軟土地基的橋梁隧道施工技術(shù)

張 琪

甘南藏族自治州交通運(yùn)輸局

1 引言

橋梁隧道工程建設(shè)的難度系數(shù)較高，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)可能受到很多內(nèi)外部因素的影響，不僅加劇了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，更是影響了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)下的很多橋梁工程建設(shè)中，常常會(huì)遇到軟土地基的施工難題，因?yàn)檐浲列再|(zhì)的特殊性決定了這一地基條件的承載力不足，無(wú)法達(dá)到橋梁隧道的穩(wěn)定性和安全性標(biāo)準(zhǔn)，為促進(jìn)橋梁隧道工程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，工程企業(yè)在施工建設(shè)時(shí)需注意結(jié)構(gòu)加固，以提升整體的施工效果。

2 軟土地基工程特性

2.1 含水量高、空隙比大

軟土地基是一種相對(duì)特殊的地基類型，與一般的地基條件相比，軟土地基的含水量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常地基條件。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查，軟土地基的含水量在40%~80%范圍內(nèi)，再加上軟土地基中的空隙比相對(duì)較大，在工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中如果遇到了軟土地基的施工條件，整體的地基條件較差。

2.2 壓縮能力強(qiáng)

通常情況下，軟土地基的液限與壓縮系數(shù)之間存在著緊密的聯(lián)系，二者的這種正相關(guān)關(guān)系使得在施工建設(shè)的過(guò)程中可以有效利用這一關(guān)系的掌握來(lái)進(jìn)行地基處理。在液限逐步增大的情況下，壓縮系數(shù)也隨之呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，甚至在一些時(shí)候壓縮系數(shù)可以高達(dá)1.1MPa。就我國(guó)的地域條件來(lái)看，因?yàn)槲覈?guó)的幅員遼闊，不同地區(qū)分布著不同類型的土壤，在橋梁工程項(xiàng)目的實(shí)施中，因?yàn)樗幍牡赜驐l件不同，使得即使面臨的都是軟土地基的施工條件，但黏土的固化程度卻有著明顯的差距。因此，壓縮能力強(qiáng)同樣是軟土地基的突出特點(diǎn)，在施工過(guò)程中同樣需要從這一角度出發(fā)來(lái)改良地基。

2.3 滲透能力差

黏土中一般會(huì)含有一定的沙土，正是因?yàn)樯惩恋拇嬖冢沟密浲恋墓袒俣纫h(yuǎn)遠(yuǎn)低于黏土固化成塊的速度。從本質(zhì)來(lái)看，軟土屬于滲透力極差的黏土，在相對(duì)理想的施工條件下，即使受到了外界的巨大壓力作用，軟土地基中的土壤固化成塊速度也無(wú)法提升。但如果處于相對(duì)不理想的情況下，比如，軟土中的有機(jī)物含量高，有機(jī)物所產(chǎn)生的氣泡將會(huì)造成地基中的排水通道被堵塞，這一條件下，軟土地基的滲透能力將大大減小。

3 軟土地基對(duì)橋梁隧道的影響

3.1 軟土地基造成路面侵蝕

軟土地基的性質(zhì)比較特殊，在橋梁隧道施工的過(guò)程中，如果缺乏對(duì)軟土地基的適當(dāng)改良和處理，將會(huì)加劇橋梁隧道的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。通常情況下，在橋梁隧道施工過(guò)程中，碎石、混凝土是不可或缺的材料，這兩種材料的性質(zhì)特殊，抗雨水侵蝕能力不夠，這一特點(diǎn)使得軟土地基條件下的橋梁隧道施工中，常常會(huì)遇到嚴(yán)重的路面橋面侵蝕問(wèn)題，尤其是在雨季，路面或者橋面可能會(huì)受到嚴(yán)重的侵蝕而引起大面積破碎。

3.2 軟土地基造成路面沉降

軟土地基條件下的橋梁隧道施工中，路面沉降現(xiàn)象發(fā)生的頻次也相對(duì)較高，這種問(wèn)題對(duì)于橋梁隧道的質(zhì)量安全影響非常大。根據(jù)調(diào)查，這種情況下的路面下沉多是由于路橋軟土層遭遇了嚴(yán)重的地下水沖刷，地基中的水土流失問(wèn)題嚴(yán)重。此外，部分橋梁隧道工程項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，施工人員的技術(shù)能力低下，并沒(méi)有結(jié)合軟土地基的實(shí)際情況、橋梁隧道的結(jié)構(gòu)要求來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的地基處理，引起了嚴(yán)重的沉降，甚至在一些極端條件下加劇了路面的整體斷裂。

3.3 軟土地基的流變性導(dǎo)致橋梁基體變形

軟土本身具有流變性，這一性質(zhì)使得當(dāng)軟土遭遇了長(zhǎng)時(shí)間的荷載作用以后，即使在荷載保持穩(wěn)定的條件下，也依舊面臨著變形的問(wèn)題，主要是由于隨著時(shí)間的變化，土骨架黏滯蠕變?cè)桨l(fā)明顯，也就勢(shì)必伴隨著軟土的嚴(yán)重變形，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在土內(nèi)黏土顆粒含量越高的情況下，這種變形現(xiàn)象更為突出。雖然蠕變的速率非常小，但土中剪應(yīng)力值的變化同樣會(huì)影響到蠕變速率，在施工過(guò)程中需注意二者之間的這種關(guān)系。工程經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)應(yīng)力低于不排水剪切強(qiáng)度的50%情況時(shí)，整體上屬于減速蠕變，最終會(huì)保持在相對(duì)穩(wěn)定的條件下；當(dāng)應(yīng)力高于不排水剪切強(qiáng)度70%的情況下，蠕變速率保持在相對(duì)穩(wěn)定的條件下，但蠕變直到漸增最終被破壞。因此，當(dāng)橋梁隧道工程施工中遇到了軟土地基的施工條件時(shí)，除了要考慮排水固結(jié)的因素，更要加強(qiáng)對(duì)蠕變現(xiàn)象的分析，以有效應(yīng)對(duì)橋梁基體的變形現(xiàn)象。

4 橋梁隧道軟土地基施工技術(shù)

4.1 超前預(yù)支護(hù)和超前預(yù)加固

軟土地基的橋梁隧道工程建設(shè)中，為有效應(yīng)對(duì)地基和失穩(wěn)，超前預(yù)支護(hù)與超前預(yù)加固是十分有效地處理方式。根據(jù)其施工情況，超前預(yù)支護(hù)作業(yè)是在隧道開(kāi)挖之前所采取的支護(hù)處理策略，其支護(hù)包含了多種的方式，現(xiàn)場(chǎng)施工人員需對(duì)比超前預(yù)支護(hù)、超前預(yù)加固的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最為恰當(dāng)?shù)闹ёo(hù)手段。根據(jù)區(qū)分，管棚加固、超前小導(dǎo)管加固、超前錨桿法、掌子面噴射混凝土封閉等都屬于超前預(yù)支護(hù)的范疇，而超前預(yù)注漿為超前預(yù)加固中最為常用的技術(shù)。

4.1.1超前預(yù)支護(hù)

超前預(yù)支護(hù)處理包含了多種的支護(hù)技術(shù)：（1）管棚法。在利用這一方法進(jìn)行超前支護(hù)處理的過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)根據(jù)前期的設(shè)計(jì)方案，將特定型號(hào)的鋼管安裝于已經(jīng)鉆孔的孔洞內(nèi)，使得其可以沿著隧道的輪廓外側(cè)形成鋼管棚，在這些已經(jīng)安裝好的鋼管中采用注漿處理的方式，使得這些注漿鋼管可以與型鋼鋼架形成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)，使得在橋梁隧道中即使面臨的是軟土地基的施工條件，也可以發(fā)揮預(yù)支護(hù)系統(tǒng)的支撐作用。從管棚法的應(yīng)用效果來(lái)看，多在地質(zhì)松軟且地層完整性不足的條件下使用，可以發(fā)揮此支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)強(qiáng)度作用，使得土體的橫向拱作用、縱向梁作用得以增強(qiáng)。（2）超前小導(dǎo)管法。在利用這一超前支護(hù)方法時(shí)，施工人員需沿著橋梁隧道縱向在拱上部開(kāi)挖輪廓線外相應(yīng)范圍內(nèi)向前上方，或者沿隧道橫向在拱腳附近向下方傾斜一定角度布設(shè)注漿花管道。在注漿管道外露端，在條件允許的情況下需進(jìn)行鋼支撐的布設(shè)，但一些橋梁隧道中卻不需要進(jìn)行鋼支撐的設(shè)計(jì)，鋼支撐與管棚所起到的作用相類似，可以通過(guò)注漿作業(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)防水處理。（3）超前錨桿法。這一支護(hù)方式就是斜錨桿法，在淺埋松散的破碎地層中應(yīng)用效果非常理想，具體的施工作業(yè)中，需沿著隧道總平面方向在拱上部開(kāi)挖輪廓線外一定距離范圍內(nèi)向前上方，或者沿隧道水平方向在拱腳附近向下方一定傾斜角度進(jìn)行砂漿錨桿的布設(shè)，這種布設(shè)方式下，后續(xù)的洞口施工作業(yè)中可以保持一定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。（4）掌子面噴射混凝土封閉法。當(dāng)橋梁隧道施工作業(yè)中面臨的是隧道洞口巖石穩(wěn)定性較差、巖層含水量偏多的施工條件，噴射混凝土封閉法支護(hù)更為有效，現(xiàn)場(chǎng)施工人員需對(duì)掌子面利用噴射混凝土的處理方式來(lái)實(shí)現(xiàn)短暫的密封處理，通過(guò)這一處理來(lái)預(yù)防巖體受到風(fēng)化作用而引起坍塌等事故。噴射混凝土處理以后，也就在掌子面形成了一層特殊的支護(hù)層，對(duì)掌子面起到了一定的加固和穩(wěn)定作用。

4.1.2 超前預(yù)加固

超前預(yù)加固處理中，主要包含了地表注漿法和洞內(nèi)鉆孔注漿法。在地表注漿法的應(yīng)用中，有著一定的地質(zhì)條件要求，當(dāng)橋梁隧道現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件比較惡劣時(shí)，一般就可以選用這一技術(shù)，比如，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)為砂性土質(zhì)、大孔隙土質(zhì)時(shí)，地表注漿的加固處理就可以達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。但為達(dá)到最佳的處理效果，施工人員應(yīng)注意漿液的選擇，保障漿液配合比設(shè)計(jì)的科學(xué)性，在良好的地表注漿處理下，圍巖穩(wěn)定性得以提升，首先將帶孔的鋼管安裝于對(duì)應(yīng)的圍巖中，其次，向密排花管中注入一定量的漿液，使得該漿液可以與周圍圍巖良好的結(jié)合在一起形成整體結(jié)構(gòu)。洞內(nèi)鉆孔注漿法應(yīng)用時(shí)，一般需配備對(duì)應(yīng)的注漿機(jī)，在注漿作業(yè)進(jìn)行時(shí)，將提前準(zhǔn)備好的填充和膠結(jié)性能良好的漿液壓入到地層內(nèi)，漿液良好的性能也就對(duì)該處的地層實(shí)現(xiàn)了加固，在漿液膠結(jié)硬化以后，原有地層中的縫隙全部被填充，也就使得在注漿區(qū)域內(nèi)的地層作業(yè)中，滲漏水問(wèn)題得到了一定的控制。

4.2 軟土地基擠密壓實(shí)法

4.2.1 石灰填塞壓實(shí)法

在我國(guó)橋梁工程項(xiàng)目的實(shí)施中，橋梁隧道施工技術(shù)日漸成熟，尤其是在面臨軟土地基的施工條件時(shí)，石灰填塞壓實(shí)法非常有效，這一方法最早是在國(guó)外興起和應(yīng)用的，我國(guó)自20世紀(jì)70年代開(kāi)始應(yīng)用這一技術(shù)，在不斷地工程實(shí)踐過(guò)程中，石灰填塞壓實(shí)法在軟土地基處理中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。根據(jù)石灰填塞壓實(shí)法的技術(shù)原理，主要是由于石灰的性質(zhì)比較特殊，強(qiáng)吸水特性使得石灰在吸水以后出現(xiàn)了明顯的膨脹反應(yīng)，在路面擠壓作用下，軟土層地基強(qiáng)度得以大大提升，具有了更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。軟土層含水量偏高的情況下，如黃土、素填土、雜填土等構(gòu)成的軟土層中，石灰填塞壓實(shí)法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)突出。

4.2.2 強(qiáng)夯法

橋梁隧道軟土地基的處理上，強(qiáng)夯法同樣是非常有效地處理方法，具體的施工作業(yè)中，主要是通過(guò)對(duì)軟土地基的反復(fù)壓實(shí)與錘打，來(lái)改善軟土地基的特性，使得軟土地基的承載力大大提升。但對(duì)軟土地基的壓實(shí)處理中，需利用專門(mén)的壓路機(jī)或者夯實(shí)機(jī)械來(lái)進(jìn)行，在不斷地夯實(shí)處理中，地基內(nèi)的材料縫隙得以減少，土壤更為密實(shí)。根據(jù)強(qiáng)夯法在橋梁隧道軟土地基處理中的應(yīng)用，在20世紀(jì)70年代開(kāi)始才被引入我國(guó)，在山西、天津等的橋梁隧道建設(shè)中，應(yīng)用效果突出，整體的處理成本偏低，但強(qiáng)夯法同樣存在著一定的技術(shù)應(yīng)用局限，就是在黏性和含水量偏大的軟土層中，一般不選用這種處理方式。

4.3 墊層法

軟土地基處理中，墊層法同樣非常有效，在利用這一施工方法進(jìn)行相應(yīng)處理時(shí)，主要是利用沙石材料來(lái)填充底部，使得地基的承載力和強(qiáng)度得以提高，因此，墊層法對(duì)軟土地基的處理有效克服了地基沉降的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樯呈牧系男再|(zhì)特殊，可以使得軟土地基的排水性相對(duì)較好，對(duì)開(kāi)裂、沉降控制都有著重要的意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

軟土地基條件下的橋梁隧道施工難度較大，為達(dá)到最佳的施工處理效果，工程人員需注重對(duì)軟土地基的分析，根據(jù)橋梁隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工要求，選擇最佳的施工處理技術(shù)，保持橋梁隧道結(jié)構(gòu)的安全性。