橋梁工程中軟土地基施工存在問題及處理技術分析

陳浩

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 100000）

0 引言

橋梁工程作為關鍵的基礎設施，其穩(wěn)定性和安全性至關重要。然而，在軟土地基施工中，常常遭遇一系列挑戰(zhàn)與問題。例如，軟土的黏性和低抗剪強度會導致橋梁的穩(wěn)定性受到影響，軟土的壓縮性會引發(fā)橋梁高程變化等不良影響。此外，軟土地基的不均勻性會使橋梁施工變得更加復雜[1-2]。因此，了解橋梁工程中軟土地基施工存在的問題，并采取相應的處理技術，是確保橋梁工程成功的關鍵。

1 橋梁工程中軟土地基的特點及危害

1.1 土質特性與危害

軟土的土質特性包括黏性大、抗剪強度低、壓縮性強等，這些特性會給橋梁施工帶來多重挑戰(zhàn)。首先，黏性大的土質在開挖時容易失穩(wěn)和坍塌，給施工帶來危險。其次，抗剪強度低意味著軟土容易發(fā)生剪切破壞，會對橋梁的穩(wěn)定性造成威脅。最后，由于軟土的壓縮性強，施工中容易引發(fā)沉降問題，導致橋梁的高程發(fā)生變化，從而影響整個工程的安全性和可靠性。如果不充分考慮軟土的土質特性，施工過程中可能會產(chǎn)生土體坍塌、基礎沉降、結構不穩(wěn)定等問題，甚至會引發(fā)事故，威脅工程安全施工以及工程項目的穩(wěn)定性[3]。

1.2 水分變化的影響及危害

軟土地基水分含量波動大，且容易受降雨和地下水位的影響。水分變化會直接影響土壤的性質和力學特性，進而影響施工的順利進行和工程的穩(wěn)定性[4]。一方面，水分含量的增加會使軟土體積膨脹，導致土體變得松散，失去穩(wěn)定性；另一方面，過多的水分會使土壤流失，加劇坍塌和側方分層的風險。由此可見，不合理的水分管理會導致土體變形、流失和不穩(wěn)定，嚴重時可能破壞工程基礎，影響整個橋梁工程的安全性和穩(wěn)定性。

1.3 沉降和變形及危害

軟土地基施工常常伴隨著較大的沉降和變形，這是因為軟土的荷載傳遞能力較差，橋梁和設施的荷載會使軟土產(chǎn)生顯著的變形和沉降，對工程的穩(wěn)定性和使用壽命造成影響[5]。一方面，沉降和變形都會引起橋梁的高程變化，進而影響橋梁的水平位置和行車平穩(wěn)性；另一方面，沉降和變形會影響工程的功能性和安全性。由此可見，沉降和變形會導致橋梁結構的破壞、位移和不穩(wěn)定，影響其使用壽命和安全性，還會造成維修成本的增加，甚至可能導致橋梁無法正常使用。

2 橋梁工程中軟土地基施工存在的問題

2.1 軟土薄厚不均

軟土地基施工中的一個顯著問題是土層的薄厚不均。軟土地基不同區(qū)域的土層厚度往往存在較大差異，這也給橋梁工程的穩(wěn)定性和安全性造成了影響。不均勻的土層厚度可能導致荷載分布不均勻，進而影響橋梁的整體承載能力，而且，不同區(qū)域的土層厚度差異會導致不同區(qū)域的沉降速率不同，進而造成橋梁結構的不平衡沉降，嚴重時可能導致橋梁變形和損壞[6]。因此，在軟土地基施工中，充分了解土層薄厚不均的情況，并采取相應的施工措施尤為重要。

2.2 壓實程度有限

在橋梁工程中，軟土地基施工中的另一個顯著問題是其壓實程度有限。常規(guī)的壓實方法在軟土中難以形成足夠的密實度，這一問題可能導致軟土地基的承載能力不足，從而影響橋梁的穩(wěn)定性和荷載承載能力。軟土的流變性和高水分含量會對壓實過程產(chǎn)生影響，使其在有限時間內(nèi)難以獲得足夠的密實度，密實度不足會導致軟土地基的承載能力不穩(wěn)定，荷載傳遞效果差，可能引發(fā)橋梁的不穩(wěn)定變形和沉降[7]。因此，針對軟土地基的壓實問題，需要采取特殊的壓實技術和加固措施，以提高軟土的密實度，確保橋梁的穩(wěn)定性和安全性。

2.3 工程設計存在的問題

在橋梁工程中，不合理的設計會帶來很多嚴重后果。例如，如果設計人員未充分考慮軟土地基的特性，導致設計不合理，施工過程中可能會遇到難以克服的施工難題，影響施工進度和質量，施工后還可能出現(xiàn)難以預期的變形、沉降問題，從而影響工程的長期穩(wěn)定運行[8]。

3 橋梁工程中軟土地基處理技術

3.1 加載換填法

在橋梁工程中，加載換填法是軟土地基的處理技術之一。這種方法在軟土地基的防治工作中具有重要的應用價值。加載換填法，又稱為“加壓法”或“高壓預壓法”，是通過在軟土地基上施加荷載同時進行土體置換，以達到提高地基承載力和穩(wěn)定性的目的。在軟土地基處理過程中，加載換填法的關鍵在于充分考慮土體特性和施工參數(shù)。首先，需要對軟土地基進行詳細的地質勘測和土力學分析，以了解其土層性質、承載能力等關鍵參數(shù)。其次，在施工過程中應選擇合適的材料，如通過砂石等替代一定深度內(nèi)的軟土層，從而提高地基的強度和穩(wěn)定性。最后，在施工過程中施加預定荷載，進行充分壓實，促進原土壤與新材料的結合，以實現(xiàn)地基的加固，提高穩(wěn)定性。

加載換填法的優(yōu)點之一是效果顯著且相對快速。通過施加荷載和置換材料，軟土地基可以在較短的時間內(nèi)得到較大程度的加固和改良，從而提高橋梁工程的整體穩(wěn)定性。此外，該方法也相對經(jīng)濟，因為其在實施過程中能夠充分利用原有土體和替代材料。然而，加載換填法也需要綜合考慮多種因素。在選擇置換材料時，需要確保其與軟土地基具有較好的相容性，以避免因材料不一致產(chǎn)生質量問題。另外，需要精確控制荷載施加過程，以防止過大的荷載導致地基沉降過大或不穩(wěn)定。因此，在施工過程中，需要進行嚴密的監(jiān)測和調(diào)整，以確保施工達到預期效果。

3.2 拋石擠淤法

在橋梁工程中，另一種常用的軟土地基施工處理技術是拋石擠淤法，這種方法對軟土地基的防治具有良好的應用效果。在河流、湖泊附近等區(qū)域，軟土地基經(jīng)常受到水流的沖刷，甚至直接浸泡在水中，這樣的條件下容易出現(xiàn)軟土地基穩(wěn)定性差的問題。拋石擠淤法通過投放石塊并擠壓軟土，以實現(xiàn)地基加固和穩(wěn)定的目的。在軟土地基表面投放一定規(guī)模的石塊，然后利用重型機械或振動設備對石塊進行擠壓，能夠使其逐漸淤積，并與軟土地基緊密結合，以此提高地基的抗剪強度和承載能力，從而使其能夠有效應對水流沖刷和濕地條件的侵蝕和影響。

拋石擠淤法的優(yōu)點在于適用范圍廣、可形成穩(wěn)定的結構、阻止水流對軟土的進一步侵蝕，保持地基的穩(wěn)定性。此外，由于使用天然石塊作為加固材料，因此拋石擠淤法還具有環(huán)保優(yōu)勢，施工過程不會對環(huán)境造成污染。

然而，拋石擠淤法在實施過程中也需要注意一些問題。首先，需要合理選擇石塊的類型、大小并進行合理分布，以確保其能夠在軟土中形成穩(wěn)定的結構。其次，需要精確控制擠壓過程，以避免過度擠壓導致地基變形或不穩(wěn)定。最后，需要對投放石塊的位置和深度進行仔細考慮，以達到最佳加固效果。

4 橋梁工程中軟土地基處理技術的應用

4.1 排水技術

軟土地基因含水量高、具有流變特性，容易引起沉降、變形以及穩(wěn)定性問題。通過排水技術，可以減少軟土中的孔隙水，降低土壤的液態(tài)性，提高土體的抗剪強度和穩(wěn)定性。這是因為排水可以減小土體的有效應力，增加土體的內(nèi)摩擦角，從而提高土壤的抗剪強度。此外，通過排水還可以降低土壤的液態(tài)限度，減少流變性，從而減緩沉降和變形。

在橋梁工程中利用排水技術進行軟土地基處理時，首先需要進行詳細的地質勘測和土力學分析，以了解軟土地基的土層結構、含水量等。其次，應基于這些數(shù)據(jù)，設計合適的排水方案，選擇合適的排水設施和方法。常見的排水方法包括水平排水、垂直排水和壓水排水。再次，根據(jù)設計方案進行排水系統(tǒng)的建設，包括挖掘排水溝、安裝排水管道、設置排水井等。同時，施工過程中需要進行實時監(jiān)測，監(jiān)測地基水位和孔隙水壓力的變化，以確保排水系統(tǒng)的有效性。最后，在排水技術施工完成后，需要對加固效果進行評估?？赏ㄟ^實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和實際的沉降、變形情況來判斷排水技術的實際效果。如果軟土地基的沉降和變形減緩，地基穩(wěn)定性得到改善，說明排水技術取得了預期的效果。

4.2 換填管埋法

在橋梁工程中，利用換填法對橋梁工程地基進行加固處理，是一種有效的應對策略。這種方法的核心在于通過替換和把控軟土地基，確保在一定程度上提升橋梁地基的整體質量，同時改善軟土地基的性質，以此解決軟基問題。與僅僅改善土質不同，換填管埋法直接對軟土進行替換，具有便捷性的特點，并且其對土質的要求并不高，適用于不同程度軟質土層，并能夠產(chǎn)生較強的治理效果。

對于相對單薄的軟土層，這一方法的效果尤為明顯。在這種情況下，替換的新土可以更充分地與原土層相互作用，提供更穩(wěn)定的基礎，同時通過管埋方式進行施工，有助于保持土體的一致性，減少不穩(wěn)定因素的產(chǎn)生。實踐中，首先要對軟土地基進行詳細的勘察與分析，確定軟土的性質、深度、穩(wěn)定性等參數(shù)，并根據(jù)不同的軟土情況，選擇適合的新土材料，確保其能夠與原土較好地結合。其次，進行施工準備工作，包括清理原土表面，準備管道等施工設備。再次，進行換填施工時，應將新土材料逐層填充到軟土地基中。在填充過程中，要注意控制填土的厚度，確保每層填土的均勻性和緊實度，以避免后續(xù)產(chǎn)生不穩(wěn)定問題。最后，使用管道將新土與原土連接起來，在此過程中可通過管埋的方式，有效地將土體固定在一起，以提供更穩(wěn)定的基礎。

4.3 合成材料加固技術

合成材料加固施工技術的核心思想在于利用高強度、高耐久性的合成材料，與軟土地基相互作用，以提升地基的穩(wěn)定性和承載能力。合成材料通常包括土工格柵（Geogrid）、土工格柵加筋土（Geogrid Reinforced Soil）等。具體應用時，首先進行材料選擇，土工格柵、土工格柵加筋土等都是常見的選擇，這些材料具有卓越的抗拉強度、剛度和耐久性，能夠在軟土地基中形成穩(wěn)定的增強層。選擇合適的合成材料時，需要考慮地基的特點、工程需求以及材料的匹配性。其次，根據(jù)具體的工程要求和地基情況，制訂合成材料加固施工的詳細方案。方案設計應考慮合成材料的布置方式、層次和密度以及與軟土的相互作用。在施工工藝方面，可以采用將合成材料與軟土混合、覆蓋或填充的方式，形成穩(wěn)定的增強體系。再次，在施工過程中，需要進行實時監(jiān)測，以評估合成材料的加固效果。具體應監(jiān)測軟土地基的沉降、變形、孔隙水壓力等變化，以及合成材料的分布情況。最后，加固施工完成后，需要進行長期維護和管理，以確保合成材料的加固效果更持久。同時，定期檢查軟土地基的狀態(tài)，監(jiān)測可能出現(xiàn)的變化，及時進行修復和維護，以保障工程的長期安全運行。

4.4 地下注漿技術

利用地下注漿技術改良軟土地基的力學性質是一種富有創(chuàng)新性的方法，其融合了現(xiàn)代工程材料和施工技術，能夠改變軟土地基的原有性能，從而提升工程可靠性，具體應用如圖1 所示。

圖1 地下注漿技術應用

首先，通過地下注漿技術，可以在軟土地基微觀結構中引入固化材料，類似于在微觀層面上為地基構筑出一種強化網(wǎng)絡。具體做法是在軟土地基中鉆孔，然后通過高壓注漿設備將固化材料注入孔洞。固化材料在與軟土相互作用后逐漸凝固，形成微觀顆粒之間的橋接，從而提高土體的內(nèi)聚力和抗剪強度。

其次，地下注漿技術可以實現(xiàn)對地基的局部強化，集中加固可能存在弱點或變形較大的區(qū)域。具體做法是在軟土地基的局部區(qū)域內(nèi)鉆孔，并通過注漿將固化材料注入，形成一個強化帶。這種做法類似于給地基的關鍵部位“穿”上一層堅固的“護甲”，從而提升地基的整體承載能力和穩(wěn)定性。

最后，地下注漿技術可用于控制軟土地基的變形，實現(xiàn)對變形的預控。具體做法是在地基中注入特定的固化材料，這些材料在與軟土反應后會發(fā)生體積膨脹，從而使土體產(chǎn)生一定的脹縮變形。通過控制固化材料的注入量和位置，可以實現(xiàn)地基的有序脹縮變形，從而減少不均勻沉降和變形，提高工程的穩(wěn)定性。

5 結語

軟土地基施工問題會對橋梁工程的可靠性和穩(wěn)定性造成不利影響，綜合采取一系列方法及措施，能夠有效應對軟土地基施工中的各種挑戰(zhàn)，確保橋梁工程安全、穩(wěn)定、可靠地運行，如采用加載換填法和拋石擠淤法等方法，以加固軟土、提升土壤的力學性質。此外，應對軟土地基施工中的工程設計問題予以關注，從源頭上預防質量問題的發(fā)生。