實(shí)際施工中即使初期強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際施工中仍需要對其強(qiáng)度、變形量等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，主要原因在于軟土地基承載力較低，如果在實(shí)際施工中通過加大基礎(chǔ)接觸面積的方式降低公路橋梁對軟土地基的壓強(qiáng)，極有可能因主體結(jié)構(gòu)自重增加延伸壓力范圍與深度，進(jìn)一步降低軟土地基承載力、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，極有可能為后續(xù)通行埋下安全隱患，甚至?xí)?dǎo)致工程主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、塌陷等質(zhì)量問題，不僅會(huì)降低工程經(jīng)濟(jì)效益，而且會(huì)影響工程的服務(wù)質(zhì)量[2]。

2 軟土地基對公路橋梁施工的影響

由于軟土地基承載力偏低，極有可能為公路橋梁施工埋下安全隱患，并導(dǎo)致公路橋梁施工出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。綜合來看，軟土地基對公路橋梁施工的影響體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：軟土地基處理是公路橋梁施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若想切實(shí)提升軟土地基的穩(wěn)定性與承載力，既需要注重軟土地基處理技術(shù)的合理應(yīng)用，又需要科學(xué)組織施工工藝操作流程，具體如下：其一，侵蝕路面。軟土地基壓縮量大、強(qiáng)度低、空隙率高且含水量較大，在公路橋梁工程施工中會(huì)對施工質(zhì)量及安全造成不良影響，尤其是雨期及降水量較大的區(qū)域，路堤長時(shí)間受到雨水的侵蝕、沖刷以及浸泡會(huì)出現(xiàn)變形問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫，不僅會(huì)縮短公路橋梁工程使用壽命，還會(huì)影響其通行的安全性；其二為路面沉降。此為公路橋梁軟土地基施工中最為常見的問題之一，如果在實(shí)際施工中對軟土地基處理不到位，加固方式不科學(xué)，且未能根據(jù)實(shí)際施工情況、軟土特點(diǎn)等選擇適宜的施工方法，再加上施工現(xiàn)場人員專業(yè)技能不足、質(zhì)量管控力度較低，便既有可能導(dǎo)致公路橋梁基礎(chǔ)部分沉降不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大裂縫，影響到公路橋梁工程的穩(wěn)定性與安全性。由此可見，在公路橋梁施工中科學(xué)應(yīng)用軟土地基處理基礎(chǔ)是保障工程安全性的必然選擇[3]。

3 軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用

3.1 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)是真空預(yù)壓技術(shù)與堆載預(yù)壓技術(shù)的有機(jī)整合，吸取兩項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢，適用于軟土地基較深的公路橋梁工程施工段?？紤]到部分軟土地基承載力過低、壓縮量過大，施工機(jī)械無法就位作業(yè)，需要在原有土層上加設(shè)土工布、土工格柵，鋪設(shè)風(fēng)化料并達(dá)到機(jī)械作業(yè)所需強(qiáng)度后進(jìn)行機(jī)械施工。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)要點(diǎn)為：①在工作墊層之上攤鋪以無雜質(zhì)、級配良好、含泥量不超過5%中粗砂為原材料的墊層砂，厚度以0.5m為宜；②檢查塑料排水板表面平整度、有無劃痕、延伸性及抗拉強(qiáng)度等。檢查濾膜規(guī)格、物理學(xué)性能等是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，檢查無誤后將塑料排水板頭埋置于砂墊層中；③對塑料排水板進(jìn)行整平，呈矩形布置真空濾管并連接管道，在其上攤鋪20cm厚度砂墊層；④以帷幕墻、壓膜溝等提升真空預(yù)壓區(qū)密封性能，安裝射流式真空泵及觀測儀器，并在加固區(qū)四周設(shè)置圍堰，以水的形式進(jìn)行堆載；⑤在抽氣過程中，每間隔4h測讀一次泵與膜下真空度。當(dāng)抽氣至恒載時(shí)測度一次代沉降值。同時(shí)在抽氣過程中保證連續(xù)，做好監(jiān)測記錄。

3.2 排水固結(jié)技術(shù)

排水固結(jié)施工技術(shù)是指以豎向排水體排出軟土顆粒間隙中的水分，使軟土顆粒固結(jié)并顯著提升軟土地基強(qiáng)度、粘結(jié)性的加固技術(shù)。公路橋梁工程施工中排水固結(jié)施工技術(shù)要求為：其一，切實(shí)做好測量放線工作，精準(zhǔn)確定中樁、邊樁位置與高程，規(guī)劃好軟土地基的處理范圍；其二，保持軟土地基施工作業(yè)面無水，清除軟土地基處理范圍內(nèi)的植被、爛根等有機(jī)雜質(zhì)。如果公路橋梁工程處于淤泥上方，需要清除30至50cm淤泥；其三，在淤泥表層填筑寬出路基坡腳1.5m、厚度在30至50cm范圍內(nèi)的土方并進(jìn)行夯實(shí)處理，保持壓實(shí)度在86%至90%范圍之內(nèi)；其四，嚴(yán)格控制砂墊層鋪設(shè)材料質(zhì)量，借助推土機(jī)等機(jī)械設(shè)備鋪設(shè)厚度高于60cm且寬度多出路基坡腳1.5m的砂墊層；其五，將塑料排水板布置為等邊三角形，復(fù)核塑料排水板位置且準(zhǔn)確無誤后立即填筑30cm土方并夯實(shí)，保持壓實(shí)度在93%以上。同時(shí)，每隔100至150m在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、橋頭、軟基路基橫斷面位置設(shè)置三塊以上沉降板，在路基坡腳位置設(shè)置沉降觀測邊樁，在鋪設(shè)土工格后進(jìn)行路基填筑，完成后每隔7d觀測一次路基沉降值，如果超過預(yù)定范圍需立即停止施工再次對軟土地基進(jìn)行處理。

3.3 墊層施工技術(shù)

墊層施工技術(shù)是指在路基底部鋪設(shè)一層強(qiáng)度較高材料以提升軟土地基結(jié)構(gòu)性的施工技術(shù)。墊層材料的選擇與軟土地基結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、物理學(xué)性能、工程建設(shè)要求及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)，墊層的厚度也需要根據(jù)實(shí)際情況而定。綜合來看公路橋梁工程建設(shè)中軟土地基墊層施工技術(shù)方法如下：首先，在填方或土路基上鋪設(shè)厚度約為14cm的碾壓碎石基層，該環(huán)節(jié)對材料的消耗量較小，要求碎石級配優(yōu)良、無粗細(xì)顆粒離析問題，含水量以高出材料天然含水量1%為宜[4]；其次，碾壓碎石層夯實(shí)后對其進(jìn)行檢查驗(yàn)收，保證基底層不被破壞且碾壓碎石層表面平整；再次，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室配比確定單位面積水泥穩(wěn)定砂用量，以石灰粉在軟土地基處理區(qū)域內(nèi)劃線，在每一格內(nèi)放置袋裝水泥穩(wěn)定砂。在水泥穩(wěn)定砂攤鋪時(shí)以推土機(jī)及人工方式進(jìn)行作業(yè)，先借助推土機(jī)將水泥砂漿攤鋪在碾壓碎石層表面，表面大致平整后改為震動(dòng)壓路機(jī)穩(wěn)壓1至2次，再借助推土機(jī)與人工作業(yè)方式進(jìn)行找平，直至水泥穩(wěn)定砂攤鋪厚度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。最后，以震動(dòng)壓路機(jī)為機(jī)械設(shè)備，采用全輪錯(cuò)位法進(jìn)行碾壓，搭接15至20cm，反復(fù)碾壓6次以上，直至水泥穩(wěn)定砂表面平整、光滑。

3.4 換填施工技術(shù)

換填是指將挖除或部分挖除軟弱地基層，采用透水性能較好的材料進(jìn)行回填。在公路橋梁工程施工中，換填施工是一種操作簡單、效果優(yōu)良的軟土地基處理技術(shù)，適用于軟基層為1至2m的沼澤地。公路橋梁施工中軟土地基換填施工注意事項(xiàng)為：①根據(jù)基坑開挖深度選擇相應(yīng)的開挖施工方法。通常情況下，如果基坑開挖深度小于2m，可以直接使用挖掘機(jī)、人工作業(yè)方式進(jìn)行基礎(chǔ)開挖。如果基坑開挖深度超過2m，需要遵循先端部再中心的施工順序，在施工現(xiàn)場修筑臨時(shí)運(yùn)輸通道以便于自卸車運(yùn)出土方；②在基坑開挖前需對基坑底部進(jìn)行清理，如果軟弱土層處于路基坡腳范圍之內(nèi)，需要將軟弱土層全部清除，且采用階梯式基坑斷面。如果路基穿過軟弱土層，需要清除路基坡腳范圍內(nèi)的軟弱土層。如果軟土壓縮性較高，可以延伸護(hù)坡道，使其高于軟弱土層；③根據(jù)軟弱土層的類型確定路堤填筑高度、換填施工方法。通常情況下，如果軟土為沿海軟土且路堤填筑高度不超過3m，可采取部分換填施工方法，基坑開挖深度低于2m。如果沿海軟土路堤修筑高度超過3m，需挖除路堤底兩層淤泥，每邊挖3m寬。如果軟土為內(nèi)陸平原淤泥土質(zhì)，需將淤泥全部挖除換填滲水土。如果軟土為山前型軟土，需挖除泥炭皮并拋填片石沉落至基礎(chǔ)底部[5]。

3.5 深層攪拌施工技術(shù)

深層攪拌施工技術(shù)是指借助現(xiàn)代化攪拌機(jī)械設(shè)備將固化劑與軟土地基內(nèi)的軟土成分進(jìn)行深層攪拌，使固化劑與軟土成分充分接觸、融合并固結(jié)，進(jìn)而提升軟土地基結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度及穩(wěn)定性的施工技術(shù)。公路橋梁工程中應(yīng)用深層攪拌施工技術(shù)對軟土地基進(jìn)行處理具有機(jī)械設(shè)備簡單、人工勞動(dòng)量較少、固結(jié)效果較好的顯著優(yōu)勢，但如果攪拌時(shí)間設(shè)置不合理、固化劑使用不足便會(huì)大幅度降低軟土地基加固效果，甚至?xí)υ械耐临|(zhì)結(jié)構(gòu)造成不可逆損害。為此，在應(yīng)用深層攪拌施工技術(shù)時(shí)需把握以下要點(diǎn)：其一，清除軟土地基處理區(qū)域內(nèi)的所有障礙物與雜質(zhì)，如果地基底部不平整，需以粘性土料進(jìn)行找平；其二，根據(jù)施工場地實(shí)際情況及施工需求確定灰漿泵輸送量、輸送速度等參數(shù)；其三，在實(shí)際施工中以深層攪拌機(jī)自重將攪拌機(jī)葉片下沉至加固深度，采用邊攪拌邊噴漿的方式保持?jǐn)嚢铏C(jī)葉片下沉、上提，采用重復(fù)上提及下沉的方法形成一根柱狀加固體，重復(fù)上述步驟按照順序搭接柱狀加固體，最終形成塊狀加固體；其四，在施工中需要加設(shè)防離析措施，保持?jǐn)嚢铏C(jī)提升的速度與次數(shù)連續(xù)、均勻，如遇到較硬土層可以進(jìn)行沖水，但需要把握好水量，避免沖水影響深層攪拌樁樁身強(qiáng)度。

4 結(jié)語

綜上所述，軟土地基具有結(jié)構(gòu)性較差、承載力較低、土質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，如果在公路橋梁施工中對軟土地基處理不到位，或因前期實(shí)地勘察不細(xì)致、設(shè)計(jì)階段未考慮不同類型軟土地基施工處理差異性，將會(huì)導(dǎo)致路面沉降、主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫等較為嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。為此，需對公路橋梁施工中軟土地基的處理及加固予以高度重視，根據(jù)工程所在地地下水活動(dòng)情況、地質(zhì)條件、軟弱土層特點(diǎn)等科學(xué)制定施工組織方案、合理選擇真空聯(lián)合堆載預(yù)壓、排水固結(jié)、墊層、換填及深層攪拌施工技術(shù)，同時(shí)要加強(qiáng)對軟土地基施工質(zhì)量的控制及安全管理，在發(fā)揮軟土地基施工技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的同時(shí)切實(shí)提升公路橋梁工程整體的穩(wěn)定性、耐久性，進(jìn)而保證工程后續(xù)運(yùn)行的安全性、舒適性及堅(jiān)固性。