公路橋梁施工中的軟土地基施工技術(shù)研究

肖新春

（江西省宏發(fā)路橋建筑工程有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

我國地域廣闊，隨著公路橋梁工程建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，施工中不可避免地會遇到軟土地基問題。軟土地基屬于低滲透、高抗?jié)窈透呖箟旱酿ね?，如果未能得到有效處理而盲目施工，會?dǎo)致支架加壓、體積膨脹，使地基出現(xiàn)不均勻沉降、偏移等問題，情況嚴(yán)重時(shí)會誘發(fā)嚴(yán)重的坍塌事故，威脅公路橋梁工程總體質(zhì)量與安全。因此，應(yīng)正確看待軟土地基施工技術(shù)優(yōu)勢，根據(jù)具體的應(yīng)用場景選擇合適的公路橋梁施工技術(shù)，建造高質(zhì)量的公路橋梁工程項(xiàng)目，延長項(xiàng)目使用壽命。

1 軟土地基的特性和危害

軟土地基以淤泥質(zhì)土和淤泥土為主，含水量大，排出難度大，受到外部作用力影響容易出現(xiàn)壓縮形變，降低土層承載力。同時(shí)，內(nèi)部縫隙大，單獨(dú)縫隙內(nèi)徑較小，不便于水分流通，決定了軟土地基還具有滲透性較低的特性。軟土地基抗壓強(qiáng)度低、承載能力不強(qiáng)，透水與壓縮比例大，在公路橋梁施工中，如果軟土地基穩(wěn)定性無法得到保障，很容易出現(xiàn)地基損壞，增加地基形變概率。受到路面行車壓力作用時(shí)，軟土地基被擠壓，強(qiáng)度降低，容易出現(xiàn)形變、受損等問題。含水量過多的地基，經(jīng)過反復(fù)行車碾壓夯實(shí)，可能破壞地面構(gòu)造，出現(xiàn)冒泥問題，不僅影響公路橋梁工程使用性能和壽命，還會威脅路面行車安全[1]。

軟土地基的危害主要有兩種，一是浸水沉降問題。軟土地基含水量大，在路面行車荷載下導(dǎo)致水分滲透到地基中，增加了土壤含水量，使水分飽和，可能出現(xiàn)路面沉降問題。二是剪切拉裂問題。由于軟土地基抗剪強(qiáng)度低，會降低公路橋梁抗剪強(qiáng)度，增加路面行車荷載，地基土灰朝著側(cè)向滑動，威脅公路橋梁運(yùn)輸安全。

2 公路橋梁施工中軟土地基的施工問題

2.1 受機(jī)械設(shè)備制約干擾較大

隨著公路橋梁施工技術(shù)水平的提升，施工中所使用的機(jī)械設(shè)備不斷更新迭代，設(shè)備類型多樣化，部分公路橋梁施工中習(xí)慣性沿用傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備，新型技術(shù)和設(shè)備未能得到有效應(yīng)用，這些問題將制約公路橋梁施工質(zhì)量穩(wěn)步提升。如果施工中機(jī)械設(shè)備滯后，軟土地基施工效果將隨之下降，為公路橋梁施工質(zhì)量和安全埋下隱患[2]。

2.2 工程前期實(shí)地勘察不到位

軟土地基類型和施工環(huán)境不同，在施工前應(yīng)充分實(shí)地勘察，因地制宜，結(jié)合具體施工環(huán)境和軟土地基類型選擇最佳的施工技術(shù)手段，有針對性地處理軟土地基，提升工程軟土地基施工質(zhì)量。現(xiàn)實(shí)中存在部分工程項(xiàng)目對軟土地基處理重視程度不高，盲目選擇廣泛應(yīng)用的軟土地基處理技術(shù)，對實(shí)際情況考慮不全面，將大大增加軟土地基施工難度，處理不到位還將誘發(fā)嚴(yán)重的安全事故[3]。

2.3 工程設(shè)計(jì)不合理

設(shè)計(jì)是工程施工活動規(guī)范有序進(jìn)行的前提和基礎(chǔ)，科學(xué)編制工程設(shè)計(jì)方案，能夠有效避免軟土地基對工程建設(shè)質(zhì)量、安全的負(fù)面影響。公路橋梁工程前期設(shè)計(jì)階段，要認(rèn)識到工程項(xiàng)目特性，工程具有明顯分段性的特點(diǎn)，不同區(qū)域地質(zhì)條件和力學(xué)性能差異顯著，不同地區(qū)的地基強(qiáng)度不同[4]。為了保證地基牢固、緊密連接，應(yīng)做好緩和過渡段設(shè)計(jì)。該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)難度大，如果不同路段地基無法順利、牢固連接，后期可能出現(xiàn)工程坍塌、斷裂等安全事故，威脅路面行車安全。

此外，公路橋梁軟土地基施工也會受到周圍環(huán)境因素影響，如路堤、引道大小和質(zhì)量在一定程度上決定了工程承載力；建造期間環(huán)境溫度會影響軟土地基施工質(zhì)量，主要是由于以混凝土為工程主要材料，溫度因素影響大，會加劇路面開裂，影響到公路橋梁使用性能、使用壽命[5]。

3 公路橋梁施工中的軟土地基施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 爆破技術(shù)

在公路橋梁施工中，部分企業(yè)為了改善缺水問題，常會選擇地下水開采方式，加劇了地下漏斗的形成。長期高強(qiáng)度開采會導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降，軟土黏土、粉土層有水滲透，地面壓力增加，影響公路橋梁軟土施工活動規(guī)范有序進(jìn)行。為了改善此類問題，可以選擇爆破法進(jìn)行處理，通過清除土壤沉積物來增強(qiáng)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并聯(lián)合其他方法進(jìn)一步優(yōu)化處理[6]。爆破技術(shù)應(yīng)用效果顯著，通常適用于開放區(qū)域，如海灘、沿海公路橋梁等區(qū)域。

3.2 高壓噴射注漿技術(shù)

基于高壓噴射注漿技術(shù)進(jìn)行公路橋梁軟土地基施工，主要依據(jù)相應(yīng)配合比設(shè)計(jì)，將粉塵、水泥等高強(qiáng)度材料均勻混合攪拌，將其噴射灌入軟土地基中，增強(qiáng)地基強(qiáng)度和硬度。高壓噴射注漿法主要借助專門的合金噴嘴來注入泥漿，破壞軟土地基土層，促使?jié){液和土粒充分?jǐn)嚢杌旌虾?，材料凝固形成固結(jié)體。一般情況下，高壓束流壓力在40MPa，最大直徑2m，施工深度在25～40m范圍內(nèi)，可有效保障地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性。鋼筋四周噴射漿液，地基和漿液混合后形成復(fù)合地基，可旋轉(zhuǎn)噴涂水平樁、垂直樁。此外，通過適當(dāng)添加固化劑，有助于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿足后續(xù)公路橋梁施工質(zhì)量要求[7]。

3.3 擠密樁技術(shù)

對于一些黃土濕陷軟土地基，可以選擇擠密樁法進(jìn)行施工，施工效果較為理想。在基礎(chǔ)鉆孔后，將石灰土、素土和砂礫石壓入樁孔后分層壓實(shí)。采用此種方式施工，具有深層壓實(shí)、場地原位處理以及就地取材等優(yōu)勢特點(diǎn)。需要注意的是，擠密樁法施工應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾油饧觿?、石灰等材料，在各種材料均勻混合后，實(shí)現(xiàn)軟土地基壓實(shí)、提升軟土地基荷載、穩(wěn)定性的目的[8]。

3.4 粉噴樁加固技術(shù)

目前，國內(nèi)公路橋梁施工時(shí)軟土地基主要選擇粉末填充路堤，實(shí)際應(yīng)用中具有噪聲小、承載力高的優(yōu)點(diǎn)[9]。施工時(shí)先清理現(xiàn)場雜質(zhì)，夯實(shí)施工現(xiàn)場基礎(chǔ)?；A(chǔ)不均勻時(shí)可加入一定量的砂巖后壓實(shí)，確保施工區(qū)域土壤密度一致。機(jī)械設(shè)備作業(yè)時(shí)，選擇礫石對部分區(qū)域的軟土層進(jìn)行緩沖。非作業(yè)場所鋪設(shè)砂巖，提升基礎(chǔ)表面平整性，為后續(xù)施工順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)，還能顯著提升基礎(chǔ)穩(wěn)定性。施工期間，需同步觀測（見表1），根據(jù)現(xiàn)場情況確定最佳的規(guī)格參數(shù)；添加水泥量要適量，嚴(yán)格、規(guī)范施工，盡可能在短時(shí)間內(nèi)完成，為粉噴樁施工質(zhì)量提供堅(jiān)實(shí)保障。

表1 沉降變形觀測點(diǎn)設(shè)置

3.5 砂墊層處理技術(shù)

砂墊層處理技術(shù)通常應(yīng)用在引流功能好、軟土層厚度小以及砂石資源豐富的區(qū)域。通常情況下，砂石墊層厚度在12～24cm，受到構(gòu)筑物承載力影響，排水固結(jié)與凝固速度加快，在提升施工性能的同時(shí)，為軟土地基抗壓強(qiáng)度提供堅(jiān)實(shí)保障。在砂墊層材料選擇方面，綜合考慮材料清潔度、融合粗砂，含土量不超過5%。具體施工中，加入不超過5cm的純天然配砂石，有助于提升軟土地基排水固結(jié)性能；噴灑夯實(shí)，施工前落實(shí)砂石表面層觀察分析，表層潮濕方可作業(yè)[10]。此外，每層厚度最佳為150mm左右，攤鋪過程中使用振搗器反復(fù)振搗。砂墊層鋪設(shè)后及時(shí)展開質(zhì)量檢查，進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)0.94以上的測量工作，最大程度保障墊層施工質(zhì)量。

3.6 置換處理技術(shù)

采用置換處理技術(shù)進(jìn)行公路橋梁軟土地基施工，要充分考慮區(qū)域土壤性質(zhì)、承載力，發(fā)揮置換技術(shù)優(yōu)勢來置換軟弱土層，增強(qiáng)土壤硬度和承載力。置換法具體應(yīng)用中，選擇承載力強(qiáng)的土壤來置換軟弱土層，處理效果較為理想，而成本較大。施工前需充分實(shí)地勘察，掌握軟土地基處理面積后計(jì)算材料用量，依次完成路基和基石填充置換工作。在施工過程中，應(yīng)遵循中間高、四周低的原則進(jìn)行防水施工，避免積水侵蝕地基結(jié)構(gòu)影響整體硬度，為后續(xù)施工活動規(guī)范有序進(jìn)行夯實(shí)基礎(chǔ)[11]。

3.7 化學(xué)加固技術(shù)

公路橋梁軟土地基施工時(shí)選擇化學(xué)加固處理技術(shù)，即依托于專門機(jī)械設(shè)備，按照一定比例將水泥、石灰和其他材料與軟土混合在一起，在化學(xué)反應(yīng)的作用下，充分吸收軟土地基中的水分，增強(qiáng)地基承載力和抗壓性?；瘜W(xué)材料與軟土混合后，土層強(qiáng)度和硬度增加，可以避免后期水分侵蝕，減少地基不均勻沉降和偏移的可能性，為后續(xù)施工活動順利建設(shè)奠定基礎(chǔ)?；瘜W(xué)加固處理技術(shù)優(yōu)勢鮮明，適用范圍廣，對于硫酸鹽和有機(jī)質(zhì)含量高的土壤并不適合應(yīng)用該技術(shù)，應(yīng)用效果較差。目前，化學(xué)加固處理技術(shù)包括：

一是堿液加固處理技術(shù)，將堿液注入地基中，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后促使土壤自行膠結(jié)凝固，增強(qiáng)軟土地基承載力。通常情況下，施工中先適當(dāng)升高堿液溫度，然后灌入軟土地基中。

二是硅化加固處理技術(shù)，即使用金屬灌注管灌注硅酸鈉溶液到軟土地基中，溶液凝固后起到加固軟土地基作用，該技術(shù)成本較高，應(yīng)用范圍較小。

三是電化學(xué)處理技術(shù)，將金屬電極桿插入軟土地基中，通過直流電流導(dǎo)入地基中，從陰極排出軟土地基中的水分，實(shí)現(xiàn)土壤加固處理作用。該技術(shù)成本高，應(yīng)用前需反復(fù)測試，收集數(shù)據(jù)信息后方可廣泛應(yīng)用。

3.8 管樁加固技術(shù)

3.8.1 混凝土樁技術(shù)

混凝土樁技術(shù)在公路橋梁軟土施工中應(yīng)用廣泛，在充分實(shí)地勘察基礎(chǔ)上，現(xiàn)場進(jìn)行樁位鉆孔，灌注混凝土到孔洞內(nèi)，凝固后形成樁體。該技術(shù)優(yōu)勢明顯，在增強(qiáng)軟土地基穩(wěn)定性的同時(shí)，規(guī)避生產(chǎn)模具干擾影響。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用該技術(shù)施工所產(chǎn)生的振動、噪音小，對周圍環(huán)境影響小；因在泥水中灌注混凝土，操作難度較大，后期樁體質(zhì)量容易受到影響。

3.8.2 碎石樁處理技術(shù)

碎石樁處理技術(shù)，即通過替換集中軟土部分，實(shí)現(xiàn)地基加固作用。該技術(shù)操作簡單，施工成本低，能夠有效降低人工操作強(qiáng)度。需要注意的是，選擇碎石樁處理技術(shù)前要合理劃分確定土層范圍，基于爆破或鉆機(jī)方式鉆孔，依次將碎石填入孔洞中，充分壓實(shí)形成碎石樁，同原有土壤融合后可增強(qiáng)地基承載力。通過應(yīng)用該技術(shù)可顯著提升軟土地基排水性能，在地基沉降速度控制方面具有積極作用。

3.8.3 鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管樁技術(shù)

該軟土地基處理技術(shù)借助靜壓和錘擊等方式布置預(yù)制樁到預(yù)設(shè)位置，能夠顯著增強(qiáng)地面穩(wěn)定性，縮短工期，提升施工質(zhì)量。同時(shí)，也可以提升公路橋梁機(jī)械化水平，避免潮濕環(huán)境對混凝土質(zhì)量的干擾和影響，最大程度地降低受力變形概率。

4 公路橋梁軟土地基施工控制措施

4.1 充分展開前期調(diào)查和分析

公路橋梁施工中，對于軟土地基施工技術(shù)選擇要依托實(shí)際情況進(jìn)行，需要對施工區(qū)域進(jìn)行充分調(diào)查分析，收集區(qū)域地質(zhì)條件數(shù)據(jù)，編制合理的設(shè)計(jì)方案，為后續(xù)施工質(zhì)量提供堅(jiān)實(shí)保障。如施工中持力層頂部標(biāo)記信息不準(zhǔn)確，在確定后期持力層頂層、樁峰值時(shí)會存在偏差。只有在全面充分實(shí)地調(diào)查后，才能因地制宜選擇最佳的軟土地基處理技術(shù)。

4.2 優(yōu)化地基處理技術(shù)方案

為了有效提升公路橋梁軟土地基施工處理效果，滿足后期施工要求，要求施工前仔細(xì)收集、分析工程相關(guān)資料，結(jié)合工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度等要求綜合分析，反復(fù)論證，并制定有效措施預(yù)防可能出現(xiàn)的問題，支持公路橋梁施工活動有序進(jìn)行。結(jié)合巖土處理計(jì)劃細(xì)化控制具體施工細(xì)節(jié)，包括預(yù)測偏差、測量穩(wěn)定性和具體處理方法等，全面提升公路橋梁施工質(zhì)量。

4.3 強(qiáng)化施工人員技術(shù)水平

無論是哪一種軟土地基處理技術(shù)，均需要高素質(zhì)技術(shù)人員提供支持，因此，在實(shí)地調(diào)查后了解區(qū)域?qū)嶋H環(huán)境，加深對各項(xiàng)施工技術(shù)的認(rèn)知和了解，做好崗前人員培訓(xùn)，在具備較強(qiáng)專業(yè)能力的同時(shí)，熟練掌握先進(jìn)施工技術(shù)和機(jī)械設(shè)備操作方法，夯實(shí)人員隊(duì)伍，在具體施工中充分展現(xiàn)軟土地基施工技術(shù)的優(yōu)勢和價(jià)值。

5 結(jié)語

綜上所述，公路橋梁施工中軟土地基處理至關(guān)重要，施工前應(yīng)充分實(shí)地勘察，做好軟土工程試驗(yàn)，編制合理的施工設(shè)計(jì)方案，靈活選擇最佳的軟土地基處理技術(shù)，改善軟土特性，有效提升地基強(qiáng)度和承載力，為工程總體質(zhì)量提供保障。