史鐵奎
(通遼市交通工程局第十工程處,內(nèi)蒙古 通遼 028006)
在路橋工程施工中,路基是重要基礎。路橋項目路基處理及施工水平對道路使用性能及質量產(chǎn)生直接影響。就道路橋梁路基層面而言,軟土路基屬于不良土質,也是困擾路橋施工技術人員的重要難題。軟土多集中在濕地或湖沼地區(qū),具有大空隙比特性,含水率及壓縮性極高,抗剪強度偏低,此類路基土自身難以固結,施工后沉降問題嚴重,而且抗剪能力不佳,導致路基路面受損嚴重。為了確保路橋施工質量,施工單位在軟土路基填土過程中必須妥善處理,以高質量的路基施工為項目建設奠定基礎,這也對軟土路基施工提出嚴格要求。
1)整體穩(wěn)定性不佳 軟土路基具有較高的含水率和較低的固結系數(shù),導致整體穩(wěn)定性不佳。如果施工期間無法滿足路基壓實度要求,受到外部填土荷載或其他荷載影響會引起路基沉降,進而影響道路使用性能和壽命。
2)軟土路基邊坡部分易受沖刷 在路橋工程施工中,邊坡路基施工極為關鍵,無論是地質質量標準部分還是軟土地質部分,施工期間都要嚴格管理,確保路基邊坡部分的穩(wěn)定性。軟土地段由于受地質因素影響較大,雨水沖刷嚴重,容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題。
3)路基強度低 相較于普通地質段,軟土地質段強度偏低,自然狀態(tài)下很難符合路基荷載要求。分析以往路橋施工經(jīng)驗,施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)不同土質,軟土地質強度很容易受外力因素干擾,如果受到外力壓迫則會出現(xiàn)沉降變形等情況,難以滿足路基施工標準。
在諸多軟土路基處理技術中,換填法使用效果良好。通過適當換填路基中的不良土質來增強路基物理性能,降低不良土質對路基性能的影響,提高路基抗沉降及抗破壞性能。換填法所用材料一般為碎石或煤渣等具有較高強度和硬度的材料,填充時在軟土地基最下部填入物理性能相對穩(wěn)定的材料,然后夯實處理。這一技術在縱向深度比偏大的軟土路基中應用較多。
對于軟土路基,采用強夯法處理可提高和改善軟土路基物理性能,因此在路橋施工中得到普遍應用。強夯法的作用原理近似于動力加固處理技術,主要利用機械強夯設備完成,通過縱向沖擊動能夯實路基密實度,確保軟土路基更為堅固。強夯法又名動力固結法或動力壓實法,利用重錘產(chǎn)生的沖擊能量(一般在6×105~8×106J)提升土體強度和壓實度。強夯法施工成本低廉,簡單方便,易于操作,適用于濕陷性黃土、填土、碎石及黏土等各種不良土質,對軟土路基不均勻沉降有良好的預防作用,有利于加強路橋軟基施工質量。對于施工面積大、工期相對較短的施工項目來說,強夯法是處理軟土路基的常用技術。采用強夯法施工的軟土路基地段一般具有良好的加固效果,但在處理飽和度較高的黏性土時取得的效果較差。
1)水泥攪拌樁 相較于其他常用的軟土路基加固方法,水泥攪拌樁有其獨特的施工特點。在飽和軟土路基地段,水泥攪拌樁的應用非常普遍,水泥固化作用大大加強了軟基牢固度,從而大幅提升地基承載力。采用水泥攪拌樁技術處理軟基時,采用特定設備攪拌水泥漿,然后灌入軟土路基內(nèi),水泥樁體凝固后在軟土路基內(nèi)形成框架并提供支撐力。這一處理技術的步驟主要如下:將水泥作為施工固化劑,利用機械設備把土體和水泥打造成混合樁體,水泥和軟土地基產(chǎn)生一系列物化反應后形成復合地基,承載力及彈性模量大幅提升。軟土路基水泥攪拌樁處理技術主要包括粉噴和漿噴,應用粉噴攪拌法施工時,將水泥粉噴入預設孔內(nèi),然后與孔內(nèi)土體顆粒充分攪拌,在水泥的固化效應下,含水量較高的泥炭土、軟土及極軟土得到有效加固。一般情況下,軟土路基含水率不超過20%~70%的情況下,采用粉噴攪拌法可有效加固軟土路基,進而保障施工質量。水泥攪拌樁施工工藝復雜且難度較高,對施工作業(yè)人員的技術水平要求也更為嚴格。水泥攪拌樁施工如圖1所示。
2)高壓噴射注漿技術 高壓噴射注漿是在高壓下將水泥砂漿灌入預設孔內(nèi),首先要計算軟土路基注漿作業(yè)深度,用鉆機鉆入路基內(nèi)一定深度,然后用高壓噴嘴向孔內(nèi)噴射水泥砂漿,砂漿在高強壓力推動下切割軟土,加快軟土和砂漿混合反應,砂漿與軟土路基充分混合干燥后成為牢固的整體,軟土路基硬度隨之提高。高壓噴射注漿技術可顯著增強軟基加固能力,預防軟土路基沉降,提高軟土性能。
圖1 水泥攪拌樁施工
在軟土路基施工中,預壓法也是優(yōu)勢突出的一種技術。施工前先在軟土路基表層放置一定的靜荷載,一段時間后土體沉降,軟基內(nèi)部土質壓實,然后撤除荷載。預壓法主要包括堆載預壓和真空預壓2種模式。堆載預壓是將土、水或砂石等重物堆置在土基表面,以達到地基預壓的效果。該方法簡便易行,對施工器具要求不高,但容易受自身特性影響,僅適用于厚度較大、施工工期比較短的飽和軟土路基。而真空預壓法則有很強的適應性,其主要是在軟土路基表面預設厚度適中的砂墊層,然后設置不透氣塑料薄膜及豎向排水管道,通過真空和負壓效應排除軟土路基內(nèi)部的水分。真空預壓法綠色環(huán)保,實用性強,而且造價較低,不會產(chǎn)生淤泥,加固深度接近10m,優(yōu)勢突出。
碎石樁法是軟土路基處理方法中比較傳統(tǒng)的一項技術,其處理軟土路基的效果突出,常用于公路橋梁施工中。碎石樁法主要是利用沖擊和振動的原理,在軟土路基內(nèi)部及表層制造孔徑,然后將碎石塊填入孔徑內(nèi)部,加入適量黏結劑以增強碎石黏合性,改善碎石樁整體承載性能,為軟土路基提供必要的支撐,維持路基穩(wěn)定性。這些高黏度樁體完全凝固后結構極為堅固,還可與軟土路基摻混形成復合墊層,大大提高軟土路基穩(wěn)定性。在應用該處理技術的過程中,施工方應充分考慮軟土路基性質及范圍,精確計算碎石樁密度與設定位置。碎石樁穩(wěn)定性良好,對軟土環(huán)境侵蝕效應有良好的抗性,可有效預防路基下沉,而且施工成本低,加固效果好,在我國現(xiàn)階段路橋施工中比較常見,但該技術應用范圍有限,不適用于路堤寬度較大的公路項目。
在路橋項目施工過程中,軟土路基處理是尤為常見的問題,鑒于影響軟土路基施工處理方法的因素復雜多樣,施工方在過程中要結合實際情況合理選擇施工方法。筆者結合軟土路基特點和施工過程中的一些常見因素,對換填法、強夯法、結固結處理法、預壓法及碎石樁法等軟基處理技術進行總結分析,旨在改善軟土路基物理性能,提高路橋施工質量。