探討公路橋梁隧道軟土地基處理的相關(guān)對策

馬杜山

(甘肅萬泰建設(shè)工程有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 軟土地基對公路橋梁隧道施工的影響

首先，公路橋梁隧道施工范圍內(nèi)的軟土呈現(xiàn)較差的可滲透性，基于軟土本身滲透性低且含水量高的特點，通常情況下易呈現(xiàn)飽和的狀態(tài)，且軟土負(fù)荷初期會產(chǎn)生高孔隙水壓，致使區(qū)域內(nèi)土地固結(jié)程度較低從而對隧洞地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性造成不利影響[1]；其次，軟土是高壓縮性土，當(dāng)液限惡化含水量不斷提高時其壓縮能力也會隨之增加，若施工荷載則會導(dǎo)致軟土嚴(yán)重變形并呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)；最后，通常情況下軟土的含水率在50%～70%，液限在40%～60%，天然孔隙比為1∶2，飽和度達(dá)到95%以上。軟土的含水率與液限和天然孔隙比的增加成正比，因此呈現(xiàn)較高的可壓縮性和抗剪強(qiáng)度，從而影響到后續(xù)路基壓實工作的具體施工。

1.1 軟土地基易造成路面侵蝕

公路橋梁隧道中存在軟土地基所產(chǎn)生的路面侵蝕問題是較為嚴(yán)重的不利影響，會對公路橋梁的結(jié)構(gòu)和使用壽命造成損害，從而致使工程項目的整體效益有所下降。軟土自身的承載能力不佳，其地基主要成分多為稀松的土壤，易受到雨水及其他外部因素的侵蝕，遇到降水較多的季節(jié)可能還會出現(xiàn)地基大面積塌陷，從而大幅度降低公路橋梁隧道的質(zhì)量安全。且鋪設(shè)軟土地基時常會應(yīng)用水泥、鋼筋、碎石等材料，這樣材料本身的抗腐蝕能力并不強(qiáng)，導(dǎo)致路面侵蝕問題加劇，使用過程中易出現(xiàn)材料脫落和結(jié)構(gòu)松散的問題，對整個施工項目產(chǎn)生不利影響。

1.2 軟土地基易造成路面沉降

基于軟土地基穩(wěn)定性差、支撐能力不足等特點，在開展公路橋梁隧道建設(shè)時若不予以充分重視并處理，極易造成路面沉降問題[2-3]。軟土地基發(fā)生路面沉降是因其軟土層受到水分侵蝕而導(dǎo)致承重能力降低，在路面填料隨著施工進(jìn)程持續(xù)增加時會出現(xiàn)路面沉降現(xiàn)象。且軟土地基本身的牢固程度較低，當(dāng)受到自身壓力和路面承重壓力的雙重作用時極易發(fā)生一定范圍的路面沉降，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致坍塌事故。

2 公路橋梁隧道軟土地基處理要點

2.1 提高抗剪強(qiáng)度

軟土地基承受剪切破壞力的主要原因是其自身具有較差的承載能力，側(cè)向土壓力產(chǎn)生的作用會導(dǎo)致公路橋梁隧道整體框架的穩(wěn)定性受到影響；或是受到填料和隧道建筑荷載影響，軟土地基表面會出現(xiàn)一定的凸起部位，這些問題的產(chǎn)生都受到抗剪強(qiáng)度不足的影響，因此，進(jìn)行公路橋梁隧道軟土地基處理時有效提高抗剪強(qiáng)度是關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)。

2.2 降低地基透水性

在進(jìn)行公路橋梁軟土地基挖掘基坑的過程中，由于部分施工單位缺乏科學(xué)性和合理性，加上土層內(nèi)部本身存在一定的問題，導(dǎo)致軟土地基處出現(xiàn)程度不一的滲漏問題。進(jìn)行公路橋梁隧道軟土地基處理時應(yīng)采取科學(xué)支撐措施以有效降低軟土地基的透水性能，從而減少土層承擔(dān)的水壓力[4]。

2.3 改善動力特征

公路橋梁隧道地基的動力特征具體體現(xiàn)在若發(fā)生地震這類地質(zhì)運動時，地基土層中較為松散的粉砂質(zhì)會發(fā)生液化反應(yīng)，這種反應(yīng)現(xiàn)象會對地基土的動力特征產(chǎn)生影響[5]。除此之外，隧洞施工過程中進(jìn)行打樁等環(huán)節(jié)也會在一定程度上造成軟土地基出現(xiàn)下沉的狀況，因此，要針對這類施工環(huán)節(jié)的振動特征進(jìn)行有效改善和優(yōu)化，從而為隧洞軟土地基處理和施工提供保障。

2.4 減少軟土地基的壓縮性

軟土地基土質(zhì)的壓縮性會具體體現(xiàn)在大范圍建筑物的沉降現(xiàn)象，基于公路橋梁隧道的功能應(yīng)用，對其本身的荷載要求較高，因此在承受的建設(shè)項目荷載壓力超過一定標(biāo)準(zhǔn)時，會導(dǎo)致沉降問題的出現(xiàn)，同時進(jìn)行基坑挖掘或外部環(huán)境降水同樣會導(dǎo)致沉降問題。這一類的沉降問題在很大程度上都是由地基土壓縮性偏高所引發(fā)的，因此，進(jìn)行公路橋梁隧道軟土地基處理的過程中需針對地基土的壓縮性采取一定的措施，有效提升其壓縮模量從而降低軟土地基不均勻沉降幾率，盡可能避免因壓縮性路基沉降而帶來的風(fēng)險和隱患。

3 公路橋梁隧道軟土地基處理具體對策

3.1 超前預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)

針對公路橋梁隧道的軟土地基開展處理工作可首先進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的建設(shè)，超前預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)具體是指在實際開展公路橋梁隧道施工建設(shè)之前，采取一定的措施對軟土地基進(jìn)行支護(hù)加固處理，目前應(yīng)用于高速公路橋梁隧道建設(shè)中較為常見的方法有管棚法、超前小導(dǎo)管和掌子面噴射混凝土三種類型[6]。

管棚法具體是指依照項目施工圖紙所設(shè)計的孔洞分布方案，沿隧道輪廓線在其外表面安置鋼管棚，并在各鋼管內(nèi)部進(jìn)行注漿處理從而賦予鋼管支護(hù)能力，形成有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高軟土地基抗壓性能的效果。應(yīng)用于公路橋梁隧道軟土地基處理中，管棚加固法較為適合對完整性差且松散性高的軟土地基進(jìn)行處理施工，能在最大程度上發(fā)揮其支護(hù)效用，不僅可以有效提升軟土地基橫向的支撐力，還進(jìn)一步為其縱向梁起到了加固作用。

超前小導(dǎo)管是現(xiàn)階段應(yīng)用于軟土地基預(yù)支護(hù)處理中較為常見的一種技術(shù)方法，利用超前小導(dǎo)管可以有效改善隧道中土層松散的問題，注漿后可進(jìn)一步增強(qiáng)軟土地基的穩(wěn)定性能，在隧道開挖完成后和初期預(yù)支護(hù)階段對于支撐軟土地基具有較大的應(yīng)用價值。選擇長度在3～5 m的超前小導(dǎo)管沿施工橋梁隧道的縱向方向依照外輪廓線進(jìn)行注漿管道的設(shè)置，將超前小導(dǎo)管的尾端安置在鋼架的腹部位置并制成鋼花管，再選擇水泥和水玻璃雙漿液按照1∶1的比例進(jìn)行混合注漿，超前小導(dǎo)管的作用與管棚法類似，可有效創(chuàng)造穩(wěn)定安全的隧道施工環(huán)境。

最后一個重要的軟土地基預(yù)支護(hù)處理方法是掌子面噴射混凝土封閉法，在進(jìn)行公路橋梁隧道施工時遇到軟土地基含水量過高的情況時可采取噴射混凝土的方式對掌子面進(jìn)行密封處理，或采取掌子面注漿的方式，注漿鉆孔的位置布局需要充分考慮隧道環(huán)境水層分布和軟土地基情況，根據(jù)注漿范圍、單個注漿孔分布以及鉆孔作業(yè)實際要求而靈活調(diào)整，精準(zhǔn)定位鉆孔位置后可選用地質(zhì)鉆機(jī)開鉆注漿口，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時即可開始注漿，從而到達(dá)超前預(yù)支護(hù)的目的和效果。

3.2 超前預(yù)加固處理

當(dāng)前公路橋梁隧道施工項目較為常見的軟土地基超前預(yù)加固處理方法有地表注漿法和洞內(nèi)鉆孔注漿法兩種。地表注漿法具體是指在開展公路橋梁隧道的施工環(huán)節(jié)時，在軟土地基中設(shè)置帶孔的鋼管，并向每個鋼管管道內(nèi)注入一定量的混凝土漿料，使鋼管與地基緊密結(jié)合從而有效改善軟土地基的強(qiáng)度。地表注漿法適用于土質(zhì)情況較差且土層孔隙較大的軟土地基部分，能夠充分發(fā)揮其價值效用，但應(yīng)用于含黏土地質(zhì)中則效果會大打折扣。

洞內(nèi)鉆孔注漿法需要利用注漿機(jī)械設(shè)備來完成對軟土地基的處理，通過使用注漿設(shè)備將具有填充性和凝膠性的填充物質(zhì)合理注入需要采取加固措施處理的軟土地基中。這類填充材料進(jìn)入到軟土地基的裂縫中，會逐漸發(fā)生凝固反應(yīng)，從而實現(xiàn)軟土地基強(qiáng)度的提升。洞內(nèi)鉆孔注漿法不僅可以有效提升軟土地基的承載力和穩(wěn)定性，而且可以起到軟土地基防止水分侵蝕的保護(hù)作用。

3.3 軟土地基緊密壓實法

軟土地基緊密壓實處理方法具體包括石灰填塞壓實法和強(qiáng)夯土處理法。石灰填塞壓實法是利用石灰材料本身較為良好的吸水能力，在吸收水分后會發(fā)生一定的膨脹變化，膨脹反應(yīng)產(chǎn)生的力可以完成對軟土地基的擠壓加固處理。在實際應(yīng)用過程中，在軟土地基中合理添加一定量的石灰物質(zhì)可以進(jìn)一步優(yōu)化軟土地基的密實度和基礎(chǔ)強(qiáng)度。石灰填塞法更適合應(yīng)用于土質(zhì)成分主要為黃土和素填土的地質(zhì)，不僅可以降低軟土地基的含水量，還可以提升隧道軟土地基處理工作的效率從而加快施工進(jìn)程。

強(qiáng)夯土處理法則是指公路橋梁隧道在施工過程中若遇到軟土地基，直接通過應(yīng)用機(jī)械設(shè)備來對其反復(fù)壓實從而達(dá)到軟土地基加固的目的，強(qiáng)夯法步驟簡單、可操作性強(qiáng)，應(yīng)用這種方法可以改善軟土地基土層內(nèi)部顆?？障洞蟮膯栴}，從整體上提升軟土地基的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性能。

3.4 墊層法

墊層法具體是指在針對公路橋梁隧道軟土地基進(jìn)行施工處理時，可以利用本身強(qiáng)度較大的地質(zhì)結(jié)構(gòu)作為墊層，通過墊層強(qiáng)度的支持實現(xiàn)軟土地基整體強(qiáng)度和承載能力的提升，并有效改善軟土地基路面沉降問題。選擇墊層法時，首先要對軟土地基基本情況、土質(zhì)成分和土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面勘察與掌握，在立足于隧道施工的具體要求來選擇符合強(qiáng)度要求的墊層材料，需要注意的是墊層應(yīng)具備良好的排水能力。通常情況下進(jìn)行公路橋梁隧道軟土地基處理時可以選擇鋪設(shè)0.8 m的墊層，這一厚度標(biāo)準(zhǔn)基本可以滿足各類軟土地基的加固處理要求，同時還可以保持地基有效的排水性，降低了水分對軟土地基產(chǎn)生侵蝕的可能性。

4 結(jié)束語

公路橋梁及隧道是我國在開展交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中的重要組成部分，若在施工過程中遇到軟土地基必須及時采取科學(xué)措施對其進(jìn)行處理。通過掌握軟土地基的處理要點，以提升軟土地基強(qiáng)度、承載力和穩(wěn)定性，通過超前預(yù)支護(hù)、超前預(yù)加固、壓實與墊層方法有效完成軟土地基的處理工作，從而達(dá)到理想的支撐加固效果，進(jìn)一步提升公路橋梁及隧道施工項目的質(zhì)量性能和整體效益。

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