軟土地基橋梁隧道施工技術(shù)改進(jìn)研究

范玲玉

(甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 甘肅 蘭州 730050)

橋梁隧道工程施工建設(shè)有著較高的難度，其現(xiàn)場作業(yè)會受到多種來自內(nèi)部因素與外部因素的影響，不僅會在一定程度上加劇作業(yè)風(fēng)險，還會影響隧道的穩(wěn)定性。現(xiàn)階段，大部分橋梁工程在建設(shè)過程中會遇到軟土地基，地基承載力嚴(yán)重不足，無法保證橋梁隧道的穩(wěn)定性要求與相關(guān)安全性標(biāo)準(zhǔn)。對此，為更好地實(shí)現(xiàn)橋梁隧道工程目標(biāo)，建筑企業(yè)應(yīng)高度重視施工建設(shè)過程中結(jié)構(gòu)的加固性，進(jìn)而提高工程整體施工效果。

1 軟土地基及其特點(diǎn)

1.1 軟土地基概述

軟土地基通常是指一種土質(zhì)在地層構(gòu)造中的各個區(qū)域所占比例都較大，因?yàn)樵诓煌貐^(qū)土壤的內(nèi)部都存在著很大的縫隙，所以土壤具有較高的黏性、較小的穩(wěn)定性。由于外界的天然剪切力，在不同的地區(qū)土壤中所形成的地貌結(jié)構(gòu)往往缺乏一致密度，尤其是在河床土壤巖層中由于受地下水的作用會使其增加一定的含水率。這樣的土壤并不具備極高的荷載能力，無法達(dá)到大橋隧洞的建造達(dá)不到較高的技術(shù)要求。

1.2 軟土地基特點(diǎn)

軟土地基中土壤致密度比較差，其顆粒形態(tài)存在大的裂隙現(xiàn)象，一般含水量較大的地形低洼區(qū)域這類土壤居多。軟土地基的土質(zhì)在一般狀況下的含水量都相對較大而處于暫停狀態(tài)，如果不能妥善解決則極易出現(xiàn)沉降。要對施工方案進(jìn)行調(diào)整完善，避免公路橋隧結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞，發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。軟土地基不僅具備這些特性，同時產(chǎn)生很大的靈敏度，一旦發(fā)生破壞，產(chǎn)生的應(yīng)力就會出現(xiàn)不可逆的強(qiáng)度衰減情況。

2 軟土地基對橋梁隧道工程的影響

2.1 容易造成路面侵蝕

由于軟土地基具有特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，在橋梁隧道工程施工中如沒有及時對軟土地基進(jìn)行相應(yīng)處理，將會導(dǎo)致橋梁隧道的結(jié)構(gòu)裂縫大大增多。一般情況下，在路橋隧道的施工過程中，其水泥、碎石都是必不可少的建材，但由于這兩類建材的性質(zhì)都相對特殊，抗雨水侵蝕的能力也相對薄弱，這就很容易造成在不同的建材基礎(chǔ)上開展的路橋隧道工程中出現(xiàn)道路、橋面侵蝕嚴(yán)重的問題，尤其是降雨較多時，其路面、橋面會遭受到較為嚴(yán)重的侵蝕，進(jìn)而造成大面積破碎。

2.2 造成橋梁基體變形

軟土具有一定的流變性，這會讓軟土遭受長時間荷載作用后，即便處于荷載穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，也會面臨變形的情況。隨著時間的流逝，土壤骨架黏滯蠕變越來越明顯，這就勢必隨著軟土地基的劇烈變化，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，在土壤中熟料顆粒濃度較好的前提下，這種變化情況越來越明顯。盡管在蠕變抗力的頻率比較下，但土的剪應(yīng)力值的不同也會對蠕變抗力頻率產(chǎn)生一些干擾，所以在土木工程中應(yīng)對土壤剪應(yīng)力值、蠕變抗力頻率間關(guān)系的研究給予高度重視。工程實(shí)踐表明：當(dāng)材料內(nèi)部應(yīng)力小于不排水或剪切能力的50%時，材料總體上是減速或蠕變，并維持在一定的情況下；上應(yīng)力值超過了不排水剪切的70%以后，穩(wěn)定蠕變速率就會維持在一定的條件上，而穩(wěn)定蠕變則將逐漸上升，直到完全打破。但是，一旦在橋梁的施工中發(fā)生了軟土地基情況，不僅必須重視排水膠結(jié)的作用，同時還必須加強(qiáng)對穩(wěn)定性蠕變情況的分析工作，以便更合理地對橋梁基體的情況做出處理。

2.3 容易造成路面硬化

對于軟土地基相關(guān)問題處理不當(dāng)，會導(dǎo)致工程表面出現(xiàn)硬化問題。軟土地基缺乏一定的穩(wěn)定性，缺少強(qiáng)有力的抗載與抗壓能力。同時，若建筑材料沒有穩(wěn)定性，將對水泥的穩(wěn)定性產(chǎn)生干擾，造成水泥失去穩(wěn)定性。如果在施工時使用了沒有穩(wěn)定性的水泥材料，極易造成工地路面發(fā)生大量的裂縫和硬化情況，嚴(yán)重危及工程的整體質(zhì)量。

3 軟土地基橋梁隧道施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)軟土地質(zhì)的公路橋隧施工前應(yīng)與實(shí)際施工現(xiàn)場情況有機(jī)地組合，從以下3個角度采取相應(yīng)措施。

（1）實(shí)地記錄，亦即利用一些較現(xiàn)代化的儀器對構(gòu)筑物的現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)的分析，并加以標(biāo)注。標(biāo)注基礎(chǔ)施工在進(jìn)行時，根據(jù)在軟土地基上的建筑物結(jié)構(gòu)與周圍狀況加以勘測，以便于判斷存在的安全隱患，以及進(jìn)行有關(guān)軟土地基處理的技術(shù)措施等。（2）由于根據(jù)現(xiàn)場要求和采取正確的地基開挖技術(shù)，在進(jìn)行軟土地基的具體實(shí)施時存在著一定的技術(shù)問題，主要是由于軟土地基的強(qiáng)度普遍較小，從而造成了這些設(shè)備無法正常進(jìn)入施工現(xiàn)場。但通常條件下不同地塊的規(guī)模也一般大，給建方所提供的臨時便路又無法承載大中型的設(shè)備，從一定意義上又增加了機(jī)械設(shè)備配置的操作困難。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行軟弱地基建設(shè)中，需要事先針對軟弱基礎(chǔ)的認(rèn)真勘察設(shè)計，判斷各項(xiàng)設(shè)備的強(qiáng)度，并選用最適合的措施技術(shù)。（3）對基礎(chǔ)負(fù)荷水平可實(shí)施相應(yīng)的控制。因?yàn)榛A(chǔ)荷載測量與建筑質(zhì)量和施工時間都存在著十分緊密的聯(lián)系，所以當(dāng)前觸探儀一直是使用較為普遍的一類設(shè)備，可以對各地段基礎(chǔ)荷載水平進(jìn)行測量，但一旦在測量過程中出現(xiàn)了不能滿足施工要求的地基承載能力，要及時向相關(guān)機(jī)構(gòu)特別是設(shè)計部門進(jìn)行反映，與施工測量相結(jié)合對方法進(jìn)行處理。根據(jù)需要選擇預(yù)處理方式，并進(jìn)行二次測試，對數(shù)據(jù)認(rèn)真錄入，防止弄虛作假，使可能出現(xiàn)的潛在隱患得以合理預(yù)防，為橋隧工程建設(shè)效果和產(chǎn)品質(zhì)量提供有效保證。

3.2 預(yù)處理施工技術(shù)

3.2.1 預(yù)支護(hù)

預(yù)支護(hù)通常也指在施工地基時進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)管理方法，在施工時的具體措施主要包括以下幾個方面。

（1）管棚。在根據(jù)制定的施工圖紙加強(qiáng)了施工控制后，在指定孔中安裝了鋼管的管棚，或使用管道注漿方法，若需要進(jìn)行鋼筋直徑的補(bǔ)強(qiáng)，則可以將鋼筋直徑籠的放置在鋼管上部，增加了鋼筋直徑強(qiáng)度，從而能夠形成更加穩(wěn)固的管擋結(jié)構(gòu)，為管擋的圍巖提供良好的支撐力，也因此減少了在施工過程中出現(xiàn)的坍塌現(xiàn)象。（2）小導(dǎo)管。由于在施工過程中的巷道圍巖雖然軟弱但存在著一定安全性問題，如管棚尺寸和結(jié)構(gòu)上也存在著一定的局限性，所以在加固施工時通常都會采用較為簡單的小導(dǎo)管方法，在巷道等保護(hù)圍巖的施工上也較為普遍，只不過在技術(shù)層面上并沒有太高的要求。（3）錨桿法方面。在公路橋隧施工中，如果發(fā)生了較大規(guī)模的施工塌方等危險情況時，最常見的技術(shù)方法便是錨桿法。

3.2.2 預(yù)加固

在預(yù)加固的施工中，采用地面注漿施工方法的工程比較常見，但實(shí)際施工中通常包括兩類：一是地表注漿材料，通常使用于較大砂量的不同部位土質(zhì)上，并需要特別注意泥漿問題；二是洞中鉆孔注漿材料，即利用先進(jìn)設(shè)備向洞道內(nèi)灌注具有良好穩(wěn)定性的膠狀材料，填充應(yīng)用的泥漿固化后能使巷道圍巖硬度得以提高。

3.3 加固處理施工技術(shù)

3.3.1 擠密壓技術(shù)

使用石灰漿填堵可以降低軟土地質(zhì)的含水率，并使土壤產(chǎn)生的病害得到及時處理。石灰漿和水因容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而迅速膨脹形成一定的擠壓，起到擠壓效果，使軟泥提高承載能力。該工藝無須較多材料，簡單靈活的方法獲得應(yīng)用。

3.3.2 分層填土工藝

分層填筑物技術(shù)，主要是在橋隧的施工過程中開挖軟弱土質(zhì)，以補(bǔ)充建筑材料滿足施工需要，為建筑物增加了剛度。但由于在施工過程中部分軟弱土土質(zhì)發(fā)生了膨脹，因而降低了剛度，與當(dāng)時對建筑物的施工規(guī)范規(guī)定出現(xiàn)了一些偏差，也因此減少了施工時要求安全系數(shù)的增加。但是，在施工過程中為使工程提高高度，避免建筑物產(chǎn)生傾斜，施工所用的換填砂石應(yīng)具有符合施工需要的硬度、穩(wěn)定性。該環(huán)節(jié)設(shè)計主要運(yùn)用分層填土工藝，避免裂紋在換填時產(chǎn)生，給設(shè)計密度帶來保證，使負(fù)荷水平有所提高。

3.3.3 表層排水技術(shù)

為避免軟土地基橋梁隧道施工中的土質(zhì)黏性影響工程，可對排水物質(zhì)添設(shè)，使地基提高負(fù)荷。一般條件下，礫石作為增加的主要材料，形成礫石層對地表水排除非常有益，為工程建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。另外，軟土地基土層的沖刷作用可以有效防止土壤的沉降，給開挖效果帶來保證。

3.3.4 塑料排水管處理工藝

在橋梁隧道項(xiàng)目的現(xiàn)場施工時，必須首先對軟土地基進(jìn)行處理，因?yàn)樗芰吓潘芴幚砭哂泻芏喾N不同的形式，使其在軟土地基的設(shè)計時對于預(yù)壓載荷的控制條件得以實(shí)現(xiàn)，在塑膠管內(nèi)通過相應(yīng)的氣體、冷卻水，提高軟土地基的凝固效率。軟土地基內(nèi)的氣體和水分的比相對偏大，因此采用排水板時要把土壤內(nèi)產(chǎn)生的水分、氣體排除于塑料管外，這樣使土壤的實(shí)際承載力大大提升。

3.4 地基換填技術(shù)

橋梁隧道施工對軟土地基進(jìn)行換填處理時要確保所使用的換填材料符合建筑結(jié)構(gòu)的施工要求。所謂的地基換填處理技術(shù)主要是指通過對土質(zhì)進(jìn)行換填來保證地基的基礎(chǔ)強(qiáng)度與承載力度，從而提高橋梁隧道的總體力學(xué)性能。地基換填處理技術(shù)作為一項(xiàng)較為基礎(chǔ)的處理技術(shù)，在設(shè)計換填方案時需依照土質(zhì)勘查報告以及土壤質(zhì)檢報告進(jìn)行綜合的考量，設(shè)計出與橋梁隧道施工現(xiàn)場相符合的施工方案。施工單位要確保換填材料的相關(guān)性能符合換填需求，當(dāng)換填材料進(jìn)入施工現(xiàn)場時，相關(guān)人員應(yīng)對其進(jìn)行采樣，并進(jìn)行檢驗(yàn)，保證所使用換填材料的力學(xué)性能，進(jìn)而加強(qiáng)地基的基礎(chǔ)質(zhì)量。在工程施工的過程中，一旦出現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的土質(zhì)層要及時挖出，之后將準(zhǔn)備好的材料換填到原本的土質(zhì)層位置上，通常是利用砂石、碎石這種穩(wěn)定性較強(qiáng)的材料，最后將所換填的土質(zhì)層進(jìn)行壓實(shí)，并通過灌砂法檢驗(yàn)土質(zhì)層的壓實(shí)度。地基換填處理在一定程度上減少了軟土地基對橋梁隧道結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響。另外，由于地基換填的施工成本相對較高，所以施工單位應(yīng)選擇一些性價比較高的換填材料，以此降低施工成本，提高建筑資金的利用率，從而保證橋梁隧道整體的施工質(zhì)量有所提升[1]。

3.5 強(qiáng)夯法

橋梁的工程對軟土地基問題的解決方法中，強(qiáng)夯法一直都是非常有效的處理方法，在具體的工程建設(shè)作業(yè)中，大多會通過對軟土地基的反復(fù)務(wù)實(shí)和錘打，來改變軟土地基的穩(wěn)定性，使軟土地基的承載力大幅增強(qiáng)。在對軟土地基的夯實(shí)處理時，通常需要借助專業(yè)的壓路機(jī)和夯實(shí)設(shè)備來完成，土層內(nèi)的物質(zhì)孔隙就會減少，土壤也變得更加密實(shí)。隨著強(qiáng)夯法在橋梁隧道軟土地基處理領(lǐng)域中的普遍使用，從20世紀(jì)70年代開始才逐漸大量引進(jìn)我國，尤其是在山西、天津等地的橋梁隧道建設(shè)中，使用效益更是突出，盡管工程的土壤處理成本相對偏低，但強(qiáng)夯法卻一樣面臨著相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用限制，即使在土質(zhì)黏性差和水分較大的軟弱土壤上，通常也不宜采用這些土壤處理方法[2]。

3.6 表層排水技術(shù)

軟土地基由于含水量過多而有著較低的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為了降低其含水量，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需要利用表層排水技術(shù)。表層排水技術(shù)的原理是在填筑淺表層軟土路基前，在路基范圍內(nèi)開挖溝槽，并控制好橫縱溝槽的間距，將地表水排出，從而達(dá)到減少淺表層軟土含水量的目的。為了充分發(fā)揮出溝槽的排水作用，需要選擇透水性好的材料進(jìn)行回填，比如碎石和較大的沙礫等，確保路基施工達(dá)到要求后回填溝槽。這項(xiàng)施工方法具備簡易、作業(yè)方便、成本低、效益突出的優(yōu)點(diǎn)，可以短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的排水效益。表層排水方法的實(shí)施要求與過程如下。

（1）進(jìn)行場地勘察和準(zhǔn)備，根據(jù)軟土地基的厚度確定施工方法，提供建筑材料與機(jī)械設(shè)備。（2）最大程度地利用施工區(qū)域的坡度和自然地形，從而達(dá)到自然沖刷的效果，這樣增加了排水溝的效果，同時避免溝槽淤阻，增加排水效率。沿著已施工路線的中間進(jìn)行縱向盲溝，橫向盲溝的長度要有10～15 m左右的高度，壕溝的深與寬度約為0.5～1 m。為了增強(qiáng)溝槽的排澇作用，應(yīng)縮短溝槽的長度，防止在部分溝槽被攔截后對整體的排澇效果造成影響。（3）施工溝槽要盡量采用小型設(shè)備，防止過度破壞軟土組織。在溝的下方敷設(shè)防水層，溝內(nèi)安裝排水系統(tǒng)[3]。

4 軟土地基橋梁隧道施工技術(shù)改進(jìn)措施

4.1 軟土地基處理施工監(jiān)測

為了提高橋梁隧道施工的中路堤施工的可靠性和安全性，必須對實(shí)際施工沉降情況做出準(zhǔn)確預(yù)報，使沉降量控制在最適宜的范圍內(nèi)，而下降的重點(diǎn)應(yīng)在實(shí)際路面中心、路肩、坡趾等的基底部位上，安裝沉降板。另外，道路還必須進(jìn)行穩(wěn)定性檢測，主要是進(jìn)行對道路的邊樁平面情況和土壤地表隆起量檢測，每一段道路的縱向均按100～200 m 的長度設(shè)置了適當(dāng)?shù)臋z測斷面，在橋梁的路口處也應(yīng)設(shè)置了2～3 條檢測斷面。但需要注意的是，移動觀測點(diǎn)一定要在設(shè)置路堤二側(cè)擠，邊溝外側(cè)要和實(shí)際要求相結(jié)合，并與預(yù)測可能會出現(xiàn)滑裂面與地面實(shí)際切面的部位相結(jié)合設(shè)置對應(yīng)的測點(diǎn)[4]。

4.2 加大施工勘測、塌方預(yù)防力度

防治地質(zhì)隱患可以從根源上保證橋梁隧道建設(shè)的安全性，但這就必須加強(qiáng)施工勘察、塌方防治工作，主要可以通過以下幾點(diǎn)來進(jìn)行。

（1）加強(qiáng)橋梁隧道工程施工范圍內(nèi)的水文地質(zhì)勘察工作。橋梁的工程在開始實(shí)施之前必須對建設(shè)區(qū)域內(nèi)的水文數(shù)據(jù)資料情況進(jìn)行全面了解，并以此當(dāng)作重點(diǎn)制訂科學(xué)、合理的施工方案，特別是對山區(qū)范圍內(nèi)的隧道橋梁施工，應(yīng)對其地質(zhì)的復(fù)雜性予以系統(tǒng)性考量。（2）對施工設(shè)計加以完善。造成施工塌方的不良事故有著諸多因素，最重要便是隧洞施工，隧道在施工過程中會實(shí)施開挖、爆破的各種作業(yè)，這種施工可能會改變地質(zhì)構(gòu)造從而導(dǎo)致坍塌。所以，在現(xiàn)場的施工活動中對于安全工作更加注意，確保開挖、爆破和現(xiàn)場施工進(jìn)行的安全、正確。在進(jìn)行爆破作業(yè)時，建設(shè)單位須及時進(jìn)行支護(hù)工作[5]。

4.3 加強(qiáng)給排水施工技術(shù)

橋梁隧道工程在施工過程中，防排水工作占據(jù)著極為重要的地位，需要與營運(yùn)排水工程進(jìn)行聯(lián)動。其橋梁隧道項(xiàng)目施工的防排水工作應(yīng)遵循防、排、截等一系列全面治理的基本原則并加以落實(shí)。由于軟土地基的硬度相對較小，承載力也相對較差，且內(nèi)部含水率也偏高，因此必須與供水措施做好有效結(jié)合，在第一時間內(nèi)把相應(yīng)水分全部去除，以保證橋梁的基礎(chǔ)施工質(zhì)量達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)大橋隧道工程人員在真正進(jìn)行施工時，要結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)、水文條件等實(shí)際情況，提出正確、合理的抗排水措施計劃，并針對施工設(shè)備、施工方法等的具體狀況，確定了沒有對施工人員工作產(chǎn)生干擾的抗排水措施計劃[6]。

4.4 加強(qiáng)膠結(jié)處理技術(shù)

軟土地基橋梁的結(jié)構(gòu)也需要采用膠結(jié)的處理工藝，通過選用膠結(jié)材料，可以提高軟土地基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。當(dāng)前最常用的膠結(jié)型建筑材料是混凝土，由于在建設(shè)活動中通過合理、正確地應(yīng)用混凝土材料可以達(dá)到最有效的反應(yīng)機(jī)理，因此目前采用膠結(jié)類建材的技術(shù)方法主要有二類，分別是混凝土攪拌樁、砂漿法?；炷翑嚢铇锻ǔ?yīng)用于含水率比較高的水泥結(jié)構(gòu)中，在使用時能夠達(dá)到良好的抗剪效果，但在實(shí)際應(yīng)用工程中需要嚴(yán)格地把控水泥的數(shù)量，為了防止因數(shù)量不夠而降低反應(yīng)效率，需要完善的反應(yīng)機(jī)理，其處理的效果才能夠良好。對軟土地基處理的應(yīng)用，灌漿法主要是通過向軟土地基中灌注膠結(jié)物質(zhì)，使其在軟土地基中產(chǎn)生優(yōu)異的膠結(jié)性能，并借此來提高地基本身的穩(wěn)定性。在應(yīng)用灌漿法時，要合理配置灌漿材料，確保泥漿能在土體結(jié)構(gòu)中發(fā)揮自身的價值。在實(shí)際的實(shí)踐過程中，應(yīng)對現(xiàn)場實(shí)際的情況進(jìn)行綜合分析，并實(shí)施對應(yīng)的給排水工作。一旦要求做出改變，要適時對各方單位開展合作研究，確保場地給排水操作質(zhì)量有效實(shí)現(xiàn)，確保軟土地基處置項(xiàng)目順利開展，保證地基的質(zhì)量符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求[7-8]。

5 結(jié)語

綜上所述，大橋隧道的施工情況較為復(fù)雜多變，在軟土地基中選用合適的施工技術(shù)將顯得尤為重要，這不僅直接關(guān)系工程效益與質(zhì)量，也將對橋隧牢固性與行車安全造成一定程度的危害。該研究根據(jù)軟土地基的結(jié)構(gòu)特性，更深層次地研究了可行性的方法。針對軟土地基道路橋隧建設(shè)的特殊情況，應(yīng)深入開展相關(guān)技術(shù)研究工程，對軟土地基結(jié)構(gòu)的保護(hù)措施使其進(jìn)一步增強(qiáng)了穩(wěn)固度和承載力，同時探討進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的可行途徑，為提高橋梁隧道工程建設(shè)質(zhì)量和施工安全水平提供了有效保障。