軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用分析

譚波兒

（江西交投咨詢集團(tuán)有限公司，江西 南昌330006）

0 引言

軟土一般指土壤內(nèi)部含水量較大、壓縮性較高、承載能力較低的土地類型，且在可塑性方面呈現(xiàn)出較強(qiáng)的黏性。這類土地類型主要存在于我國的東部沿海及南方地區(qū)，這些區(qū)域?qū)儆谄皆貐^(qū)，常年遭受雨水沖擊，且森林覆蓋面積較少，水分子直接滲透進(jìn)土壤深層，進(jìn)而形成軟土。在施工前的準(zhǔn)備階段，工作人員應(yīng)當(dāng)做好調(diào)查工作，盡量規(guī)避軟土地段，但在實(shí)際施工期間，還是會存在區(qū)域性軟土無法避免的情況，所以需要對其進(jìn)行技術(shù)性處理。處理主要的目的為降低軟土地土壤內(nèi)的空隙間距、降低壓縮性、增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度、提高固結(jié)系數(shù)、縮減固結(jié)時(shí)間、增加抗擾動性、減少透水性等。通過對軟土地進(jìn)行以上方面的優(yōu)化，可以使軟土與施工要求相匹配，從而避免施工過程中及公路橋梁后續(xù)應(yīng)用過程中可能會產(chǎn)生的各種問題。

1 軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中應(yīng)用的現(xiàn)狀

近年來，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度越來越快，建設(shè)規(guī)模越來越大，很多地區(qū)在公路橋梁施工過程中不可避免地會遇到軟土，如果不對軟土地基進(jìn)行合理處理，不僅會影響公路橋梁的順利施工，還會縮減公路橋梁的使用壽命，威脅行車安全。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在世界范圍內(nèi)因?qū)浲恋鼗幚聿划?dāng)所引發(fā)的工程事故的比例非常大，且存在大規(guī)模人員傷亡案例。對此，對軟土地基處理技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用分析，成為現(xiàn)階段路橋施工設(shè)計(jì)人員的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。在實(shí)際的公路橋梁施工過程中對軟土地基進(jìn)行處理，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行針對性地選擇處理技術(shù)。目前，常用的軟土地基處理方法有換填墊層法、拋石擠淤法、強(qiáng)夯技術(shù)、化學(xué)加固法、真空預(yù)壓法、砂石樁處理法。通過對以上六種軟土地基處理技術(shù)的合理應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)地基的穩(wěn)固、長久使用，滿足公路橋梁施工對地基的要求。

2 軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的具體應(yīng)用

2.1 換填墊層法

若施工建設(shè)區(qū)域存在大片不均勻軟弱地基，為保證建筑地基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與抗?jié)B透能力，施工人員可使用高強(qiáng)度、低壓縮性的建筑材料對原有的地基土層進(jìn)行置換，在形成緩沖區(qū)的基礎(chǔ)上，實(shí)施強(qiáng)夯作業(yè)。為進(jìn)一步提高軟土地基的承載能力，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)采取逐層鋪設(shè)、逐層夯實(shí)的作業(yè)方式，質(zhì)檢手段也要針對換填材料的不同而合理調(diào)整。換填墊層方法主要是對整個(gè)軟土地基層的土壤進(jìn)行替換，在實(shí)際應(yīng)用中成本較高，但效果最為顯著。由于部分區(qū)域的土壤嚴(yán)重疏松，想要有效提升公路橋梁地基的硬度，最直接、有效的方式就是對目標(biāo)軟土基層的土壤進(jìn)行更換。換填墊層法主要適用于軟土區(qū)域面積較小、厚度較低的情況。如果軟土的整體面積較大，就不適宜使用換填墊層法，若是強(qiáng)行使用不僅無法保證處理效果，還會增加工程地基處理的支出費(fèi)用，會降低工程的整體經(jīng)濟(jì)效益；如果軟土的厚度在0～2m的范圍，便可以對整體進(jìn)行換填。換填墊層的操作過程比較簡單，選擇符合公路橋梁施工要求的土壤，將軟土全部挖出進(jìn)行替換即可。在路堤高度處于極限高度的兩倍時(shí)，軟土層一般非常薄，此時(shí)進(jìn)行其他土壤類型的換填工作十分困難，因此可選擇在軟土層內(nèi)添加鋼筋、硬質(zhì)板等材料，進(jìn)而提高軟土的硬度。換填墊層施工應(yīng)盡量避開雨季，因?yàn)橛晁畷治g及沖刷已經(jīng)填埋的土壤，使軟土地基處理效果大打折扣。若無法避開雨季，可以選擇砂礫墊層，并在填土與基底之間設(shè)置一層排水面，使雨水能在地基土縫隙中被快速排出，提高土壤的固結(jié)速度，如此整個(gè)地基的承載能力會得到大幅度提升。并且，設(shè)置排水層可以避免公路橋梁在使用過程中產(chǎn)生自然沉降，能夠延長公路橋梁的使用壽命，提高其安全性。特別需要注意的是，在換填墊層施工中，應(yīng)控制填土墊層的速度，避免施工速度不當(dāng)導(dǎo)致填土墊層中的土壤密度不均勻。此外，在砂礫墊層材料的選擇上，應(yīng)注意選擇顆粒直徑在5mm以內(nèi)、含泥量在5%以內(nèi)的潔凈粗砂，這樣能有效避免墊層出現(xiàn)軟土化的趨勢，進(jìn)而保證處理后的土體固結(jié)系數(shù)。

2.2 拋石擠淤法

當(dāng)軟土地基層處于沼澤或水下時(shí)，則不適宜采取換填墊層法，會使施工變得十分困難，且會大大增加工程預(yù)算。針對此種情況，若是軟土層厚度在4m以下，軟土層表面沒有硬殼且含水量超過液限，可以通過路堤的自重將軟土擠壓排出。如果遇到排水較為困難的情況，可以使用拋石擠淤的方法。拋石擠淤法的主要原理是通過軟土地基失穩(wěn)來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)軟土層的置換，從而使公路橋梁的地基直接接觸正常土壤，提升整個(gè)地基的承載力及穩(wěn)定性。拋石擠淤法最主要的特點(diǎn)是，無需抽取軟土上的水源、不需要清理淤泥，施工速度非?？烨夜こ淘靸r(jià)較低，但拋石擠淤法也存在處理過后的地基承載力下降快，自然沉降系數(shù)較大的情況，主要是因?yàn)閷δ繕?biāo)軟土層進(jìn)行置換之后，周圍的環(huán)境仍然會對公路橋梁的地基產(chǎn)生侵蝕作用，從而產(chǎn)生新的軟土層。因此，在應(yīng)用拋石擠淤法的過程中不僅要對地基進(jìn)行加固，避免周圍環(huán)境影響其強(qiáng)度，還應(yīng)在軟土層的中部進(jìn)行拋石作業(yè)，逐漸向兩邊延伸，逐漸擠出淤泥，該操作方式能對淤泥進(jìn)行較為徹底的置換，從而提升整個(gè)路基的強(qiáng)度。拋石擠淤的施工流程為：施工準(zhǔn)備，確定目標(biāo)區(qū)域位置與大??；準(zhǔn)備石料；拋石；平整作業(yè)；石塊表面碾壓作業(yè)；檢測軟土層的置換質(zhì)量；反濾層施工。

2.3 強(qiáng)夯技術(shù)

強(qiáng)夯技術(shù)主要是通過相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)對整個(gè)軟土層的猛烈沖擊，從而使軟土層的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化，改變軟土層的強(qiáng)度、密度、收縮縫隙等。但在實(shí)際應(yīng)用強(qiáng)夯技術(shù)的過程中，對使用條件有一定的要求，只有軟土的含水量在38%以下才能使用，否則強(qiáng)行使用強(qiáng)夯法并不能有效改變軟土的物理結(jié)構(gòu)，這就要求施工單位在強(qiáng)夯法使用之前對軟土層的含水量及氣體情況等進(jìn)行全面的檢測。施工單位在明確掌握了軟土層地質(zhì)的數(shù)據(jù)信息后，應(yīng)針對性地采取必要的基礎(chǔ)強(qiáng)化手段，改變區(qū)域原有地質(zhì)土層的結(jié)構(gòu)，提高其整體的穩(wěn)定性與承載能力。現(xiàn)階段，強(qiáng)夯法是軟土層施工作業(yè)中最為常見的工程手段，實(shí)施過程十分簡便，夯實(shí)效果良好，且成本投入較少，適用范圍較廣。應(yīng)用強(qiáng)夯法的過程中，施工單位需要結(jié)合實(shí)際的工程要求及具體的巖土勘察資料完善設(shè)計(jì)與規(guī)劃。開展強(qiáng)夯作業(yè)時(shí)，施工單位需做好對強(qiáng)夯作業(yè)各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)的試驗(yàn)與設(shè)計(jì)，并實(shí)時(shí)關(guān)注施工區(qū)域土層的變化情況，對已完成強(qiáng)夯作業(yè)的區(qū)域進(jìn)行檢測，避免強(qiáng)夯施工作業(yè)存在遺漏與失誤。強(qiáng)夯技術(shù)實(shí)際施工流程見圖1。

圖1 強(qiáng)夯技術(shù)施工流程

期間要注意，切忌一開始就使用重型車輛進(jìn)行碾壓，逐步提升重量才可以將蘊(yùn)含在土壤中的水分及氣體充分排出。經(jīng)檢測，土壤中的水分及氣體含量降低之至5%以下時(shí)，可停止碾壓工作。

2.4 化學(xué)加固法

化學(xué)加固法的類型主要有：粉噴樁、旋噴樁、注漿、硅化法等。采用化學(xué)加固法處理軟土地基時(shí)，應(yīng)針對目標(biāo)軟土層選擇硅酸鈉溶液，主要原則是選擇濃度適宜、黏性較小的類型，使其能夠快速滲入軟土空隙，硅酸鈉溶液與黏土相互凝結(jié)，軟土在其中主要起到黏結(jié)劑的作用。此舉能有效提高軟土的硬度，填充軟土土壤內(nèi)部的空隙，進(jìn)而改變軟土層的性質(zhì)。化學(xué)加固的原理為：將濃度10%～15%的硅酸鈉溶液與濃度為2.5%的氯化鈉混合，形成混合溶液，溶液中的鈉離子會與軟土中水溶液鹽類中的鈣離子產(chǎn)生互換的化學(xué)反應(yīng)，即在軟土顆粒表面形成硅酸凝膠薄膜，從而有效促進(jìn)軟土顆粒之間的連接，并填充顆粒之間的空隙，使軟土層經(jīng)過處理之后能夠形成良好的抗水性及穩(wěn)定性，降低目標(biāo)軟土層的滲水性能，消除濕陷，提升其整體承載能力。該方法主要適用于地下深度不超過3.9m的軟土層，如果軟土層的深度過大，溶液就無法有效滲透，加固效果也會大打折扣。相較于其他軟土地基處理方法，化學(xué)加固法的應(yīng)用不是十分廣泛，主要是因?yàn)榛瘜W(xué)元素或多或少會對土壤造成不同程度的破壞。因此，在進(jìn)行軟土地基處理時(shí)，施工團(tuán)隊(duì)需要綜合考量多方面因素，慎重決定是否適合采用化學(xué)加固法。

2.5 預(yù)壓處理法

現(xiàn)階段，我國建筑工程在實(shí)施過程中不僅要考慮地質(zhì)因素的影響，更要對施工區(qū)域原有的地下埋管及其他地下基礎(chǔ)工程進(jìn)行具體的勘察與分析，尤其是城市內(nèi)部的建設(shè)項(xiàng)目，很多施工區(qū)域無法使用強(qiáng)夯法進(jìn)行作業(yè)。因此，為提高軟土地基處理效果，很多施工單位采用預(yù)壓處理技術(shù)來強(qiáng)化軟土地基結(jié)構(gòu)。預(yù)壓處理技術(shù)有多種類型，以真空預(yù)壓模式為例，其借助真空壓差減壓，對施工區(qū)域地層進(jìn)行強(qiáng)化，將地層中原有的水體排出，該模式的整體作業(yè)投入成本較低，處理效率很高，且工藝技術(shù)可控性強(qiáng)。該方法主要是在目標(biāo)軟土層中設(shè)置豎向排水通道，然后在軟土層表面鋪設(shè)砂墊層，在初期使用不透氣的薄膜進(jìn)行覆蓋。借助抽氣機(jī)使薄膜下形成真空狀態(tài)，且真空所形成的負(fù)壓會沿著豎向排水通道向下方傳遞，土體與豎向排水通道之間的不等壓狀態(tài)又會使負(fù)壓向土體中傳遞，在負(fù)壓的作用之下，軟土顆?？p隙之間的水會逐漸滲透到豎向排水通道，從而達(dá)到排水固結(jié)、強(qiáng)度土體增強(qiáng)的效果。真空預(yù)壓法具有施工安全、工期短、費(fèi)用低、對環(huán)境影響較小的特點(diǎn)，且能有效改變軟土地基的性質(zhì)，有效保護(hù)原有地基的完整性，從而被廣泛應(yīng)用在公路、橋梁、機(jī)場、工業(yè)及民用建筑的施工中。使用真空預(yù)壓對軟土層進(jìn)行加固的過程中，可能會產(chǎn)生垂直沉降及側(cè)面的水平位移。因此，在實(shí)際應(yīng)用之前應(yīng)通過全面的測量及分析，明確預(yù)壓處理技術(shù)的應(yīng)用是否會對周圍已有建筑、公路、橋梁等形成影響。真空預(yù)壓施工流程見圖2。

圖2 真空預(yù)壓施工流程

2.6 砂石樁處理法

砂石樁處理法也是一種較為成熟的軟土地基處理手段。采用砂石樁處理法，借助專業(yè)的機(jī)械設(shè)備與砂石材料，可將地基土體壓實(shí)，從而提高土層的整體承載能力。簡單而言，砂石樁處理技術(shù)以提高土層密度為主要目標(biāo)，可快速完成對松散砂土、絲質(zhì)土以及填土區(qū)的處理，可削減原有土層的壓縮能力與孔隙比。施工單位采取砂石樁處理技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意對建設(shè)區(qū)域周邊環(huán)境與建筑物的具體分析，一旦發(fā)現(xiàn)隱患應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整施工方案，針對地質(zhì)情況的具體變化采取相應(yīng)的補(bǔ)償手段，從而保證工程建設(shè)質(zhì)量與效率。水泥粉煤灰碎石樁形成的復(fù)合地基可大幅度提高軟土地層的承載能力，大大降低鋼材與水泥材料的消耗，能有效控制工程造價(jià)。應(yīng)用水泥粉煤灰碎石樁進(jìn)行軟土地基處理要做好前期的試驗(yàn)工作，檢查樁體質(zhì)量，若樁體自身存在質(zhì)量問題，則難以起到預(yù)期的工程效果。

3 結(jié)語

綜上所述，在軟土地基處理過程中，應(yīng)根據(jù)軟土層的實(shí)際情況及公路橋梁的建設(shè)要求，采取適宜的軟土地基處理技術(shù)，如此才能達(dá)到有效的處理效果，進(jìn)而保證公路橋梁施工的順利，保證公路橋梁的使用安全性以及壽命，為公眾的出行提供安全保障。