道路橋梁施工中軟弱地基的處理方法

陳吉利

蘭州新區(qū)城鎮(zhèn)工程建設(shè)有限責(zé)任公司 甘肅 蘭州 730000

伴隨著我國(guó)城市建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，交通事業(yè)也獲得了快速發(fā)展，道路橋梁工程的運(yùn)輸量有了大幅度提升，這對(duì)工程的施工質(zhì)量提出了更高的要求。地基是道路橋梁工程的基礎(chǔ)部分，地基的處理質(zhì)量關(guān)系到道路橋梁的穩(wěn)定性，軟弱地基是道路橋梁工程的施工難點(diǎn)，這種地基主要包括軟土、泥沙、淤泥、沖填土等，土質(zhì)十分松軟，不夠穩(wěn)定，需要施工人員開(kāi)展換填、加固等，通過(guò)多種方法提高地基的承載力和穩(wěn)定性。在實(shí)際施工中，施工人員需要結(jié)合施工地點(diǎn)的土質(zhì)情況，選擇科學(xué)有效的軟弱地基處理方式，既要提高地基的穩(wěn)定性和承載力，又要考慮經(jīng)濟(jì)成本。

1 道路橋梁施工中軟弱地基的特征及危害

1.1 軟弱地基的特征

表1 軟弱地基的性質(zhì)

在道路橋梁施工中，軟弱地基是一種常見(jiàn)的地基類型，這種地基通常由淤泥、軟性黏土組成，土壤的縫隙較大，含水量較高，土質(zhì)比較疏松，無(wú)法滿足道路橋梁工程的施工要求，需要采取措施進(jìn)行處理。從整體上來(lái)看，軟弱地基的特征可以劃分為5個(gè)方面：

第一，含水率高。軟弱地基在沿海、沿湖等區(qū)域中比較常見(jiàn)，這類地基的土壤中含有大量水分，含水率能夠達(dá)到35%～80%，空隙率為1～2。

第二，滲透性差。軟弱地基通常由淤泥質(zhì)土等組成，土壤自身的滲透系數(shù)非常低，如果不采取人工干預(yù)手段，軟弱地基需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能固結(jié)。

第三，壓縮率高。軟弱地基土層的壓縮性通常在0.5～1.5MPa，有些區(qū)域的軟弱地基甚至能夠達(dá)到4.5MPa。

第四，剪切強(qiáng)度低。軟弱地基不排水的自然剪切強(qiáng)度通常在20kPa以下，剪切強(qiáng)度較低。

第五，流變性較強(qiáng)。軟弱地基的結(jié)構(gòu)性較差，流變性強(qiáng)，一旦土壤的絮體結(jié)構(gòu)受到破壞，就容易出現(xiàn)流體狀態(tài)。

1.2 軟弱地基的危害

基于軟弱地基含水率高、滲透性差、壓縮率高的特征，道路橋梁施工會(huì)受到嚴(yán)重影響，如果不能在施工過(guò)程中對(duì)軟弱地基進(jìn)行有效處理，就會(huì)引發(fā)不同程度的道路橋梁工程病害，例如路基開(kāi)裂、路面沉降、路基滑移、橋頭跳車等，這會(huì)影響人們的行車體驗(yàn)，甚至還有可能造成嚴(yán)重的交通事故。在一些排水不暢的路段中，水侵路基的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，路基有可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的沉降問(wèn)題，路面也有可能發(fā)生開(kāi)裂，水分進(jìn)入之后可能會(huì)出現(xiàn)翻漿問(wèn)題，從而影響道路橋梁工程的運(yùn)營(yíng)效果[1]。

2 道路橋梁施工中軟弱地基處理的技術(shù)

針對(duì)道路橋梁施工而言，軟弱地基的處理應(yīng)當(dāng)圍繞改善地基透水特性、提高地基抗變形特性、降低土體壓縮性、改善土壤的動(dòng)力性能等方面進(jìn)行施工，以提高道路橋梁工程的穩(wěn)定性。

2.1 水泥粉煤灰碎石樁加固技術(shù)

水泥粉煤灰碎石樁加固技術(shù)的核心在于制作高黏結(jié)性、高強(qiáng)度的樁體，簡(jiǎn)稱CFG樁。在施工過(guò)程中，施工人員需要將水泥、碎石、粉煤灰、石屑等材料攪拌均勻，使CFG樁和樁間土、褥墊層形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的地基，提高地基的承載力和強(qiáng)度，防止地基沉降。在道路橋梁工程的施工中，軟弱地基的處理可以采用水泥粉煤灰碎石樁加固技術(shù)，如果CFG樁的樁徑較大，施工人員就需要采用鉆孔灌注樁的相關(guān)設(shè)備，如果樁徑較小，就可以用振動(dòng)沉管機(jī)和螺旋鉆機(jī)。例如，在使用振動(dòng)沉管機(jī)施工時(shí)，施工人員需要按照沉管、投料、拔管等施工順序完成施工。對(duì)于道路橋梁工程而言，CFG樁能夠在軟弱地基中發(fā)揮樁體作用、置換作用和加固緊密作用。褥墊層能夠在復(fù)合結(jié)構(gòu)中使樁和土共同承擔(dān)荷載，確保樁間土的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)沉降不均勻的現(xiàn)象。在具體的施工中，調(diào)整褥墊層的厚度能夠使樁、土的荷載分擔(dān)比得到調(diào)節(jié)。CFG樁的受力性狀和水泥攪拌樁非常接近，施工操作簡(jiǎn)單便捷，施工周期較短，具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.2 塑料排水板加固技術(shù)

在軟弱地基處理中，塑料排水板加固技術(shù)是一種新型的軟弱地基處理技術(shù)，目前該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公路、隧道、地鐵等工程中，能夠加固軟弱地基，降低地基的含水量。針對(duì)道路橋梁施工而言，一些地基存在含水量高、壓縮性大、透水性差的問(wèn)題，這種地基強(qiáng)度較低，不利于道路橋梁工程的穩(wěn)定性。塑料排水板加固技術(shù)的原理是構(gòu)建豎向以及水平方向的排水通道，施工人員需要運(yùn)用插板機(jī)械在軟弱地基中插入塑料排水板，使軟弱地基中形成豎向的排水通道，再通過(guò)鋪設(shè)砂墊層形成水平排水通道，然后通過(guò)真空預(yù)壓、預(yù)壓堆載等方法加大荷載，使軟弱地基當(dāng)中的孔隙水通過(guò)塑料排水板和砂墊層排出，降低軟弱地基的含水量，使地基土壤更加密實(shí)，提高地基的承載力。在豎向排水板的平面布置上，施工人員可以將其在平面上設(shè)計(jì)為正方形或者等邊三角形[2]。此外，在豎向排水板的深度布置中，施工人員需要結(jié)合道路橋梁工程項(xiàng)目對(duì)地基穩(wěn)定性和沉降的要求確定排水板的長(zhǎng)度，讓塑料排水板穿越地基可能的滑動(dòng)面2m以上，以提高地基的穩(wěn)定性，同時(shí)還要讓排水板穿越主要的受壓層，避免地基沉降。對(duì)于該方法而言，橫向排水是指頂部砂墊層的鋪設(shè)，如果缺乏砂料，就可以用砂溝代替墊層，在鋪設(shè)中應(yīng)當(dāng)使砂墊層的厚度大于0.4m。下圖為塑料排水板加固技術(shù)的工藝流程。

圖1 塑料排水板加固技術(shù)的工藝流程

2.3 置換處理技術(shù)

置換處理技術(shù)又被稱為換填土法，該方法是指用優(yōu)質(zhì)的土壤替換軟弱土層，從而達(dá)到提高地基承載力、降低地基含水量的目的。在實(shí)際的施工過(guò)程中，道路橋梁施工如果遇到土層較薄的軟弱地基，就可以采用置換處理技術(shù)，挖除軟弱地基中的不良土質(zhì)，然后再根據(jù)道路橋梁工程施工的實(shí)際情況，分層換填穩(wěn)定性良好、強(qiáng)度較大的材料，包括高爐干渣、粉煤灰、砂石等，然后再進(jìn)行強(qiáng)夯打壓，提高地基的密實(shí)度，增強(qiáng)其承載能力，減少軟弱地基的沉降量。在分層換填的過(guò)程中，施工人員需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)換填材料做好壓實(shí)處理，對(duì)地基進(jìn)行充分?jǐn)D壓，使土層當(dāng)中多余的水分充分排除，這樣才能提高土層的替換效果。在人工壓實(shí)處理時(shí)，施工人員需要注意工程項(xiàng)目中的土層強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，做好土層強(qiáng)度測(cè)量，提高軟弱地基處理施工的精準(zhǔn)性。針對(duì)道路橋梁工程來(lái)說(shuō)，置換處理技術(shù)適用于雜填土、素填土、濕陷性黃土、淤泥質(zhì)土中，這種處理方法可以徹底改變軟弱地基的土壤結(jié)構(gòu)，使地基的固結(jié)速度加快，確保換填之后的地基符合道路橋梁工程的施工要求。

2.4 加筋處理技術(shù)

加筋處理技術(shù)是一種運(yùn)用不銹鋼鋼帶、鋼筋等材料對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理的技術(shù)，能夠有效提高軟弱地基的抗壓性，該技術(shù)對(duì)施工工序的要求較高，施工人員需要在施工過(guò)程中制定嚴(yán)格的材料鋪設(shè)作業(yè)方案，這樣才能充分發(fā)揮加筋處理技術(shù)在軟弱地基處理當(dāng)中的優(yōu)勢(shì)。除了應(yīng)用不銹鋼鋼帶、鋼筋等材料之外，該方法還可以在軟弱地基當(dāng)中加入土工合成材料，或者在邊坡部位打入土釘、土錨，以提高軟弱地基的抗剪強(qiáng)度，使路堤更加穩(wěn)定。當(dāng)前，道路橋梁工程軟弱地基處理中經(jīng)常將加筋技術(shù)和填土墊層技術(shù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)加筋處理技術(shù)來(lái)提高土壤與拉筋之間的摩擦力，避免軟弱地基出現(xiàn)變形問(wèn)題，然后再通過(guò)填土層處理技術(shù)清除松軟和濕潤(rùn)的土質(zhì)，利用穩(wěn)定效果良好的化學(xué)材料進(jìn)行填充，待填充完成之后，再進(jìn)行壓膜處理。在施工過(guò)程中，施工人員需要對(duì)砂石墊層、土工格柵進(jìn)行處理。為進(jìn)一步提高軟弱地基的抗壓性能，施工人員需要對(duì)鋪設(shè)的材料進(jìn)行嚴(yán)格檢查，在鋪設(shè)第一層土工格柵之前，確保土工格柵原材料的質(zhì)量，使施工原材料符合軟弱地基的處理要求。在道路橋梁工程的施工中，有些工程項(xiàng)目中的斜坡位于軟弱地基上，施工人員需要對(duì)斜坡進(jìn)行施工，控制好施工材料的緊密度，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形的問(wèn)題。在進(jìn)行填充作業(yè)時(shí)，施工人員需要嚴(yán)格按照事先制定的鋪設(shè)作業(yè)方案進(jìn)行施工，優(yōu)化鋪設(shè)順序，提高軟弱地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。

2.5 密實(shí)加固技術(shù)

2.5.1 動(dòng)力固結(jié)法

動(dòng)力固結(jié)法是一種通過(guò)強(qiáng)夯的手段對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理的方法，該方法可以廣泛應(yīng)用于砂土、碎石土、素填土、黏性土等土壤中，利用外部的強(qiáng)夯打擊改變土壤結(jié)構(gòu)，提高地基的強(qiáng)度。在實(shí)際操作中，施工人員需要運(yùn)用8～30t的重錘，將重錘調(diào)整為8～20m的落距，然后讓重錘反復(fù)夯擊地面，使土壤的顆粒結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，讓土壤更加密實(shí)，降低軟弱地基的壓縮性，提高地基的強(qiáng)度。

表2 強(qiáng)夯處理的有效加固深度

在實(shí)際的施工過(guò)程中，一些軟弱地基的土壤屬于飽和粘性土，在對(duì)這類地基進(jìn)行處理時(shí)，施工人員可以采用“動(dòng)力固結(jié)置換法”，將強(qiáng)夯法和置換處理法結(jié)合起來(lái)，通過(guò)外部的夯打，將強(qiáng)度較高的材料擠壓到軟弱地基內(nèi)，然后使其在施工地基中形成碎石墩，與原有地基共同組成復(fù)合地基，最大程度地提高軟弱地基的承載力，減少地基的沉降。當(dāng)前，強(qiáng)夯處理法經(jīng)常和機(jī)械碾壓法共同使用，這兩種方法的應(yīng)用原理十分相似，都可以將水分排出土壤，加大土壤的密度。在使用機(jī)械碾壓法時(shí)，施工人員需要科學(xué)選擇碾壓工藝，提前開(kāi)展碾壓實(shí)驗(yàn)，確定出碾壓的次數(shù)和夯實(shí)的次數(shù)，同時(shí)還要確定重錘夯擊的力度、夯擊的范圍[3]。

2.5.2 深層密實(shí)加固法

深層密實(shí)加固法是一種綜合運(yùn)用爆破、夯擊、擠壓等手段對(duì)軟弱地基進(jìn)行加固的技術(shù)，該技術(shù)能夠最大程度的提高軟弱地基的強(qiáng)度，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性，能夠起到良好的加固處理效果。在道路橋梁工程的施工過(guò)程中，施工人員需要結(jié)合軟弱地基的具體情況，根據(jù)工程對(duì)地基強(qiáng)度的要求，使用深層密實(shí)加固技術(shù)，提高軟弱地基的處理效果，使道路橋梁工程的施工質(zhì)量得到提升。

2.6 化學(xué)加固技術(shù)

化學(xué)加固技術(shù)是一種使用石灰、水泥等化學(xué)物質(zhì)對(duì)軟弱地基進(jìn)行排水固結(jié)的方法，該方法能夠提高道路橋梁工程地基的穩(wěn)定性。當(dāng)前，常見(jiàn)的化學(xué)加固處理法包括灌漿法、深層水泥和石灰攪拌法等。其中，深層水泥和石灰攪拌法能夠利用石灰、水泥和土攪拌時(shí)發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，改變地基的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，提高軟弱地基的強(qiáng)度，達(dá)到良好的加固效果。在使用化學(xué)加固技術(shù)時(shí)，常用的材料包括生石灰、高爐煤灰，這些材料可以在軟弱地基處理中吸收地基當(dāng)中多余的水分。

3 道路橋梁施工中軟弱地基處理的控制手段

3.1 做好外部環(huán)境勘察

在道路橋梁施工中，外部環(huán)境也會(huì)影響軟弱地基的處理效果，不同區(qū)域的地質(zhì)條件不同、施工環(huán)境不同，軟弱地基的厚度、含水量等也存在較大差異。因此，在軟弱地基的處理中，施工單位需要提前做好外部環(huán)境勘查，認(rèn)真分析道路橋梁項(xiàng)目所在區(qū)域的軟弱土質(zhì)，進(jìn)而選擇科學(xué)合理的軟弱地基施工技術(shù)，對(duì)軟弱土質(zhì)進(jìn)行處理。

3.2 優(yōu)化技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

優(yōu)化軟弱地基施工技術(shù)參數(shù)指標(biāo)是控制道路橋梁軟弱地基處理技術(shù)的重要手段，只有立足道路橋梁工程的地基處理需求，完善軟弱地基處理的技術(shù)規(guī)范，健全軟弱地基處理的質(zhì)量控制體系，才能提高施工質(zhì)量。在道路橋梁軟弱地基的處理中，施工單位需要結(jié)合具體的工程項(xiàng)目，制定軟弱地基的處理目標(biāo)以及相應(yīng)的技術(shù)流程，明確不同技術(shù)模塊之間的銜接，對(duì)不符合行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的施工操作進(jìn)行約束，此外還需要對(duì)軟弱地基的施工手段和施工工具進(jìn)行明確，使整個(gè)軟弱地基的處理過(guò)程更加精細(xì)化、科學(xué)化。

3.3 加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理

加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理是提高軟弱地基處理質(zhì)量、提升技術(shù)應(yīng)用效果的重要控制手段。作為道路橋梁工程的現(xiàn)場(chǎng)管理人員，需要從道路橋梁構(gòu)造的實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)，靈活選擇道路橋梁工程中軟弱地基的處理方法。例如，有些橋梁工程的等級(jí)較高，對(duì)地基穩(wěn)定性的要求也比較高，施工人員需要選擇更加高標(biāo)準(zhǔn)的軟弱地基處理技術(shù)，優(yōu)化施工材料，避免軟弱地基出現(xiàn)沉降，制定出切合工程實(shí)際的軟弱地基處理方案。在軟弱地基施工的現(xiàn)場(chǎng)管理中，管理人員需要做好軟弱地基處理監(jiān)測(cè)，充分運(yùn)用現(xiàn)代化的技術(shù)手段，對(duì)施工工藝進(jìn)行管控，使表層處理、地基處理、排水等工作科學(xué)推進(jìn)，嚴(yán)格把控填料的質(zhì)量，避免不合格的材料進(jìn)入施工場(chǎng)地。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在道路橋梁施工中，軟弱地基的處理方式主要包括換填土、布置排水板、加筋、密實(shí)加固等方法，這些方法能夠提高軟弱地基的承載能力，降低土壤的含水量，使地基符合道路橋梁工程的施工要求。在軟弱地基的處理中，施工人員需要加強(qiáng)對(duì)外部環(huán)境的勘察，深入分析軟弱地基的土壤結(jié)構(gòu)、土質(zhì)特性，結(jié)合道路工程等級(jí)，按照規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展軟弱地基處理工作，提高軟弱地基的穩(wěn)定性。