軟土地基施工技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用

文／劉曉宇 北京城鄉(xiāng)建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100000

我國幅員遼闊，地質(zhì)狀況復(fù)雜，并且軟土地基分布區(qū)域比較廣泛。近年來，我國公路工程建設(shè)快速發(fā)展，公路里程不算增加，因此在道路橋梁施工中經(jīng)常會涉及到穿越軟土區(qū)域的情況。為更好的保障道路橋梁施工的質(zhì)量，應(yīng)積極探索軟土地基施工技術(shù)的有效應(yīng)用措施，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢和作用，更好的保障道路橋梁施工質(zhì)量，為道路橋梁后期的正常使用奠定基礎(chǔ)。因此針對軟土地基施工技術(shù)應(yīng)用方面的研究具有十分重要的意義。

1、軟土地基沉降的規(guī)律和影響因素

1.1 軟土地基沉降的規(guī)律

在道路橋梁施工涉及到軟土地基的情況下，由于軟土地基上部重力形式發(fā)生變化，導(dǎo)致其需要承受一定的荷載，進(jìn)而使得地基土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，容易導(dǎo)致地基出現(xiàn)豎向變形的情況，進(jìn)而引發(fā)地基沉降。與此同時(shí)，因地基土質(zhì)不均勻，再加之路基的高度也不相同，因此一旦發(fā)生沉降，便很容易出現(xiàn)不均勻沉降。如果路基不均勻沉降比較嚴(yán)重，則會導(dǎo)致路面遭受結(jié)構(gòu)性破壞，不僅會影響道路橋梁的正常使用效果，甚至還會導(dǎo)致其無法正常使用。對于軟土路基沉降規(guī)律而言，其主要受路堤結(jié)構(gòu)或者橋梁結(jié)構(gòu)的影響，路堤結(jié)構(gòu)或者橋梁結(jié)構(gòu)的高度越大，帶給路基的荷載也會隨之提升，相應(yīng)的沉降量便會越大。反之，其沉降量將會越小。除此之外，軟土路基沉降量還會受到軟土層厚度的而影響，二者成正比例關(guān)系，即軟土層厚度越大，軟土路基沉降量便越大，反之，軟土層厚度越小，路基沉降量也會隨之降低。通常情況小，橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)會采用樁基礎(chǔ)的形式，通過這種形式，使其沉降量相對較小。但是與之相連的道路路堤則高度較大，因此道路路基的沉降量相對更大，這樣一來便會產(chǎn)生沉降落差，在行車至橋頭時(shí)，則容易出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

1.2 沉降量影響因素

1.2.1 荷載方面的影響

荷載程度是影響沉降的主要因素之一，荷載越大，沉降量也就越大，同時(shí)，荷載分布密集，則會導(dǎo)致軟土地基側(cè)向變形變大，相應(yīng)的沉降系數(shù)也會隨之提升。除此之外，欠固結(jié)土的沉降系數(shù)較大，而超固結(jié)土的沉降系數(shù)則相對較小。

1.2.2 地基處理方法的影響

軟土地基的處理方法也是影響其沉降的主要因素，在軟土地基處理過程中，雖然涉及到的方法有很多，但是整體而言可以將其分為兩大類別，一類適宜排水固結(jié)法等為代表的提升軟土自身物理力學(xué)指標(biāo)的方法，另一類是以CFG 樁等為代表的復(fù)合地基處理方法。以排水固結(jié)法為例，這種方法在應(yīng)用過程中，缺乏對軟土側(cè)向變形量以及次固結(jié)沉降等方面的考慮。因此應(yīng)用這種方法雖然理論沉降量較小，但是實(shí)際沉降量往往要大于理論沉降量。再以復(fù)合地基處理方法為例，這種方法不僅可以降低軟土地基的總沉降量，同時(shí)也能有效抑制地基的側(cè)向變形量。這種方法的理論沉降量往往要大于實(shí)際沉降量。

1.2.3 施工效率方面的影響

軟土地基發(fā)生沉降，其主要原因在于受荷載的影響，導(dǎo)致土體的空隙被擠壓，進(jìn)而發(fā)生沉降。根據(jù)沉降的原理分析，施工效率會在一定程度上影響軟土地基的沉降量。施工速率快，路基沉降量越大，反之施工速度越慢，路基沉降量則會越小。這是因?yàn)槭┕に俾事?，可以使土體中的水分更好的排出，促使土體的孔隙率降低，因此其后續(xù)的沉降量便會更小。

2、道路橋梁施工中軟土地基施工技術(shù)的應(yīng)用

軟土地基施工技術(shù)形式多樣（表1），不同的技術(shù)形式有著不同的特點(diǎn)、作用和使用范圍，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，需要結(jié)合道路橋梁施工實(shí)際情況，合理選擇軟土地基施工技術(shù)，保障技術(shù)應(yīng)用效果。

表1 軟土地基處理方式和使用范圍

2.1 密實(shí)法

密實(shí)法是指通過對軟土施加相應(yīng)的荷載，使土體孔隙體積減少，提升土體密實(shí)度和承載力。

2.1.1 真空預(yù)壓

真空預(yù)壓屬于靜荷載范疇，借助大氣壓力對土體施加靜荷載，以此來提升土體的密實(shí)度。具體而言，在施工過程中，應(yīng)先在加固場地表面設(shè)置透水砂墊層，然后在砂墊層上覆蓋密封薄膜，再用真空裝置抽氣，使密封膜中產(chǎn)生一定的真空度。這樣一來，真空膜的內(nèi)外會形成壓力差，受此影響能夠促進(jìn)土體固結(jié)。目前，隨著真空預(yù)壓技術(shù)的不斷完善，已經(jīng)能夠使膜內(nèi)真空度達(dá)到60 厘米水銀柱高。

2.1.2 堆載預(yù)壓法

堆載預(yù)壓法也屬于靜荷載范疇，是指在加固場地表面對家石料或者填土，借助石料或者填土的自重對土體施加靜荷載，促使土體中的孔隙水排出，進(jìn)而提升土體結(jié)構(gòu)的固結(jié)效果。堆載法的應(yīng)用效果，主要取決于堆積荷載，堆積荷載越大，土體的固結(jié)效果越好，相應(yīng)的承載力也越強(qiáng)。與真空預(yù)壓相比，雖然堆載預(yù)壓法也是對土體實(shí)際靜荷載，但是真空預(yù)壓能夠直接將荷載加到最大，在這種情況下，無需考慮地基產(chǎn)生的剪切破壞。而堆載預(yù)壓法則不同，在該方法的應(yīng)用過程中，加荷速率會對土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，為了控制這方面的影響，需要采用分級的方式施加荷載，通常情況下，施加荷載的間隔應(yīng)控制在1 天左右。同時(shí)在該方法的應(yīng)用過程中，還要注重對孔隙水壓力、樁體豎向變形等方面的監(jiān)測。堆載預(yù)壓法適用于粘性土地基、淤泥質(zhì)土地基等。如果在粘性土中應(yīng)用堆載預(yù)壓法，通常需要設(shè)置縱向排水設(shè)施，這是因?yàn)檎承酝恋耐杆暂^差，因此需要設(shè)置砂井等排水結(jié)構(gòu)，這樣能夠提升土體的固結(jié)速度。如果在薄砂層粘性土中應(yīng)用改方法，則無需設(shè)置排水通道，這是因?yàn)楸∩皩诱承酝帘旧肀憔哂休^強(qiáng)的透水性，因此無需設(shè)置排水通道也能保障其固結(jié)速度。

2.1.3 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法屬于動力壓實(shí)方法，這種方法的應(yīng)用需要借助重錘的自由落體運(yùn)動，對土體產(chǎn)生強(qiáng)夯作用，提升土體的密實(shí)度，進(jìn)而增強(qiáng)地基強(qiáng)度。強(qiáng)夯法在雜填土、粘性土以及砂土的處理過程中比較適用，另外，針對濕陷性黃土地基以及可液化的砂土地基等的應(yīng)用效果也十分顯著。

2.2 換填法

對于換填法而言，通常也被稱為置換法，換填法的原理相對比較簡單，施工難度較低。具體而言，換填法是指將土質(zhì)基礎(chǔ)下部軟弱土層挖除，然后借助強(qiáng)度更高的素土或者碎石等進(jìn)行回填，同時(shí)還要對回填土進(jìn)行夯實(shí)處理，使其能夠達(dá)到設(shè)計(jì)密度要求，將其打造成為具有較高持力能力的結(jié)構(gòu)層。應(yīng)用換填法，要確?；靥钔恋男阅?，需要注重把控回填土地強(qiáng)度。這是影響置換法應(yīng)用效果的關(guān)鍵，因此應(yīng)給予高度的重視。

2.3 復(fù)合地基法

復(fù)合地基法也是軟土地基施工技術(shù)的重要類型之一，這種方法主要是指把增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)置于自然基礎(chǔ)之中，使增強(qiáng)結(jié)構(gòu)和自然基礎(chǔ)共同承擔(dān)荷載。而復(fù)合地基法的使用效果，主要受增強(qiáng)體設(shè)置方式和增強(qiáng)體的材料等因素的影響，根據(jù)不同的設(shè)置方式和不同的增強(qiáng)體材質(zhì)，其起到的作用也存在一定的差異。復(fù)合地基法的應(yīng)用，也會涉及到一定量的土體置換，通常情況下，其置換率為3%-25%，但有的方法也會涉及到更大的置換率，如碎石樁，其置換率為40%左右。碎石樁、CFG 樁以及石灰樁等都是復(fù)合地基法的主要形式，三者在應(yīng)用過程中，由于設(shè)置方法以及樁體材料不同，因此其在性能和作用等方面也會產(chǎn)生一定的差異。以碎石樁為例，如果樁體的長度小于基礎(chǔ)寬度的2 倍，則樁體的長度越高，其對提升地基承載力的作用越明顯。再以CFG 樁為例，由于這種樁體可全樁體長度內(nèi)發(fā)揮側(cè)向阻力，以此CFG 樁的樁體長度越大，其承載能力越強(qiáng)。對于石灰樁而言，與碎石樁相比，石灰樁的樁長作用更佳。除此之外，不同的樁體形式，其端阻作用也存在一定的差異。以碎石樁為例，如果碎石樁樁體長度大于基礎(chǔ)寬度的2.5 倍，則其端阻作用會明顯下降，甚至可以忽略不計(jì)。相較于碎石樁，石灰樁的端阻作用更佳，但是受石灰樁自身強(qiáng)度的限制，使得隨著樁長的提升，端阻作用也會不斷降低。與碎石樁以及石灰樁相比，CFG 樁的端阻作用更佳。

2.4 加筋法

加筋法也是主要的軟土地基施工技術(shù)形式之一，該方法具有施工便捷，軟土地基處理效果好的特點(diǎn)，同時(shí)該方法的適用范圍較廣，作用十分顯著。加筋法主要分為加筋土法以及土工織物法兩種形式，而在道路橋梁施工中，主要會應(yīng)用到土工織物法。土工織物的原材料主要為人工合成的聚化物，在道路橋梁施工過程中，不僅應(yīng)用土工織物法來處理軟土地基，同時(shí)還用于加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)以及護(hù)岸護(hù)坡等施工環(huán)節(jié)之中，并且應(yīng)用效果十分顯著，可以為道路橋梁施工提供有力的支持。

2.5 灌漿法

灌漿法是指借助壓力裝置，將具有膠結(jié)性的材料注入介質(zhì)之中，進(jìn)而起到增強(qiáng)介質(zhì)強(qiáng)度，同時(shí)提升介質(zhì)密實(shí)度的作用。灌漿法不僅能夠起到有效的加固作用，而且還能夠起到防滲的效果。以往，灌漿法主要在建筑工程建設(shè)中應(yīng)用，近年來，逐漸被應(yīng)用到軟土地基處理之中，該方法的應(yīng)用效果也比較顯著。

2.6 拋石擠淤法

拋石擠淤法是指在基礎(chǔ)底部拋投一定數(shù)量的片石，借助片石來對地基起到一定的擠壓作用，進(jìn)而促進(jìn)基礎(chǔ)強(qiáng)度的提升。拋石擠淤法的特點(diǎn)在于施工效率高，并且施工簡便，取材便捷。拋石擠淤法在積水的洼地中有著較強(qiáng)的適用性，積水洼地表層沒有硬殼，因此便于拋石，同時(shí)也能保證片石沉入到底部，保證其擠壓效果，增強(qiáng)基礎(chǔ)的強(qiáng)度。

3、技術(shù)應(yīng)用效果分析

軟土地基施工技術(shù)形式多樣，不同的及時(shí)形式有著不同的特點(diǎn)和應(yīng)用方法，同時(shí)其應(yīng)用效果也會存在一定的差異（表2）。為了保障道路橋梁施工質(zhì)量，應(yīng)合理選擇軟土地基處理方法。

表2 軟土地基處理后承載力與沉降參考值

通過表2可以看出，應(yīng)用強(qiáng)夯法以及排水固結(jié)法進(jìn)行軟土地基處理，處理后地基的承載力均低于120 千帕，因此這兩種方法對于軟土地基承載力的提升效果不夠理想。相較于這兩種方法，水泥攪拌樁的效果更好，能夠?qū)④涹w地基的承載力提升至120 千帕左右。而換填法的效果最為顯著，進(jìn)過換填法處理后，軟土地基的承載力超過120千帕。除此之外，通過表2可以看出，排水固結(jié)法的工后沉降量最大，而高壓旋噴樁、CFG 樁等方法的沉降量則相對較小。總體而言，承載力與工后沉降值之間呈反比例關(guān)系。

結(jié)語：

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路橋梁所承擔(dān)的交通負(fù)荷也在不斷提升，因此對道路橋梁的質(zhì)量要求也越來越高。在道路橋梁施工過程中，難免會涉及到軟土地基，而為了保障施工質(zhì)量和效果，則需要合理應(yīng)用軟土地基施工技術(shù)，充分發(fā)揮軟土地基施工技術(shù)的優(yōu)勢和作用，保障軟土地基處理效果，增強(qiáng)地基穩(wěn)定性，這不僅能夠更好的保障道路橋梁施工質(zhì)量，同時(shí)也能為道路橋梁的正常施工奠定基礎(chǔ)。