探討公路橋梁隧道軟土地基處理的相關對策

周子銘

（晟遠工程設計集團有限公司，山東 煙臺 264670）

0 引言

公路路基工程施工是公路工程的關鍵階段。在不同的公路項目中，有不同的路基形狀，其中比較獨特的路基是軟土地基結構路基。該類路基主要由松散土、松散砂、泥炭土等孔隙度大的土層、有機土、砂土、黏土等小顆粒組成，容易引起地面沉降，破壞地面結構。因此，加強公路工程軟土地基施工技術的科學研究十分重要。

1 軟土地基性質概述

在公路施工過程中，軟土地基屬于高壓縮性軟土地基時，其基本性質主要有：容重較小、含水量大并且孔隙比較大，土質中存在大量的腐殖質、微生物以及可燃氣體。因此其呈現(xiàn)出較強的壓縮性，難以實現(xiàn)長期穩(wěn)定，在公路施工中容易形成大幅度的路基沉降，嚴重破壞路面結構。軟土地基如屬于抗剪強度低軟土地基時，其路基承載力較難符合設計要求和標準[1]。而透水性能較差的低透水性軟土，由于其垂直層面具有不透水的特性，不利于排水固結，使沉降延續(xù)時間增加，另外在荷載的長期作用下，極可能導致孔隙水壓力較大，對地基強度造成嚴重影響。地基存在絮凝狀的結構性沉積物即為觸變性軟土，原狀土如受到擾動等形式的破壞時，在其具有的一定結構強度下，一旦出現(xiàn)結構破壞，將導致其強度降低或迅速呈現(xiàn)稀釋狀態(tài)。在震動荷載的作用下，軟土地基極容易出現(xiàn)沉降、側向滑動以及擠出底面兩側等問題，造成路堤出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。在一定荷載長期作用下，軟土地基還具有流變性。隨著荷載作用時間的延長，土質變形越大，導致其長期強度遠低于瞬時強度，嚴重影響路堤、邊坡等穩(wěn)定性。另外軟土地基還呈現(xiàn)出不均勻性，容易造成路基出現(xiàn)不均勻沉降，對路面結構造成破壞[2]。

2 軟土地基的處理原則

軟土地基的處理過程中，需要遵循因地制宜原則。具體而言，公路工程施工之時，將會遇到各種類型的軟土地基。此時，為最大限度降低處理成本、提高地基強度，就需因地因時而變，采取對應的處理措施。只有如此，軟土地基的處理工作才能達到事半功倍的最終效果。軟土地基的處理過程中還需遵循循序漸進原則。部分公路工程施工任務重、施工周期短，因而對于軟土地基的處理極易貪功冒進。這種處理方法切不可取，而應循序漸進，精益求精，層層把關，確保軟土地基處理得當，再進行公路路面鋪設[3]。

3 軟土地基的危害

3.1 軟土地基容易造成路面侵蝕

對于公路橋隧工程來說，路基的穩(wěn)定性不容忽視，它會直接危及施工質量和我國的安全。因此，從結構分析來看，軟土地基的穩(wěn)定性不夠，很容易導致路面的腐蝕。橋梁施工中會使用一些混凝土和砂礫作為原材料，在整個整合過程中容易造成軟土的質量不穩(wěn)定，但在公路橋隧施工中，存在大量沉淀腐蝕，整體結構會松動，影響穩(wěn)定性[4]。

3.2 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時若不予以充分重視并處理，極易造成路面沉降問題。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致承重能力降低，在路面填料隨著施工進程持續(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，嚴重時可能會導致坍塌事故[5]。

3.3 軟土地基容易引起路面裂縫

就軟土的性能而言，公路橋隧施工中很容易產生路面硬底問題。混凝土是公路建設中的主要建設材料。但是，混凝土長期使用會產生裂紋，許多施工隊沒有用足夠的時間從性能上分析軟土地基存在的問題和重要性，導致質量不合格。

4 公路工程施工中軟土地基處理技術運用

4.1 換填墊層

換填墊層技術在軟土地基改造工程中運用時，應通過開挖處理，將地基中不符合強度要求的軟土移除，并利用符合工程強度要求的土質進行換填。在實際作業(yè)過程中，首先，需要保證土質的挖掘厚度，通常應保證土質厚度在0.5～3m，一旦出現(xiàn)深度過淺或過深，此處理方法都不適用。開挖深度確定后還應詳細勘察和分析整個施工現(xiàn)場的狀況，此處理技術主要適用于濕陷性黃土、淤泥以及暗溝等環(huán)境，在其他軟土層中應用效果不明顯。其次，在公路工程實施過程中，應結合荷載量對回填進行分析，不同情況所選擇的回填材料也有所不同，具體施工過程也存在差異，為了使處理技術能夠更好地發(fā)揮作用，可采用事先挖掘排水溝的方式避免出現(xiàn)地表水、地下水外滲的情況。針對一些軟土土質極容易出現(xiàn)的傾斜問題，需要分層次、分步驟地進行土質回填，通過替換和調整土壤的特質，使軟土地基特征得到有效改善。但此處理技術存在工程量較大、操作較難并且造價較高等不足，在需要進行大面積整片軟土地基處理時，此處理技術適應性不足。

4.2 預支護法

預支護法就是提前裝好各個隧道的鋼管，在鋼管排列上，必須根據(jù)灌漿工作進行，使所有支撐架和無縫鋼管靈活系統(tǒng)，基礎能承受附近提供的工作壓力，以確保附近各梁的實際效果。目的是更好地維護沙子。對公路橋隧施工中的軟土問題，也按照基本建設標準進行了分析。對于相對松散的土層，按順時針方向進行水泥砂漿順序，以提高路基的穩(wěn)定性；在混凝土封閉模式下，必須選擇一些含水量較高的巖土工程進行結構加固，這樣不僅可以保證各表面的緊密性，還可以減少風化層的坍塌和裂縫。

4.3 超前預加固處理

當前公路橋梁隧道施工項目較為常見的軟土地基超前預加固處理方法有地表注漿法和洞內鉆孔注漿法兩種。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，在軟土地基中設置帶孔的鋼管，并向每個鋼管管道內注入一定量的混凝土漿料，使鋼管與地基緊密結合從而有效改善軟土地基的強度。地表注漿法適用于土質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，但應用于含黏土地質中則效果會大打折扣。洞內鉆孔注漿法需要利用注漿機械設備來完成對軟土地基的處理，通過使用注漿設備將具有填充性和凝膠性的填充物質合理注入需要采取加固措施處理的軟土地基中。這類填充材料進入軟土地基的裂縫中，會逐漸發(fā)生凝固反應，從而實現(xiàn)軟土地基強度的提升。洞內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，而且可以起到防止水分侵蝕的保護作用。

4.4 置換強夯

對于含水量較高及孔隙較大的軟土地基，可采用普通強夯或置換強夯的處理技術。對于含水率大于25%的軟土地基，可根據(jù)工藝試驗結果，對一定范圍內的軟弱黏性土地基進行置換強夯或重錘強夯處理。在巨大的沖擊能作用下，土層中形成極大的沖擊波和壓力，有效壓縮土體孔隙，并在夯擊點周圍的一定深度內形成裂隙，成為良好的排水通道，有利于土中的孔隙水及時排出，使土體能夠快速固結。通過此處理技術的運用，能夠一定程度提高地基承載力，使其壓縮性降低。此處理技術適用于地基深度在0～5m的軟土地基，具有處理深度較大、速度快的優(yōu)勢，但造價成本較高。

4.5 添加劑法

添加劑法在越來越多的公路工程中已經得到應用和推廣并且收獲良好成效。添加劑法，主要是將黏土與石灰充分攪拌，促使石灰快速吸收軟土地基的水分使其固結。軟土地基的處理過程中有效應用添加劑法，可以明顯改善土質特性，促使軟土地基的內部結構更加穩(wěn)定。而且，軟土地基經過添加劑法處理之后，其穩(wěn)定性更能在長期受力作用之下有效保持。實際之中，應用添加劑法處理軟土地基，施工速度較快、施工范圍較大，而且施工相對簡便。因此，添加劑法具有較強的適用性和推廣性。需要注意的是，公路工程各處的軟土地基存在差異，要想有效發(fā)揮添加劑法的軟土地基處理作用，還需相關負責人員基于添加劑法應用之前針對軟土地基的土質進行實地測量、全面計算。只有如此，才可科學配比添加劑（石灰）用量，確保軟土地基應用添加劑法之后達到理想處理效果。此外，相比其他軟土地基處理方法，添加劑法能更直接全面地深入軟土地基肌理，徹底改變軟土地基的土質特性，促使處理后的軟土地基在公路工程的全過程施工中穩(wěn)固可靠、在公路工程的全壽命周期安全耐久。

4.6 通過擠密壓實法來穩(wěn)定軟土地基

在公路橋梁施工過程中，需要以反復壓實的方式進行處理，以減少地基內部的裂縫，穩(wěn)定路面的堅實度。對于擠密壓實度來說，在適合的位置上以淺層軟土地基使用更好，以石灰填充應用是最廣泛的，這樣能取得很好的效果，石灰吸水性好，可以穩(wěn)定軟土地基的承載力，能控制好軟土地基的水分。

4.7 堆載預壓和真空預壓

堆載預壓處理技術通過等于或大于設計荷載的填土荷載的運用，使地基實現(xiàn)提前固結沉降，使地基強度增強，工后沉降有效減少。如地基強度指標符合設計要求相關數(shù)值，則可將荷載卸去，對道路路面進行修筑。通過此處理技術對軟土地基的預處理，通常不會出現(xiàn)較大的固結沉降。此技術利用路堤填土進行堆載，能夠使成本降低。在進行施工填筑時，需要采用分級、分層進行荷載施加以及加荷速率控制，防止地基出現(xiàn)剪切破壞，從而有效提高地基強度。此處理技術施工簡單，并且已趨于成熟。但因軟土固結系數(shù)較小而導致排水固結時間較長，對工期造成一定影響，因此如施工時間充足，可單獨運用此處理技術；如工期時間較短，可與其他處理技術相結合。真空預壓處理技術利用塑料排水板或砂井在需要加固的軟土地基內進行合理設置，并將砂墊層鋪設在地面上，采用不透氣的密封膜進行覆蓋，使其能夠與大氣隔絕，將吸水管道埋設于砂墊層中，通過真空裝置抽氣的方式，在使膜內空氣排出的同時，在膜內外形成相應的氣壓差，并能夠使其轉變?yōu)樽饔糜诘鼗暮奢d，從而實現(xiàn)軟土地基土質改善。此處理技術無法采用堆載方式，使加載和卸荷工序簡化，預壓時間縮短，大量節(jié)約堆載材料，施工過程簡單，能夠適應大面積施工處理需求。

4.8 膠結法

膠結法是將水泥砂漿、水泥、石灰等摻入軟土地基使之加固，以此促使軟土地基降低壓縮性、提升承載力。通常情況下，膠結法又可細分為高壓噴射注漿法以及水泥土攪拌法。以下就此兩種膠結法進行詳細論述。

（1）高壓噴射注漿法。此項膠結法應用過程中，首先需要確定孔位，隨之需要依次鉆孔。開孔完畢之后，便可利用高壓噴射方式將預制混凝土漿液灌入孔內。通過高壓噴射注漿，軟土地基可在漿液壓力之下形成具備穩(wěn)定結構的固體。具體而言，高壓噴射注漿可以改變軟土地基強度，使其更加密實、穩(wěn)固。實際之中，應用高壓噴射注漿工藝進行軟土地基處理時，需要做足準備工作，嚴格把控施工工序，如此才可有效膠結軟土地基。另外，高壓噴射注漿法，只需確定位置、準確鉆孔、灌注漿液即可，而且無須大型機械、無須重型設備，因而施工十分簡便，在軟土地基處理的諸多技術中具有明顯應用優(yōu)勢。高壓噴射注漿法的主要應用領域有：砂土、黃土、粉土、淤泥以及人工填土和淤泥質土地基。

（2）水泥土攪拌法。水泥土攪拌法亦是較為常見的軟土地基膠結法之一。水泥土攪拌法，主要是將軟土地基的深層土與固化劑利用攪拌機進行攪拌，隨之產生諸多物理反應、化學反應有效固結軟土。軟土地基通過水泥土攪拌法的膠結處理，可以有效提高地基承載能力并最大程度降低地基沉降量，以此促使地基更具強度以及整體性和穩(wěn)定性。水泥和石灰是水泥土攪拌法應用過程中的主要固化劑。此膠結法，雖然造價較高，但其具備設備輕、處理深、施工快的應用優(yōu)勢。需要注意的是，公路工程的實際施工過程中，如需應用水泥土攪拌法處理軟土地基，還需率先做好地質條件的勘察和分析工作，以此確保處理成效。

5 結語

公路橋梁及隧道是我國在開展交通基礎設施建設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措施對其進行處理。通過掌握軟土地基的處理要點，以提升軟土地基強度、承載力和穩(wěn)定性，通過超前預支護、超前預加固、壓實與墊層方法有效完成軟土地基的處理工作，從而達到理想的支撐加固效果，進一步提升公路橋梁及隧道施工項目的質量性能和整體效益。