路橋過渡段軟土路基防沉降施工技術(shù)研究

譚勇

（湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

軟土是指天然孔隙比大于1.1，表面呈灰黑色的含水量大于液限的軟性土，軟土具有含水量高、孔隙率大、透水性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度低以及壓縮性良好等特征，是一種常見的土質(zhì)。由于軟土力學(xué)性能較差，如果在軟土層上方修建建筑物，例如修建房屋、公路、隧道等，會影響建筑物的穩(wěn)定性，隨著時間變化，軟土上方的建筑物會逐漸下沉。路橋過渡段地基比路橋其他位置承受更大的沉降壓力，現(xiàn)有防沉降施工工藝不夠完善，導(dǎo)致路橋過渡段軟土路基施工后經(jīng)常發(fā)生路基沉降。路基沉降已成為路橋過渡段公路常見的病害之一。

目前，應(yīng)對該問題主要依靠防沉降施工技術(shù)，技術(shù)原理是將路基中的軟土置換為其他材料，以此提高路橋過渡段路基抗壓強(qiáng)度。但該技術(shù)在實際應(yīng)用中選取的置換材料不夠合理，軟土置換力度不夠，導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用后路橋過渡段軟土路基仍然會發(fā)生沉降病害，并且沉降量比較大，沒有達(dá)到預(yù)期的防沉降效果。為提高路橋過渡段軟土路基的防沉降效果，提出路橋過渡段軟土路基防沉降施工技術(shù)研究。利用置換法對路基進(jìn)行防沉降施工，采用人工與機(jī)械聯(lián)合開挖方式挖出路基下方的軟土層，置換為其他硬性材料，提高地基抗壓強(qiáng)度；選擇底部面積合適的梯形夯錘對準(zhǔn)標(biāo)注的夯實點進(jìn)行多次振擊，并實時監(jiān)測坑內(nèi)軟土孔隙率是否達(dá)標(biāo)，完成路基軟土強(qiáng)夯施工；在路基沖擊坑內(nèi)填入泡沫輕質(zhì)土，根據(jù)泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度與密度和浸水天數(shù)的關(guān)系，制備泡沫輕質(zhì)土；使用壓路機(jī)反復(fù)碾壓置換土層，使其與地面持平，完成路基防沉降施工。試驗結(jié)果表明，通過本文方法對傳統(tǒng)防沉降技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，能夠有效降低路基沉降量，控制路橋過渡段軟土地基的下沉變形，具有重要意義。

1 路橋過渡段軟土路基防沉降施工技術(shù)設(shè)計

本文對路橋過渡段軟土路基防沉降施工技術(shù)的創(chuàng)新主要集中在軟土層路基開挖施工技術(shù)、路基軟土強(qiáng)夯施工技術(shù)和路基軟土置換施工技術(shù)三個方面。

1.1 軟土層路基開挖

路橋過渡段軟土路基出現(xiàn)沉降的主要原因是路基下方的軟土土質(zhì)比較松軟，孔隙率比較大。為從根本上防止路基沉降，此次采用置換法對路基進(jìn)行防沉降施工，將路基下方的軟土層挖出，置換成其他材料，提高地基抗壓強(qiáng)度。

施工前清理路基表層的垃圾和其他雜質(zhì)，確保軟土層路基開挖施工范圍內(nèi)符合施工要求。根據(jù)實際情況選擇合適的挖掘機(jī)，采用人工與機(jī)械聯(lián)合開挖方式施工，由工作人員將路基四周邊緣軟土挖出，開挖寬度為1.5～3.5m，深度為0.5～1.5m，以防止機(jī)械開挖對路基周圍土層造成破壞。然后利用挖掘機(jī)挖掘路基內(nèi)部軟土，開挖深度不小于防沉降施工區(qū)域范圍內(nèi)軟土層厚度的1/3，同時不能超出防沉降施工區(qū)域范圍內(nèi)軟土層厚度的1/2。路基開挖并不是將路基下方軟土全部挖出，因為軟土深度比較深，如果全部將其挖出需要消耗大量的人力和物力，會增加施工成本，因此，僅將路基上方的軟土挖出即可，為后續(xù)路基軟土強(qiáng)夯與置換奠定基礎(chǔ)。將挖出的軟土由專用車輛運輸?shù)街付ǖ攸c，用于其他施工使用。

1.2 路基軟土強(qiáng)夯施工

在以上施工措施的基礎(chǔ)上，對剩余的軟土進(jìn)行強(qiáng)夯施工。強(qiáng)夯施工的目的是通過振擊和沖擊將剩余的軟土擠壓到四周，同時降低剩余軟土的孔隙率，以此提高地基的抗壓強(qiáng)度。在施工之前需要選擇適合施工的夯錘，夯錘有圓弧形、錐形和梯形三種。考慮施工效率問題，此次選擇梯形夯錘。梯形夯錘振擊面積比較大，不需要反復(fù)振擊，夯錘的制作材料選擇鑄鐵，其底部面積大小需要根據(jù)軟土厚度和錘身重量確定，其計算公式為：

式（1）中：e為夯錘底部面積；r為待施工區(qū)域內(nèi)軟土厚度；z為夯錘錘身重量[12]。按照上述制作好夯錘后開展強(qiáng)夯施工，圖1為路基軟土強(qiáng)夯施工示意圖。

圖1 路基軟土強(qiáng)夯施工示意圖

如圖1所示，在施工區(qū)域內(nèi)標(biāo)記出夯實點，每個夯實點需要間隔1.5～2.5m。使用吊車將夯錘吊起，對準(zhǔn)夯實點進(jìn)行振擊。一個夯實點振擊三次，第一次振擊的夯能為1 000kN，第二次振擊的夯能為1 500kN，第三次振擊的夯能為2 000kN[13]。強(qiáng)夯施工完成后，對坑內(nèi)的軟土孔隙率進(jìn)行檢驗。如果孔隙率仍然大于15%，則對該夯實點進(jìn)行二次施工，直到坑內(nèi)軟土孔隙率小于15%為止。

1.3 路基軟土置換施工

強(qiáng)夯施工完成后，路基內(nèi)會形成多個沖擊坑，此次在坑內(nèi)回填泡沫輕質(zhì)土。該材料是一種由發(fā)泡劑水溶液制備而成的水泥基凝膠材料，其具有重量輕、容重比小、強(qiáng)度高等特性，不易發(fā)生變形，因此選取泡沫輕質(zhì)土作為路基軟土置換材料。在施工前需要制備泡沫輕質(zhì)土，制備原料為水泥、發(fā)泡劑、減水劑、穩(wěn)泡劑和水。根據(jù)路橋過渡段軟土路基防沉降需求，水泥選用早強(qiáng)型SFH.ASR.2S硅酸鹽水泥，發(fā)泡劑選用泡沫穩(wěn)定性較好的蛋白質(zhì)型發(fā)泡劑，減水劑選用甲酸鈣YU-2641，穩(wěn)泡劑選用WE10041穩(wěn)泡劑。相關(guān)研究表明，泡沫輕質(zhì)土的抗壓性能與其密度有關(guān)，其關(guān)系如表1所示。

表1 泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度與密度關(guān)系表

表1 （續(xù)）

如表1所示，當(dāng)泡沫輕質(zhì)土密度為715.22kg/m3時，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值9.28MPa，因此在制備過程中應(yīng)嚴(yán)格控制其密度。此外，泡沫輕質(zhì)土抗壓性能還與其制備過程中材料浸水天數(shù)有關(guān)，具體如表2所示。

表2 泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度與浸水天數(shù)關(guān)系表

由表2可知，當(dāng)泡沫輕質(zhì)土制備過程中材料浸水天數(shù)為5d時，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值15.48MPa。因此，在制備時還要嚴(yán)格控制浸水天數(shù)，使制備的泡沫輕質(zhì)土抗壓性能得到優(yōu)化。將制備好的泡沫輕質(zhì)土填入坑內(nèi)和上方被挖區(qū)域，再在上方鋪蓋一層碎石料，使用壓路機(jī)反復(fù)碾壓，使其與地面持平，從而完成路基防沉降施工。

2 試驗論證分析

試驗以某路橋過渡段軟土路基為試驗對象，路基長度為3 000m，寬度為15.5m，其地質(zhì)情況如表3所示。

路基為軟土路基，需要采取防沉降措施。為此利用該設(shè)計技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)分別對路橋過渡段軟土路基進(jìn)行防沉降施工。此次試驗布設(shè)了154個夯實點，夯錘底部面積為30cm×30cm，使用的泡沫輕質(zhì)土量為3 564.12kg。施工完成后開通道路，使其保持正常車輛通行，30d后對防沉降施工路段的沉降量進(jìn)行測量，將其作為檢驗兩種技術(shù)的性能指標(biāo)，試驗結(jié)果如表4所示。

表3 路橋過渡段軟土地質(zhì)情況

表4 兩種技術(shù)應(yīng)用后軟土路基沉降量對比 單位：mm

由表4可知，應(yīng)用設(shè)計技術(shù)后，路橋過渡段軟土路基沉降量平均值為1.986mm，最大沉降量出現(xiàn)在SAFR-004測區(qū)，沉降值為3.584mm，小于允許的最大工后沉降要求；而應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)后，路橋過渡段軟土路基沉降量平均值為58.484mm，最大沉降量出現(xiàn)在SAFR-006測區(qū)，沉降值為63.152mm，不僅高于設(shè)計技術(shù)，而且沒有滿足允許最大工后沉降要求。上述試驗結(jié)果證明了設(shè)計技術(shù)具有良好的防沉降效果，可以有效控制路橋過渡段軟土地基下沉變形，相比較傳統(tǒng)技術(shù)更適用于路橋過渡段軟土地基防沉降施工。

3 結(jié)語

防沉降是路橋過渡段軟土路基施工中一項重要工序，對確保路基施工質(zhì)量具有重要作用。此次針對現(xiàn)有技術(shù)在實際應(yīng)用中存在的問題，對其進(jìn)行了優(yōu)化與改良，提出了一種新的防沉降施工技術(shù)。通過軟土層路基開挖施工技術(shù)、路基軟土強(qiáng)夯施工技術(shù)和路基軟土置換施工技術(shù)三個方面的優(yōu)化，完成防沉降施工技術(shù)設(shè)計。試驗結(jié)果證明該技術(shù)能夠有效提高防沉降效果，防止路橋過渡段軟土路基沉降病害發(fā)生，減少軟土路基施工成本，延長軟土路基使用壽命。但該技術(shù)尚未在實際中進(jìn)行大量操作，在某些方面可能存在一些不足之處，今后應(yīng)繼續(xù)對路橋過渡段路基防沉降施工技術(shù)優(yōu)化進(jìn)行深入研究，以推動道路建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。