軟基加固技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用分析

黎梓峰

（北京市政路橋股份有限公司，北京 101100）

0 引言

道路橋梁作為現(xiàn)代城市交通的重要組成部分，其安全性和穩(wěn)定性對于行車和行人的安全至關(guān)重要。然而，由于地質(zhì)條件和自然環(huán)境等原因，往往會出現(xiàn)軟基問題，給道路橋梁的設(shè)計和施工帶來很大挑戰(zhàn)。為了提高道路橋梁的穩(wěn)定性和承載能力，軟基加固技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。軟基加固技術(shù)是指在軟土地基或不穩(wěn)定地基上，采用一定的方法和措施對地基進(jìn)行改造或強(qiáng)化，從而提高地基的承載力、抗沉降能力和穩(wěn)定性的技術(shù)。

1 軟土地基特征及危害

淤泥、淤泥質(zhì)土及天然強(qiáng)度低、壓縮性高、透水性小的土統(tǒng)稱為軟土。這些土都具有天然含水量較高、孔隙比大、透水性差、壓縮性高、強(qiáng)度低等特點，通常形成于河流、湖泊、海岸線等水體侵蝕、淤積過程中，由淤泥、淤泥質(zhì)土、水下沉積的飽和軟黏土為主，組成的軟土在我國南方廣泛分布，由于其特殊的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，軟土地基在工程建設(shè)中常常會帶來很多問題和挑戰(zhàn)。

1.1 孔隙度高

軟土地基的孔隙度通常在30%～80% 之間，這意味著軟土地基內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)較為松散，孔隙較大，滲透性能較差。在道路橋梁施工中，軟土地基的孔隙度高會帶來多方面的危害。首先，軟土地基孔隙度高會導(dǎo)致其穩(wěn)定性差[1]。在施工過程中，如果未采取適當(dāng)?shù)拇胧?，軟土地基易發(fā)生坍塌、滑坡等問題。在長期使用過程中，也容易發(fā)生不穩(wěn)定問題。特別是在建造橋梁和建筑物時，軟土地基的穩(wěn)定性差可能導(dǎo)致傾斜或變形，對橋梁和建筑物的使用壽命和安全性產(chǎn)生不良影響。其次，軟土地基孔隙度高還會導(dǎo)致其承載能力低。道路橋梁的設(shè)計和施工都需要考慮地基的承載能力。而軟土地基的孔隙度高意味著其密實度低，承載能力較差，對道路橋梁的使用壽命和安全性造成危害。再次，軟土地基孔隙度高會影響其排水能力。由于軟土地基孔隙度高，內(nèi)部水分容易聚集，排水性能較差，增加地基的濕度，進(jìn)而導(dǎo)致軟化和變形等問題。對于道路橋梁施工來說，影響其使用壽命和安全性。最后，軟土地基孔隙度高還會導(dǎo)致土壤的沉降問題。在建造道路橋梁時，由于施工荷載的作用，軟土地基會發(fā)生較大的壓縮變形，導(dǎo)致道路橋梁沉降，嚴(yán)重的沉降問題不僅會影響交通安全，還會導(dǎo)致道路橋梁的壽命縮短[2]。

1.2 含水量高

由于軟土地基含水量高，當(dāng)施工車輛和機(jī)械在其上行駛或施工時，會產(chǎn)生較大的壓實作用，導(dǎo)致土體排水能力下降，進(jìn)而使得軟土體的抗剪強(qiáng)度降低，出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。此外，軟土地基在含水狀態(tài)下容易出現(xiàn)液化現(xiàn)象，即土體在受到一定荷載作用時，失去支撐力變成液態(tài)，嚴(yán)重時會導(dǎo)致土體塌陷和沉降。液化現(xiàn)象的發(fā)生不僅會影響施工安全，還會對道路橋梁的使用壽命產(chǎn)生影響[3]。另外，軟土地基的含水量高還會影響道路橋梁的穩(wěn)定性。由于軟土地基在濕潤環(huán)境下容易軟化，因此建造在其上的道路橋梁很容易發(fā)生沉降、變形，甚至失穩(wěn)，不僅會影響道路橋梁的使用壽命和安全性，還會增加維護(hù)和修復(fù)成本。

1.3 抗剪切能力差

軟土地基的抗剪強(qiáng)度一般較低，通常在0.1～0.5MPa，是其物理性質(zhì)及成因所決定的。當(dāng)?shù)缆窐蛄航ㄔ煸谲浲恋鼗蠒r，施工所施加的荷載會作用于地基土體，使其發(fā)生剪切變形。當(dāng)荷載超過土體的抗剪強(qiáng)度極限時，就會出現(xiàn)剪切破壞。這種剪切破壞形式可能是整體的、局部的、傾斜的或者錯動的，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致道路橋梁垮塌，危及施工安全。在軟土地基上建造道路橋梁時，若不采取措施進(jìn)行加固，就會出現(xiàn)較大的變形和沉降，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致道路橋梁不穩(wěn)定或傾斜，影響使用壽命和安全性[4]。

1.4 壓縮性高

在承受荷載時，軟土地基會發(fā)生較大的壓縮變形。這一特征會對道路橋梁施工產(chǎn)生不利影響。軟土地基的壓縮性高會導(dǎo)致建造在上面的道路橋梁產(chǎn)生沉降。隨著時間的推移，沉降會導(dǎo)致道路橋梁的高程發(fā)生變化，進(jìn)而影響行車安全和運(yùn)輸效率。特別是對于高速公路等需要保證平整度的道路，沉降問題會更加嚴(yán)重。在使用過程中，荷載會不斷地作用于軟土地基上，使其產(chǎn)生壓縮變形。如果這種變形超過了設(shè)計允許的范圍，道路橋梁的使用壽命就會縮短。另外，由于軟土地基容易發(fā)生變形，一旦出現(xiàn)問題，修復(fù)起來就比較麻煩。需要采用特殊的施工技術(shù)和材料，也會增加維護(hù)成本。此外，在道路橋梁建設(shè)過程中，需要對軟土地基進(jìn)行加固處理，以保證其能夠承受荷載，不僅增加施工的難度，也會增加工程的投資成本。

2 軟基加固技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用

2.1 置換加固技術(shù)

置換加固技術(shù)是一種較為簡單和高效的技術(shù)，其適用范圍相對較窄，主要適用于土層較薄、荷載集中、地下水位較高、施工時間有限等條件下的軟基。該加固技術(shù)的具體步驟包括測量、挖掘、處理基底、填料和壓實等環(huán)節(jié)。相較于其他軟基加固技術(shù)，置換加固技術(shù)可以較為徹底地改善軟土地基的承載能力，提高道路橋梁的穩(wěn)定性和安全性。此外，填料通常是比較堅硬的材料，可以有效防止地基沉降和變形，延長道路橋梁的使用壽命。然而，該技術(shù)也存在一些缺點，如需要耗費(fèi)較長的施工時間和高昂的施工成本，可能對周圍環(huán)境造成一定的影響。因此，在實際應(yīng)用時，需要綜合考慮加固技術(shù)的適用性和經(jīng)濟(jì)性，選擇合適的施工方案。在道路橋梁施工中，置換加固技術(shù)是一種常見且有效的軟基加固技術(shù)，可以在改善軟土地基的同時保證工程的質(zhì)量和安全[5]。

2.2 垂直排水固結(jié)法

垂直排水固結(jié)法是通過排水和固結(jié)作用，改善軟土地基的工程性質(zhì)，提高承載力和穩(wěn)定性（見圖1）。具體而言，施工時，首先在軟土地基中安裝一定深度和間距的垂直排水管道，然后通過注入固結(jié)材料，使管道內(nèi)外的水壓差逐漸增大，導(dǎo)致軟土孔隙水向管內(nèi)流動，并通過管道排出。在排水的同時，固結(jié)材料被均勻注入土體，填充孔隙空間，固結(jié)土體。隨著固結(jié)材料的硬化，形成一個堅固的地基，增加道路橋梁的承載能力和穩(wěn)定性。優(yōu)點在于能夠較為有效地降低軟土地基的含水量和壓縮性，提高其承載能力和穩(wěn)定性。同時，該方法具有施工便利、效果穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性高的特點，適用于軟土地基較為深厚的情況。但是，垂直排水固結(jié)法也存在一些缺點，如固結(jié)效果受到地質(zhì)條件和孔隙分布的影響較大，施工時需要注意控制固結(jié)材料的注入量和速度，避免引起地基下沉和不均勻變形等問題。此外，該方法需要考慮地下水位和地下管線等因素，以免影響周圍環(huán)境和設(shè)施的安全性。

圖1 排水固接組成系統(tǒng)

2.3 塑料排水板加固技術(shù)

塑料排水板加固技術(shù)是一種利用高密度聚乙烯（HDPE）制成的排水板，改善軟土地基的加固技術(shù)。其原理是通過排水板在軟土地基上形成的通道，將地下水引入排水板內(nèi)部，利用板上的小孔讓水經(jīng)過濾材過濾，排到排水溝中，從而降低軟土地基的含水量，提高地基的承載力。首先，在施工前，需要清理軟土地基的表面，并將表層土壤挖掉。其次，將塑料排水板按照設(shè)計要求鋪設(shè)在軟土地基表面，并將板與板之間通過連接件連接起來。在排水板的兩端或四周設(shè)置排水管，以便將排出的地下水導(dǎo)入排水溝。在排水板上鋪設(shè)過濾材料，防止雜質(zhì)堵塞排水通道。最后，在過濾材料上覆蓋一層保護(hù)層，保護(hù)排水板免受損壞。塑料排水板加固技術(shù)的優(yōu)點在于施工簡單、快捷、低成本，同時還能夠較好地降低軟土地基的含水量，提高地基的承載力。但是，該技術(shù)也存在一些缺點，如對排水板的材料質(zhì)量要求較高，同時還需要考慮排水板在使用過程中可能受到的擠壓變形等因素，因此在具體的施工過程中需要注意施工質(zhì)量的把控。

2.4 土工織物加固技術(shù)

通過在軟土地基表層鋪設(shè)土工織物來提高地基的承載力和穩(wěn)定性。這種加固技術(shù)的適用范圍相對廣泛，通常適用于軟土地基較淺，不需要進(jìn)行大幅度提升的情況。在具體應(yīng)用中，可以根據(jù)地質(zhì)條件和工程要求，選擇不同種類和規(guī)格的土工織物，如聚酯非編織土工布、聚丙烯土工布等。同時，也需要根據(jù)實際情況，確定土工織物的鋪設(shè)方式和加固厚度，通常需要進(jìn)行現(xiàn)場測試和調(diào)整。首先，土工織物材料具有良好的透水性和透氣性，能夠有效地排水和降低地基的孔隙水壓，從而提高地基的穩(wěn)定性和承載能力。其次，土工織物施工工藝簡單，施工效率高，可以快速地完成大面積的加固工作，同時減少施工過程中的土方開挖和垃圾處理等問題，降低施工成本。再次，土工織物具有良好的耐久性和抗老化性能，能夠長期保持穩(wěn)定的加固效果，延長道路橋梁的使用壽命。最后，土工織物加固技術(shù)具有環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的特點，與現(xiàn)代社會的可持續(xù)發(fā)展理念相符合，符合國家環(huán)保政策。

2.5 現(xiàn)澆混凝土管樁加固技術(shù)

現(xiàn)澆混凝土管樁加固技術(shù)適用于軟土地區(qū)、含水層較深或存在土層間隔較大的地區(qū)。由于其具有一定的抗側(cè)向剪切能力和抗壓強(qiáng)度，因此在處理軟基方面具有一定的優(yōu)勢。另外，現(xiàn)澆混凝土管樁加固技術(shù)有效控制施工過程中的地面沉降和變形，延長道路橋梁的使用壽命?，F(xiàn)澆混凝土管樁施工步驟包括：準(zhǔn)備工作—鉆孔—安裝鋼筋籠—現(xiàn)澆混凝土—確認(rèn)樁頂標(biāo)高以及填補(bǔ)孔口。在施工前，需要確定好管樁的位置、孔徑和長度，并對施工現(xiàn)場進(jìn)行檢查，確保地面平整，沒有雜物、障礙物等。在鉆孔過程中，需要使用先進(jìn)的鉆掘設(shè)備，以確?？锥吹馁|(zhì)量和效率。安裝鋼筋籠后，將混凝土從孔頂灌注至鋼筋籠頂部，通過振搗等措施，使混凝土與鋼筋籠緊密結(jié)合。澆筑完成后，需要確認(rèn)樁頂標(biāo)高，并進(jìn)行調(diào)整，最后填補(bǔ)孔口以確保管樁的穩(wěn)定性和密實度?，F(xiàn)澆混凝土管樁具有施工周期短、強(qiáng)度高、抗震性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于橋梁、隧道、水利工程等領(lǐng)域。

2.6 水泥攪拌樁加固技術(shù)

水泥攪拌樁加固技術(shù)的原理是通過在軟土地基中加入水泥等粉狀材料作為固化劑，并利用特殊的深層攪拌機(jī)械對原樁位的土進(jìn)行強(qiáng)制性的攪拌混合，從而形成柱狀固體，提高地基的承載力和抗沉降能力。具體來說，在攪拌過程中，水泥等粉狀材料與土壤混合，使土顆粒間形成良好的結(jié)合，形成一個強(qiáng)度較高的復(fù)合地基。同時，在攪拌過程中，還產(chǎn)生大量摩擦熱，使土體周圍的水分蒸發(fā)，使水泥與土壤更好地結(jié)合，形成硬殼層效應(yīng)，提高土的穩(wěn)定性和強(qiáng)度指標(biāo)。此外，在水泥攪拌樁的施工過程中，采取多種措施來確保加固效果。例如，在選擇攪拌樁的深度和直徑時，需要結(jié)合地基情況、設(shè)計要求和材料特性等綜合考慮，以確保加固效果的最優(yōu)化。在施工過程中，還需要對攪拌樁的深度、直徑、間距、攪拌速度、攪拌時間等參數(shù)進(jìn)行精細(xì)控制，以確保攪拌樁的密實性、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。通過這些措施，水泥攪拌樁加固技術(shù)可以有效地提高軟土地基的承載力和抗沉降能力，從而為道路橋梁等工程提供可靠的支撐。

2.7 強(qiáng)夯加固技術(shù)

強(qiáng)夯加固技術(shù)是一種利用動能產(chǎn)生的超重力和振動作用，在軟基地層中形成固體土層的加固技術(shù)。其原理在于通過重錘落擊，將鋼板、鋼管或鋼筋，以超過松散地基的自重，使其下沉，產(chǎn)生巨大的能量。通過反復(fù)落擊和重力的作用，將土體壓實成為固體土層，達(dá)到提高地基的承載力和改善地基沉降性能的目的。在施工過程中，需要充分勘測和分析地基土層的性質(zhì)、厚度、含水量等，以確定合適的強(qiáng)夯參數(shù)和設(shè)備選型。落錘的重量和高度需要嚴(yán)格控制，以確保強(qiáng)夯能量的合理利用。對于較厚土層，需要采取分層施工，根據(jù)實際情況選擇不同的落錘重量和次數(shù)。強(qiáng)夯加固后，需要進(jìn)行灌漿密實，以提高加固效果和均勻性。在施工過程中，還需要充分考慮振動和噪聲對周邊環(huán)境和建筑物的影響，采取相應(yīng)的措施減少影響。強(qiáng)夯加固的適用范圍廣泛，特別適用于壓縮模量低、含水量高、顆粒細(xì)小的松軟土層，如河道灘涂、沼澤濕地、砂地、砂質(zhì)土等。對于不宜采用鉆孔灌注樁等常規(guī)處理方法的地區(qū)，如場地狹小，附近有建筑物、管線等影響和限制嚴(yán)重的地區(qū)，強(qiáng)夯加固是一種較為理想的加固技術(shù)。

3 結(jié)語

綜上所述，目前在道路橋梁工程施工中，軟基加固方法有很多，不同的軟基加固技術(shù)適用范圍也不同，所以在實際施工中需要從實際情況出發(fā)，選擇最恰當(dāng)最適宜的軟基加固技術(shù)進(jìn)行道路橋梁加固處理，這樣才能真正為道路橋梁工程安全提供保障。