公路橋梁軟土地基加固技術(shù)分析與應(yīng)用

摘要 隨著工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，采用多種加固方法對(duì)軟土地基進(jìn)行處理已成為常態(tài)。文章綜合比較了常用的加固技術(shù)，通過(guò)對(duì)比分析其適用范圍、處理深度、施工周期、成本和碳排放等多個(gè)維度，提出了適合不同項(xiàng)目需求的加固技術(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)，并以某公路橋梁軟土地基項(xiàng)目為例，采用有限元分析（FEA）對(duì)深層攪拌法（DSC）的加固效果進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明，該方法在提高地基承載力、減少沉降和側(cè)向位移等方面具有顯著效果。

關(guān)鍵詞 公路橋梁；軟土地基；加固；應(yīng)用

中圖分類號(hào) U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）05-0088-03

0 引言

軟土地基加固是現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施工程中常見(jiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下，如河床、低洼地區(qū)及濕陷性黃土地區(qū)等，軟土層的存在往往對(duì)地基的穩(wěn)定性和承載力帶來(lái)嚴(yán)重影響。隨著城市化進(jìn)程和大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進(jìn)，軟土地基加固技術(shù)的研究和應(yīng)用變得尤為重要。該文將深入探討幾種常見(jiàn)的軟土地基加固方法，并通過(guò)具體案例分析，闡述不同加固方法的適用范圍、施工效果及碳排放等環(huán)境影響。在工程實(shí)例中，選擇合適的加固方法不僅要考慮土層特性、施工條件和成本效益，還要注重環(huán)保和可持續(xù)性。通過(guò)分析某公路橋梁項(xiàng)目中的加固技術(shù)方案，進(jìn)一步驗(yàn)證了深層攪拌法（DSC）在軟土地基加固中的優(yōu)勢(shì)。

1 軟土地基常用加固方法

1.1 常用加固方法

軟土地基加固技術(shù)在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中，經(jīng)歷了從傳統(tǒng)單一方法到現(xiàn)代多元化技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了工程技術(shù)不斷進(jìn)步與創(chuàng)新的過(guò)程。隨著力學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境工程等多學(xué)科的交叉融合，這一領(lǐng)域的加固手段逐步從依賴單一技術(shù)向集成多種方法的綜合技術(shù)體系演化。這種多維度的技術(shù)演化，極大拓寬了其適用范圍與靈活性，能夠在不同的工程背景下提供針對(duì)性的解決方案。加固技術(shù)的選擇不僅受土質(zhì)、地基結(jié)構(gòu)、施工條件等因素的影響，還需要考慮道路幾何形態(tài)等復(fù)雜變量，這要求在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行全方位的優(yōu)化與權(quán)衡。

在具體的加固技術(shù)應(yīng)用方面，現(xiàn)代工程中常見(jiàn)的手段包括深層攪拌法、靜壓法、真空預(yù)壓法、砂石法、注漿加固法、動(dòng)力固結(jié)法、水平排水加固法，以及復(fù)合地基加固法等。這些技術(shù)各有其適用的工程背景和條件，如深層攪拌法通過(guò)混合土體和水泥等材料改善地基的承載力與穩(wěn)定性，而靜壓法則主要利用大型機(jī)械設(shè)備將預(yù)制樁壓入地基，通過(guò)樁基與土體的相互作用提升地基強(qiáng)度。與此同時(shí)，復(fù)合地基加固法則結(jié)合多種加固技術(shù)，通過(guò)綜合手段達(dá)到更好的加固效果。

這一技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新，得益于跨學(xué)科理論的引導(dǎo)與支撐。力學(xué)在分析土體與結(jié)構(gòu)的相互作用、材料科學(xué)為加固材料的優(yōu)化提供了理論依據(jù)，而環(huán)境工程的引入則保障了加固技術(shù)在可持續(xù)性與生態(tài)影響方面的有效性。

1.2 軟土地基加固方法對(duì)比分析

1.2.1 適用范圍、處理深度、施工進(jìn)度、施工成本對(duì)比

通過(guò)表1的對(duì)比分析，可以清晰地了解幾種常用地基處理方法的適用范圍、處理深度、施工工期、施工成本，從而在實(shí)際工程中針對(duì)不同土層選擇合理的處理方法[1-2]。

1.2.2 碳排放量對(duì)比

為了對(duì)地基處理方法的碳排放量進(jìn)行詳細(xì)的分析，現(xiàn)將每個(gè)處理方法的計(jì)算公式、碳排放因子[3]總結(jié)如下所示：

總碳排放量（kgCO2/m3）=材料生產(chǎn)碳排放量+施工階段碳排放量+拆除階段碳排放量

根據(jù)表2分析可知，該表格顯示了不同地基加固方法在三個(gè)階段的碳排放量，材料生產(chǎn)和施工階段的碳排放是影響整體碳足跡的主要因素，在選擇加固方法時(shí)應(yīng)考慮優(yōu)化施工過(guò)程，使用低碳材料，減少碳排放。低碳排放的加固方法（如水平排水加固法、真空預(yù)壓法、砂石法等）適合追求環(huán)境可持續(xù)性的工程項(xiàng)目。

2 某公路橋梁軟土地基加固技術(shù)

2.1 工程概況

某市全快速通道工程全長(zhǎng)5.62 km，起點(diǎn)位于楊凌大道與修武路交叉口，終點(diǎn)接S315高速橋。項(xiàng)目地形復(fù)雜，呈兩側(cè)高、中間低的波狀平原特征，地表高程變化大，為2.32～18.77 m不等，相對(duì)高差達(dá)16.45 m，因此該項(xiàng)目有4.3 km需要采用高架橋方式，項(xiàng)目里程為K3+120～K7+420。項(xiàng)目區(qū)存在軟土地基，特別是在低洼及河床地區(qū)，軟土深度達(dá)到10 m以上，影響地基與橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

2.2 橋梁段軟土地基加固方案選擇

針對(duì)以上分析及工程概況，綜合考慮軟土地基的深度、加固效果、施工進(jìn)度、成本和碳排放等因素，推薦采用深層攪拌法作為最適合的加固方案。這種方法不僅能有效解決深層軟土問(wèn)題，還能在較短時(shí)間內(nèi)完成施工，成本適中，且碳排放處于可接受范圍內(nèi)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。具體推薦理由如表3所示：

2.3 有限元加固處理分析

2.3.1 模型的建立

采用大型有限元分析（FEA）軟件建立模型。在模型構(gòu)建過(guò)程中，橋梁結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化并等效為地基填土，以便于后續(xù)的力學(xué)分析和數(shù)值模擬。具體而言，所考慮的全快速通道地基應(yīng)具有的寬度為37.62 m，并設(shè)定1∶1.5的邊坡坡度，路堤的設(shè)計(jì)高度為4 m，采用分層施工工藝，每層填筑高度為1 m，分四個(gè)階段完成填筑。此外，為了消除邊界效應(yīng)對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的潛在影響，并確保模型在模擬過(guò)程中的合理性和準(zhǔn)確性，可適當(dāng)擴(kuò)展地基區(qū)域的幾何尺寸，將地基寬度設(shè)定為100 m、深度為20 m。地基采用固化劑水泥漿通過(guò)管道注入地層[4]，攪拌器在土體中旋轉(zhuǎn)，通過(guò)上下移動(dòng)和橫向擴(kuò)展進(jìn)行地層加固，在模型中通過(guò)直接提高地基參數(shù)模擬DSC的加固效果。具體模型參數(shù)如表4所示：

2.3.2 施工結(jié)果分析

在路堤設(shè)計(jì)與施工模擬中，采用4 m高的分層填筑方案，每層1 m，共分為四個(gè)階段。為精確模擬土體在施工過(guò)程中的行為和應(yīng)力分布，利用有限元分析軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，借助“移除與激活”命令再現(xiàn)分層施工的實(shí)際過(guò)程。每個(gè)施工層的模擬，劃分為兩個(gè)關(guān)鍵的步驟：施工固結(jié)分析（模擬填土期間由自重與荷載引起的固結(jié)效應(yīng)）和施工間歇期固結(jié)分析（考慮施工暫停期間土體的水分變化及其對(duì)固結(jié)過(guò)程的影響）。

此分析方法依托于土力學(xué)中的固結(jié)理論，強(qiáng)調(diào)土體在長(zhǎng)期荷載下的體積收縮效應(yīng)，分階段模擬策略能夠精細(xì)捕捉施工過(guò)程中土體的物理與力學(xué)變化。通過(guò)有限元分析軟件[5]，在虛擬環(huán)境中動(dòng)態(tài)追蹤土體變形與應(yīng)力分布，從而優(yōu)化施工流程并有效降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

（1）地基沉降分析

通過(guò)提取有無(wú)采用深層攪拌法加固條件下的數(shù)值模擬數(shù)據(jù)，并據(jù)此繪制地基頂部的沉降位移曲線圖（見(jiàn)圖1所示）。該過(guò)程基于有限元分析技術(shù)，結(jié)合土體與加固措施的相互作用，系統(tǒng)地評(píng)估了不同加固方案對(duì)地基沉降行為的影響。

根據(jù)圖1的分析結(jié)果，深層攪拌法加固在顯著降低地基沉降方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。具體而言，地基中心線處的沉降差異最為顯著，DSC加固后該區(qū)域的沉降量顯著減少了16.98 cm。這一變化不僅反映了DSC加固技術(shù)在提高地基穩(wěn)定性和承載力方面的有效性，還揭示了該技術(shù)在控制地基沉降、特別是在受力最大區(qū)域的沉降方面的卓越表現(xiàn)。

從土力學(xué)和基礎(chǔ)工程學(xué)的角度來(lái)看，DSC加固通過(guò)強(qiáng)化土體的力學(xué)性能，顯著改善了地基的變形特性。固化劑水泥漿通過(guò)與土體的相互作用，提高了土體的剪切強(qiáng)度、壓縮剛度和抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而有效抑制了由于外部荷載引起的地基沉降。尤其在地基中心線處，由于荷載作用最大，沉降最為顯著，使用DSC加固后能夠更好地分配和傳遞應(yīng)力，減少了沉降幅度。

（2）地基水平位移分析

通過(guò)提取不同加固措施下的數(shù)值模擬結(jié)果，系統(tǒng)地分析了有無(wú)采用深層攪拌法（DSC）加固情況下地基的水平位移行為。基于此數(shù)據(jù)，構(gòu)建了地基水平位移的曲線圖（見(jiàn)圖2所示），以直觀展示加固方案對(duì)地基變形的影響。

根據(jù)圖2所示結(jié)果，深層攪拌法加固在減小路堤底部的側(cè)向位移方面表現(xiàn)出顯著效果，尤其在坡趾區(qū)域，側(cè)向位移的減少最為明顯。進(jìn)一步分析顯示，地基坡趾處的側(cè)向位移減少了3.78 cm，體現(xiàn)了DSC加固在控制地基側(cè)向位移方面的關(guān)鍵作用。

從土力學(xué)和基礎(chǔ)工程學(xué)的角度來(lái)看，DSC加固通過(guò)提高土體的抗剪強(qiáng)度和剛度，有效地減少了地基在外荷載作用下的側(cè)向位移。特別是在坡趾區(qū)域，由于該區(qū)域通常承受較大的側(cè)向力，DSC加固技術(shù)通過(guò)局部改善土體的力學(xué)性能，顯著減小了該區(qū)域的側(cè)向位移。

3 結(jié)論

該文對(duì)軟土地基加固技術(shù)進(jìn)行了深入探討，重點(diǎn)分析了不同加固方法的適用性、施工效果及環(huán)境影響。在工程實(shí)例分析中，深層攪拌法作為軟土地基加固的有效技術(shù)，不僅在提高地基承載力和穩(wěn)定性方面展現(xiàn)了顯著優(yōu)勢(shì)，還通過(guò)有限元分析驗(yàn)證了其在減少地基沉降和水平位移方面的效果。此外，該文還對(duì)各類加固方法的碳排放量進(jìn)行了比較，強(qiáng)調(diào)了環(huán)保與可持續(xù)性在現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要性。在實(shí)際工程中，選擇合適的加固方法應(yīng)綜合考慮地基特點(diǎn)、施工周期、成本效益及環(huán)境影響等因素。DSC法因其較短的施工周期、合理的成本和適中的碳排放量，成為適合大規(guī)模軟土地基加固項(xiàng)目的優(yōu)選方案。

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