軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用

摘要 為探究軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的具體應(yīng)用，文章通過結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)研究及實際工程案例，分析了軟土地基的特性及對公路橋梁的影響，并根據(jù)案例工程現(xiàn)場條件，提出了換填法、排水固結(jié)法、強(qiáng)夯法、樁基加固法等施工技術(shù)，闡述各項操作要點。結(jié)果表明，軟土地基施工技術(shù)有利于改善軟土地基的工程性質(zhì)，提高地基的承載力和穩(wěn)定性，縮短施工工期，降低因地基問題導(dǎo)致的工程風(fēng)險。

關(guān)鍵詞 軟土地基；施工技術(shù)；公路橋梁

中圖分類號 U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0130-03

0 引言

地基處理在公路橋梁施工中是至關(guān)重要的一環(huán)，尤其在面對軟土地基時，其特有的特點會給施工帶來諸多挑戰(zhàn)。對此，科學(xué)有效地應(yīng)用軟土地基施工技術(shù)能確保公路橋梁的穩(wěn)固與安全，如換填法、排水固結(jié)法、強(qiáng)夯法、樁基加固法等，在眾多公路橋梁項目中均得到成功應(yīng)用，有利于改善軟土地基條件，為公路橋梁的長期運營奠定堅實基礎(chǔ)。

1 工程案例

某工程位于城市的交通樞紐地帶，主要建設(shè)內(nèi)容包括一座大型公路橋梁。該橋梁的設(shè)計長度為1.2 km，寬度為30 m，旨在提高城市交通流量，緩解交通壓力。在施工過程中面臨的主要挑戰(zhàn)之一是處理軟土地基，因軟土地基的含水量高、壓縮性大、承載能力低，給橋梁施工帶來很大難度。針對此情況，施工單位對軟土地基進(jìn)行了實地勘察，獲取可靠的地質(zhì)數(shù)據(jù)（如表1所示），從而采用針對性的軟土地基施工技術(shù)，以確保橋梁的穩(wěn)定性和安全性。

2 軟土地基的特性

2.1 高壓縮性

由于軟土的孔隙比大于1，含水量大，容重較小，且土中含大量微生物、腐殖質(zhì)和可燃?xì)怏w。因此，軟土具有高壓縮性，且長期不易達(dá)到穩(wěn)定，在其他相同條件下軟土的塑限值愈大，壓縮性亦愈高。

2.2 抗剪強(qiáng)度低

軟土的抗剪強(qiáng)度較低，影響現(xiàn)場作業(yè)安全及進(jìn)度，需在地基設(shè)計時重點考慮此因素，以確保建筑物的穩(wěn)定性，還能保證各項工作的有序進(jìn)行，降低現(xiàn)場作業(yè)及管理難度，按照工期要求高質(zhì)量完成。

2.3 透水性低

軟土的透水性很低，特別是垂直層面的透水性幾乎可以忽略不計，這意味著在軟土上進(jìn)行排水固結(jié)處理時水分很難從土層中排出，導(dǎo)致固結(jié)過程緩慢。因此，在軟土地基上建設(shè)的建筑物沉降延續(xù)時間較長[1]。在加荷初期，由于軟土的壓縮性較大，土壤顆粒之間的水分不容易排出，導(dǎo)致孔隙水壓力迅速增加。而高孔隙水壓力會降低土壤的有效應(yīng)力，影響地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此情況下的地基容易發(fā)生失穩(wěn)破壞，對建筑物的安全構(gòu)成威脅。

2.4 觸變性

軟土的觸變性是指土壤在受到外力擾動時，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會迅速降低，甚至變成稀釋狀態(tài)的性質(zhì)，主要是因為軟土是一種絮凝狀的結(jié)構(gòu)性沉積物，其原狀土在未受破壞時具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。但是，一旦受到擾動，土壤顆粒之間的連接會被破壞，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)崩潰，強(qiáng)度迅速降低。針對此情況，需在軟土地基施工前采取一些地基處理措施以增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性，如排水固結(jié)法、預(yù)壓法等，可加速軟土的排水固結(jié)過程，提高地基的承載能力。

2.5 流變性

流變性是指土壤在持續(xù)荷載作用下，其變形隨時間逐漸增加的性質(zhì)。對于軟土而言，由于其具備的特點使其在荷載作用下更容易表現(xiàn)出流變性。由于軟土的流變性，其在持續(xù)荷載作用下的長期強(qiáng)度遠(yuǎn)小于瞬時強(qiáng)度，這意味著在長時間內(nèi)軟土地基或土工結(jié)構(gòu)物可能會發(fā)生較大的變形和沉降，降低其穩(wěn)定性。同時，軟土的流變性會對邊坡、堤岸、碼頭等土工結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。由于其結(jié)構(gòu)物通常承受水平或傾斜的荷載，軟土的流變性可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物發(fā)生側(cè)向位移或滑動，從而威脅工程施工安全。

3 軟土地基對公路橋梁施工的影響分析

3.1 地基穩(wěn)定性不足

軟土地基由于其高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低和觸變性等特性，使地基在承受荷載時容易發(fā)生變形和破壞，導(dǎo)致地基穩(wěn)定性不足，對公路橋梁的施工和安全使用產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3.2 沉降量大且不均勻

軟土地基的透水性低、固結(jié)速率慢，在施工過程中容易發(fā)生較大沉降。同時，由于軟土不均、沉降不勻，容易導(dǎo)致公路橋梁的橋面出現(xiàn)不平整，影響行車安全。對此，在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制施工荷載和施工速率，避免過大的荷載和過快的施工速度可能導(dǎo)致的地基失穩(wěn)和沉降過大[2]。同時，可采取適當(dāng)?shù)呐潘胧档偷叵滤?，減少軟土的含水量，有助于提高地基的固結(jié)速率和穩(wěn)定性。

3.3 路基排水困難

軟土地基的透水性差，容易形成滯水，使路基長期處于潮濕狀態(tài)，影響路基的穩(wěn)定性和使用壽命。同時，滯水還會對公路橋梁的橋面鋪裝和伸縮縫等構(gòu)造物產(chǎn)生侵蝕作用，影響其使用性能。

3.4 施工難度大、工期長

由于軟土地基的復(fù)雜性和不確定性，使公路橋梁的施工難度增大。同時，為保證地基的穩(wěn)定性和安全性需采取一系列的加固措施，如換填、排水固結(jié)、振密或擠密等，增加了施工成本和時間。

4 軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用

4.1 換填法

換填法是將部分軟土或全部挖除，然后換填具有較高強(qiáng)度、較低壓縮性和較好穩(wěn)定性的材料，如砂、碎石、灰土等，可有效提高地基的承載力和穩(wěn)定性，減少地基的沉降。

該公路橋梁建設(shè)項目中由于地基中存在較大范圍的軟土區(qū)域，地基承載能力不足，給橋梁施工帶來極大挑戰(zhàn)。為確保橋梁的安全性和穩(wěn)定性，項目團(tuán)隊決定采用軟土地基換填法進(jìn)行處理。在施工過程中先對軟土區(qū)域詳細(xì)勘察和分析，確定軟土的分布范圍、厚度以及物理力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)[3]。根據(jù)勘察結(jié)果設(shè)計一套科學(xué)的換填方案，其中換填材料選用的是強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的砂石料，以確保換填后的地基具有足夠的承載能力和穩(wěn)定性。在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計方案進(jìn)行換填作業(yè)，對軟土區(qū)域開挖，將軟土全部挖除，然后分層填筑砂石料，每層填筑完成后進(jìn)行壓實處理，確保填筑密實度符合要求。在換填過程中，還加強(qiáng)了對施工質(zhì)量的監(jiān)控和檢測（如表2所示），確保換填質(zhì)量符合要求。經(jīng)過一段時間的施工，軟土地基換填法成功應(yīng)用于該公路橋梁項目中，換填后的地基承載能力得到了顯著提高，橋梁的穩(wěn)定性和安全性得到有效保障，并延長了橋梁的使用壽命。

4.2 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是通過在地基中設(shè)置排水體（如砂井、塑料排水板等），然后施加預(yù)壓荷載，使地基土中的孔隙水排出，從而加速地基的固結(jié)過程，提高地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，特別適用于飽和軟黏土的處理。在公路橋梁施工中，排水固結(jié)法可有效減少地基的工后沉降，提高地基的穩(wěn)定性[4]。另外，為控制橋面的平整度可在橋墩和橋臺等關(guān)鍵部位采用更加嚴(yán)格的地基處理措施，確保各部位的穩(wěn)定性和沉降量控制在較小范圍內(nèi)。在橋面鋪裝過程中，可采取適當(dāng)?shù)氖┕すに嚭筒牧?，保證橋面的平整度和耐久性。

該項目中排水通道采用砂井形式，砂井直徑、間距和深度根據(jù)地基條件和設(shè)計要求進(jìn)行確定（如表3所示）。施工前對地基預(yù)處理，清除表層的雜物和植被，整平地面；然后按照設(shè)計要求在地基中打入砂井，形成排水通道。砂井打入后進(jìn)行預(yù)壓荷載的施加，采用堆載或真空預(yù)壓等方式計算預(yù)壓荷載的大小。在預(yù)壓過程中應(yīng)密切監(jiān)測地基的沉降和變形情況，及時調(diào)整預(yù)壓荷載和排水通道的設(shè)置，當(dāng)?shù)鼗_(dá)到設(shè)計要求的固結(jié)度后即可停止預(yù)壓，進(jìn)行下一道工序的施工。通過排水固結(jié)法的處理，該項目的軟土地基得到有效加固，地基承載力和穩(wěn)定性得到顯著提高，確保了施工安全與質(zhì)量。

4.3 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是通過重錘從高處自由落下對地基土進(jìn)行強(qiáng)力夯實，有助于提高地基的密實度和承載力，適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土等地基[5]。在公路橋梁施工中，強(qiáng)夯法能快速提高地基的強(qiáng)度和均勻性，減少地基的差異沉降。

該項工程在強(qiáng)夯法施工過程中，施工單位根據(jù)軟土地基的勘察結(jié)果確定了施工方案和參數(shù)，使用強(qiáng)夯設(shè)備對地基進(jìn)行多次的夯實處理（如表4所示）。在夯實過程中應(yīng)嚴(yán)格控制夯實的能量、頻率和深度，以確保地基處理的效果。經(jīng)過強(qiáng)夯法處理后，該軟土地基的承載力和穩(wěn)定性得到顯著提高，經(jīng)過檢測，地基的密實度、壓縮模量等指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，有效改善了地基的排水性能，減少了地基沉降量。

4.4 樁基加固法

樁基加固法是通過在軟土地基中打入樁身，將上部荷載傳遞到深層土體中，減少地基的沉降和提高地基的穩(wěn)定性[6]。樁基是預(yù)制樁或現(xiàn)場灌注樁，根據(jù)地質(zhì)條件和工程要求選擇合適的樁型和施工方法。在公路橋梁施工中，樁基加固法通常用于處理深厚的軟土層或地基承載力嚴(yán)重不足的情況。

該項工程在施工設(shè)計中，橋梁主要采用的是直徑為1.5 m和1.2 m的鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)。由于這些樁基的持力層主要由砂泥和輕微膠結(jié)的軟石構(gòu)成，因此，為提高樁基的承載能力，施工方?jīng)Q定采用樁底后壓漿工藝對鉆孔灌注樁進(jìn)行加固處理。其中，鉆孔灌注樁在成孔過程中會對土體產(chǎn)生擾動，樁底壓載和樁側(cè)泥皮會對樁基承載力產(chǎn)生消極影響。通過樁底注漿，在高壓力作用下可使?jié){料在樁底持力層中滲透、擴(kuò)散、充填、壓實，將原本松散的砂泥、軟石等土粒膠結(jié)成一個高強(qiáng)度的整體，改善持力層的物理和力學(xué)性能，提高樁基的承載能力。另外，鉆孔灌注樁與周圍土體之間存在摩擦，通過樁底注漿增大樁身與土體之間的接觸面積，提高樁側(cè)摩阻力，進(jìn)一步增加樁基的承載能力，滿足工程設(shè)計要求，保證橋梁施工的安全和質(zhì)量。

5 結(jié)論

在公路橋梁施工中軟土地基施工技術(shù)的應(yīng)用，能為工程的穩(wěn)定性與安全性提供堅實保障。通過對軟土地基進(jìn)行妥善處理，可增強(qiáng)地基承載能力，防止因地基不穩(wěn)而導(dǎo)致的各種潛在風(fēng)險。從實踐效果方面分析，通過對軟土地基施工技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化運營，能顯著提高公路橋梁的工程質(zhì)量，延長使用壽命，為人們的出行和物流運輸提供更加安全、便捷的條件。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-02-07

作者簡介：楊世強(qiáng)（1994—），男，本科，助理工程師，研究方向：道路與橋梁。