軟土地基處理技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用

劉探勤

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

市政路橋工程施工過程中，軟土地基較為常見，此類地基土質(zhì)多為軟性黏土或淤泥，如未能有效處理則可導(dǎo)致市政路橋工程的強(qiáng)度及穩(wěn)定性降低，并可誘發(fā)橋梁工程變形或垮塌，嚴(yán)重威脅交通安全?，F(xiàn)階段，市政路橋工程施工中軟土地基處理技術(shù)日趨多樣化，施工人員需結(jié)合工程實(shí)際情況，合理選擇適宜的技術(shù)方案，以提高軟土地基的處理效果。

1 軟土地基的特點(diǎn)分析

軟土主要指孔隙比例大、壓縮性強(qiáng)、抗剪強(qiáng)度低、含水量高的細(xì)粒土，多為湖沼、谷地、濱海等區(qū)域沉積的土壤。軟土地基的主要特點(diǎn)如下：1)高壓縮性。軟土地基孔隙比大于1，容重偏小，含水量較大，土壤內(nèi)部含有大量腐殖質(zhì)及微生物，因此具有較高的壓縮性，且長(zhǎng)期無法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[1]；2)透水性較低。軟土地基透水性較低，垂直層面透水性接近為0，排水固結(jié)難度較大，可導(dǎo)致市政路橋沉降時(shí)間延長(zhǎng)；3)抗剪強(qiáng)度低。軟土地基抗剪強(qiáng)度較低，需在施工前通過試驗(yàn)檢查其抗剪強(qiáng)度是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[2]；4)流變性。軟土地基具有較強(qiáng)的流變性，特定載荷作用下可持續(xù)產(chǎn)生變形，強(qiáng)度逐步降低；5)觸變性。軟土地基屬于絮凝狀沉積物，受外界擾動(dòng)影響，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度顯著降低，極易產(chǎn)生沉降、側(cè)滑等問題；6)不均勻性。軟土地基在垂直方向及平面密度差異較大，如未能有效處理，可誘發(fā)不均勻沉降等問題。

2 軟土地基處理的基本原則

市政路橋施工過程中，處理軟土地基需遵循以下原則：1)依據(jù)市政路橋施工質(zhì)量要求確定處理方案。不同市政路橋工程對(duì)平整度及穩(wěn)定性的要求存在較大差異，針對(duì)高等級(jí)市政路橋工程需預(yù)先采取強(qiáng)力軟土地基處理措施，最大程度上減少沉降等問題。針對(duì)低等級(jí)市政路橋工程，可采用加載等技術(shù)使軟土地基發(fā)生沉降，待沉降結(jié)束后進(jìn)行施工[3]。同時(shí)，施工人員也可依據(jù)市政路橋工程的形狀選擇適宜的處理措施，以提高處理效果；2)因地制宜。不同地區(qū)土質(zhì)存在較大差異，施工人員需遵循因地制宜的原則處理軟土地基。比如施工區(qū)域?yàn)檎承酝粒刹捎脡簩?shí)技術(shù)處理，且在施工過程中需減少地基擾動(dòng)，以維持地基的整體性。施工區(qū)域?yàn)樯靶酝?，可采用震?dòng)壓實(shí)、砂樁等擠壓技術(shù)處理[4]。土層較淺的區(qū)域可采用換填技術(shù)，土層較深的區(qū)域可采用固結(jié)技術(shù)處理；3)充分考慮周邊情況。施工人員需結(jié)合周邊情況選擇適宜的軟土地基處理措施，以避免影響周邊建筑穩(wěn)定性。

3 市政路橋施工中軟土地基處理技術(shù)

3.1 表層排水技術(shù)與深層排水技術(shù)

軟土地基含水量較高，在處理過程中需采取有效的措施排除多余水分，以提升地基的整體承載力。表層排水技術(shù)可提升軟土地基的穩(wěn)定性與固結(jié)性能，具體操作中需在軟土地基上合理布設(shè)砂墊層，砂墊層可對(duì)軟土地基產(chǎn)生較大壓力，配合采取排水措施，可顯著降低軟土地基的含水量，加速軟土地基固結(jié)與沉降，確保施工作業(yè)的安全性與穩(wěn)定性。深層排水技術(shù)也屬于軟土地基常用排水技術(shù)，施工人員需采用擠密技術(shù)及排水井將軟土地基中的水分排水。具體操作中，施工人員需將擠密裝置置入軟土地基中，通過排水井將水分抽出，以加速地基排水固結(jié)。深層排水技術(shù)不得單獨(dú)使用，需配合其他軟土地基處理技術(shù)使用，以提升軟土地基的穩(wěn)定性[5]。

3.2 粉噴樁技術(shù)

粉噴樁技術(shù)操作過程中，施工人員需采用特點(diǎn)設(shè)備在軟土地基適宜位置鉆孔，通過壓力作用將固化劑壓至軟土地基中，使軟土地基中的水分與固化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，繼而降低軟土地基的含水量，促進(jìn)軟土地基固結(jié)。粉噴樁技術(shù)采用的固化劑多為水泥與石灰，施工人員需合理控制摻入比，并依據(jù)樁強(qiáng)度選擇水泥。如樁強(qiáng)度低于1.5MPa，可選擇325號(hào)水泥，如樁強(qiáng)度高于1.5MPa，可選擇425號(hào)以上水泥[6]。同時(shí)，為提升固化劑的流動(dòng)性，施工人員可適量摻入石膏、硫酸鈉、減水劑等材料，且在施工前需清理場(chǎng)地，保證作業(yè)空間充足，檢測(cè)軟土地基的含水量及土質(zhì)，以便于合理選擇固化劑，促進(jìn)粉噴樁固化效果提升。

3.3 堆載預(yù)壓法與真空預(yù)壓法

堆載預(yù)壓法需在市政路橋工程施工前采用不低于設(shè)計(jì)荷載的填土荷載，使軟土地基預(yù)先完成固結(jié)與沉降，如軟土地基強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求后，施工人員可將荷載卸下，并修筑路面。堆載預(yù)壓法可提升地基強(qiáng)度，避免工程投入使用后產(chǎn)生沉降，且施工過程中采用路堤填土為堆載，成本低廉，具有較高的推廣價(jià)值，施工操作過程中，施工人員需分級(jí)分層施加荷載，嚴(yán)格控制加荷速率，以避免地基剪切損壞。堆載預(yù)壓法操作相對(duì)簡(jiǎn)單，無需特殊施工材料與機(jī)械設(shè)備，但工期較長(zhǎng)，為此可聯(lián)合其他方法共同處理軟土地基。

真空預(yù)壓法需在軟土地基內(nèi)部設(shè)置塑料排水板或砂井，并在地面設(shè)置砂墊層，上方覆蓋密封膜以隔絕空氣。將真空裝置與預(yù)先埋設(shè)于砂墊層中的吸水管道連接，抽出軟土地基中的氣體，排出膜內(nèi)部的空氣，使膜內(nèi)外產(chǎn)生氣壓差，氣壓可作用于軟土地基，繼而提高地基強(qiáng)度。真空預(yù)壓法無需使用堆載材料，預(yù)壓時(shí)間較短，操作簡(jiǎn)單，無需大型機(jī)械設(shè)備，可應(yīng)用于大面積施工中[7]。

3.4 反壓護(hù)道法與攪拌樁法

反壓護(hù)道法需在道路主路堤雙側(cè)填筑特定高度與寬度的護(hù)道，以提升路堤的穩(wěn)定性，進(jìn)而達(dá)到抗滑平衡的效果。反壓護(hù)道法操作中，施工人員需控制護(hù)道高度為路堤填土高度的30%～50%，無需控制填土速率，可通過機(jī)械化的方式迅速完成路堤填筑，其主要缺陷為施工過程中土方量過大，占地面積較大[8]。

攪拌樁法屬于軟土地基膠結(jié)處理模式，施工人員需采用石灰、水泥等材料作為固化劑，利用深層攪拌機(jī)械強(qiáng)制攪拌深層軟土與固化劑，通過軟土與固化劑的理化反應(yīng)，使軟土地基固結(jié)形成水穩(wěn)定性、強(qiáng)度、整體性符合要求的地基，繼而減少地基沉降總量，提升其承載力。攪拌樁法可將軟土地基轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合地基，樁與軟土共同承擔(dān)地表載荷，其主要特點(diǎn)為操作簡(jiǎn)便，施工耗時(shí)短，可實(shí)現(xiàn)深層軟土地基的有效處理。

3.5 強(qiáng)夯法與換填墊層法

部分市政路橋施工區(qū)域地基以軟弱粘性土為主，孔隙較大，含水量處于特定范圍內(nèi)，施工人員可采用重錘夯實(shí)地基。強(qiáng)夯法利用巨大沖擊力作用于軟土地基，可產(chǎn)生較大的沖擊波與壓力，使土體孔隙產(chǎn)生壓縮，夯實(shí)點(diǎn)周邊可形成排水通道，軟土中的水分與氣體可順利排出，土體可在短時(shí)間內(nèi)固結(jié)，地基壓縮性顯著降低，承載力顯著提高[9]。

如軟土地基中軟弱土層厚度較小，施工人員可挖除軟弱土層，填充強(qiáng)度及穩(wěn)定性良好的材料，繼而達(dá)到換填墊層的效果。換填墊層法最佳處理范圍為2～3m，如厚度過大則需采取其他處理方法。

3.6 加筋路基法

如路堤沉降量較小，施工人員可利用土工布隔墊阻斷路基與軟土地基的測(cè)量位移，提升側(cè)向約束力，進(jìn)而降低應(yīng)力，提升軟土地基的穩(wěn)定性及剛度，使表面載荷均勻分布，促進(jìn)橫向排水[10]。

3.7 化學(xué)加固法

化學(xué)加固法為市政路橋施工中常用的軟土地基處理技術(shù)，施工人員需將水泥或其他類型的化學(xué)材料加入軟土地基中，土體與加入的化學(xué)材料發(fā)生反應(yīng)后，可排出內(nèi)部水分與空氣，形成承載力較高的復(fù)合地基，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)粉土、淤泥粘土、粉質(zhì)粘土、砂土等軟土地基的有效處理。化學(xué)加固法主要包括粉噴樁、旋噴樁、水泥土攪拌法、注漿、硅化法等，硅化法主要采用水玻璃為主要成分的混合液加固軟土，其主要特點(diǎn)為操作簡(jiǎn)便、加固速度快，但施工費(fèi)用較高，如軟土地基滲透系數(shù)偏小，則不建議采用該方案處理[11]。

4 市政路橋工程施工中軟土地基處理技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

4.1 工程概況

某地區(qū)市政路橋工程為城市客運(yùn)交通及沿江旅游主干道，地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，施工區(qū)域存在大面積粉細(xì)砂、粉土、淤泥質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土等，工程沿線局部區(qū)域需穿越江面，地勢(shì)起伏，施工區(qū)域不規(guī)則分布垃圾場(chǎng)、魚塘洼地等。施工區(qū)域地下水水位埋深為0.8～5.5m，高程為2～7.9m，地下水為潛水，地下土質(zhì)分布不均，層間土厚度不一，土層呈交錯(cuò)分布。該工程施工區(qū)域約30%面積需實(shí)施回填，填土厚度均值為2m，局部填土最大厚度可達(dá)到4.5m，為確保工程質(zhì)量，需采取有效的措施控制不均勻沉降與地基變形。

4.2 軟土地基處理技術(shù)對(duì)比分析

結(jié)合該工程實(shí)際情況，需對(duì)局部軟土地基實(shí)施加固處理，以確保地基沉降變形處于合理范圍內(nèi)。施工人員通過綜合分析，提出采取石灰樁、水泥攪拌樁、超載預(yù)壓與砂井固結(jié)、碎石樁、強(qiáng)夯法等技術(shù)處理軟土地基，通過技術(shù)指標(biāo)、工期及成本的對(duì)比分析如表1所示，決定采用碎石樁與強(qiáng)夯法處理軟土地基。

4.3 軟土地基處理技術(shù)

4.3.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法主要優(yōu)勢(shì)為操作簡(jiǎn)便，處理效果良好，施工機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單，施工材料用量少，適用范圍廣，費(fèi)用低廉。強(qiáng)夯法可在短時(shí)間內(nèi)將較大的沖擊能量作用于軟土地基，可實(shí)現(xiàn)砂土、雜填土、碎石土、粘性土的加固，可減少軟土地基的壓縮性，提升其強(qiáng)度。該工程施工過程中，施工人員預(yù)先挖除施工區(qū)域的淤泥，利用所在地區(qū)的砂性土、粉土實(shí)施分層回填，壓實(shí)回填土并平整場(chǎng)地，設(shè)置排水溝。完成上述操作后實(shí)施強(qiáng)夯，夯點(diǎn)采用梅花狀布置，間距為3m，夯垂為150kN。軟土地基處理區(qū)域土層厚度為4m以上，需設(shè)定單點(diǎn)夯擊能為1500kN/m，單點(diǎn)6～8擊，完成操作后采用1200kN/m夯擊能實(shí)施夯實(shí)處理，確保最后2次夯擊軟土沉降量為50mm以內(nèi)。軟土地基處理區(qū)域土層厚度為3～4m，需設(shè)定單點(diǎn)夯擊能為1200kN/m，單點(diǎn)6～8擊，完成操作后采用900kN/m夯擊能實(shí)施夯實(shí)處理。

4.3.2 碎石樁法

碎石樁法可顯著增加地基承載力，減少沉降量，提升地基抗滑穩(wěn)定性，可有效處理人工填土、砂土及粉土。該工程部分區(qū)域浜土厚度為2.5m以上，有機(jī)質(zhì)含量較高，軟土中含有大體積石塊，施工人員采用碎石樁加固地基。選用碎石樁材料為卵石、圓礫、角礫、碎石等硬質(zhì)且含泥量較低的材料，材料直徑控制為20～50mm。完成碎石成樁后，施工人員需挖除樁頂密度不達(dá)標(biāo)的樁體，鋪設(shè)礫石砂墊層并壓實(shí)。

5 結(jié)語

軟土地基含水量高，壓縮性較強(qiáng)，強(qiáng)度偏低，可產(chǎn)生不均勻沉降，對(duì)市政路橋工程質(zhì)量及安全性均可造成嚴(yán)重不良影響。為此，施工人員結(jié)合市政路橋工程實(shí)際情況，合理選擇軟土地基處理技術(shù)，規(guī)范完成軟土地基的處理，以提升其強(qiáng)度及穩(wěn)定性，避免發(fā)生不均勻沉降等問題，繼而促進(jìn)市政路橋工程施工質(zhì)量的全面提升。