軟土地基道路橋梁不均勻沉降防治策略分析

李志超

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，石家莊 050000）

1 軟土地基的特性

軟土地基最大的危害在于其承載力無(wú)法滿足承載物件的要求，或者完工后易發(fā)生地基不穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致工程整體地基受到破壞，因此，要合理處理軟土地基，避免出現(xiàn)路基失穩(wěn)或者開(kāi)裂等問(wèn)題，以保證工程安全及質(zhì)量。相比普通地基，軟土地基體現(xiàn)出以下幾個(gè)特性。

首先，非線性與非彈性。線性變化是指在規(guī)定應(yīng)力限度范圍內(nèi)除掉鋼筋、混凝土應(yīng)力后地基能夠很快恢復(fù)到原本狀態(tài)。而在軟土地基區(qū)域作業(yè)即使在去除應(yīng)力后，也很難恢復(fù)到地基原本的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程就是地基發(fā)生了非彈性變化，體現(xiàn)出非線性特性[1]。由于軟土地基具有非線性與非彈性的特性，因此，對(duì)軟土區(qū)域的變形預(yù)測(cè)存在較大難度，無(wú)形中增加了施工的困難程度。

其次，各向異性。軟土結(jié)構(gòu)需要經(jīng)過(guò)多年的沉淀才能慢慢形成，由于形成過(guò)程中土壤堆積之前會(huì)覆蓋之前的土壤，且每層土層均有著不同的性質(zhì)，因此，軟土結(jié)構(gòu)具有明顯的分層特性，結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出顯著的各向異性。但處于同一層的土壤結(jié)構(gòu)形成時(shí)間大致相同，因此，沒(méi)有明顯區(qū)別[2]。

2 道路橋梁工程中軟土地基發(fā)生不均勻沉降的原因

具體而言，在道路橋梁工程中軟土地基發(fā)生不均勻沉降的主要原因包括以下幾個(gè)方面。

2.1 工程結(jié)構(gòu)本身不合理

道路橋梁工程設(shè)計(jì)階段會(huì)涉及多項(xiàng)內(nèi)容，包括地質(zhì)地理、環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，需要結(jié)合工程的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，最終設(shè)計(jì)出更加科學(xué)、合理的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，從而保證后續(xù)施工過(guò)程中的安全性及工程質(zhì)量。但是很多道路橋梁工程在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師無(wú)法到工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)勘驗(yàn)，甚至未充分掌握工程的長(zhǎng)、寬、高等具體數(shù)據(jù)，導(dǎo)致道路橋梁工程結(jié)構(gòu)不合理，結(jié)構(gòu)受力不均勻，軟土地基處理方案不合理，最終出現(xiàn)地基不均勻沉降問(wèn)題。此外，工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)剛性不足也會(huì)導(dǎo)致道路橋梁工程發(fā)生載荷不均勻的現(xiàn)象[3]。

2.2 地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確

上文提到道路橋梁工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要參考多個(gè)方面的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)，才能保證設(shè)計(jì)方案的合理性，而地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)信息則會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)方案的合理性產(chǎn)生直接影響。因此，工程設(shè)計(jì)前需要對(duì)工程施工區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)勘測(cè)，并將勘測(cè)結(jié)果作為后續(xù)工程施工的主要參考依據(jù)。然而在實(shí)際工程中地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不夠的問(wèn)題十分常見(jiàn)?？睖y(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案不合理、施工組織不科學(xué)等一系列問(wèn)題，最終引起軟土地基發(fā)生不均勻沉降[4]。

2.3 施工過(guò)程不合理

施工過(guò)程不合理同樣會(huì)導(dǎo)致道路橋梁工程軟土地基發(fā)生不均勻沉降，特別是工程本身載荷較大，施工過(guò)程的影響更加明顯。通常情況下，工序越靠后，導(dǎo)致路基發(fā)生不均勻沉降問(wèn)題的概率越大，因此，施工過(guò)程中要合理控制施工過(guò)程，科學(xué)設(shè)計(jì)施工工序，最大程度上降低施工環(huán)節(jié)造成的地基發(fā)生不均勻沉降的概率。施工過(guò)程中尤其要注意一點(diǎn)，即臺(tái)背填料施工也會(huì)導(dǎo)致道路橋梁工程軟土地基發(fā)生不均勻沉降。具體施工過(guò)程中，諸多因素均會(huì)對(duì)臺(tái)背填料的施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，包括施工原料、施工環(huán)境、施工工序的變化等。如果施工單位為了降低工程成本而壓縮臺(tái)背填料用量，或者精簡(jiǎn)施工工序，就會(huì)導(dǎo)致臺(tái)背真料壓實(shí)度不足的問(wèn)題，最終引起軟土地基發(fā)生不均勻沉降[5]。

3 軟土地基道路橋梁不均勻沉降防治技術(shù)

針對(duì)軟土地基道路橋梁易發(fā)生不均勻沉降的問(wèn)題，可以采用下列技術(shù)措施進(jìn)行處理。

3.1 CFG樁技術(shù)

CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁技術(shù)，即在軟土地基中打入無(wú)縫鋼管并澆筑混凝土，以起到改善地基強(qiáng)度、避免發(fā)生不均勻沉降的目的。施工過(guò)程中，無(wú)縫鋼管需通過(guò)振動(dòng)力、錘擊力、靜壓力等方式打入地基中的指定深度，打入鋼管后，再在地基中澆筑預(yù)先拌制好的混凝土，并進(jìn)行振搗，混凝土密實(shí)度達(dá)到要求后再將無(wú)縫鋼管慢慢抽出，混凝土凝固后就會(huì)形成復(fù)合樁柱[6]。CFG樁不僅改善軟土地基強(qiáng)度效果好，且由于不用使用鋼筋籠，所以CFG技術(shù)成本更低，因此，在道路橋梁工程軟土地基治理中的應(yīng)用十分普遍。

3.2 水泥粉噴樁技術(shù)

水泥粉噴樁技術(shù)主要將各種固化劑按照不同的比例進(jìn)行混合、攪拌，混合料與軟土充分融合，固化后即可形成復(fù)合地基。常用的固化劑包括混凝土、石灰等，經(jīng)水泥粉噴樁技術(shù)處理過(guò)的軟土地基具有更高的穩(wěn)定性與整體性，能夠在最大程度上改善軟土地基的性能，為后續(xù)施工打下良好基礎(chǔ)，減少不均勻沉降問(wèn)題的發(fā)生。

3.3 土體置換技術(shù)

土體置換技術(shù)主要應(yīng)用于沼澤、淤泥等地基不合格的路段，該方法主要是將道路工程施工現(xiàn)場(chǎng)不符合施工條件的軟弱土層挖出，再將性能強(qiáng)、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的材料填充進(jìn)去，通過(guò)土體置換提高軟土地基的排水固結(jié)能力，以減少地基發(fā)生不均勻沉降的概率，提高軟土地基的承載能力。砂性土是常用的置換材料，如果軟土地基范圍大、位置深，則可以用灰土攪拌樁施工機(jī)械把固結(jié)材料、石灰、水泥等填充到地基軟土位置進(jìn)行攪拌，促進(jìn)軟土地基硬化，提高地基強(qiáng)度[7]。

4 軟土地基道路橋梁不均勻沉降防治工程實(shí)例

4.1 工程標(biāo)準(zhǔn)

某道路橋梁工程路線全長(zhǎng)約1.865 km，其中某路段位于沖海積平原地貌區(qū)，施工現(xiàn)場(chǎng)軟土分布十分普遍，軟土層厚度在1～20 m不等，直接影響到路基的穩(wěn)定性。因此，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、設(shè)計(jì)方案的比較，最終確定采用水泥粉噴樁技術(shù)進(jìn)行軟土地基部分的加固。施工完成后軟土地基的沉降要滿足以下要求：橋梁路堤相鄰處沉降不超過(guò)0.1 m，箱涵、蓋板涵處沉降不超過(guò)0.2 m，一般路段沉降不超過(guò)0.3 m，而沉降引起的施工變化率要控制在4%以內(nèi)。施工過(guò)程中填筑時(shí)間不得小于地基抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)需要的固結(jié)時(shí)間，路堤中心沉降24 h內(nèi)不得超過(guò)10～15 mm，邊樁位移不得超過(guò)5 mm。鋪筑軟土地基路面時(shí)，要在地基沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行施工，并通過(guò)雙標(biāo)準(zhǔn)控制方法進(jìn)行控制，推算出施工之后的沉降量，保證工程沉降不超過(guò)設(shè)計(jì)值允許范圍。針對(duì)軟土地基的沉降進(jìn)行兩個(gè)月以上的連續(xù)觀察，每個(gè)月沉降不超過(guò)5 mm后方可開(kāi)挖路槽，并進(jìn)行路面的鋪筑。

4.2 軟土地基施工方案

本工程采用水泥粉噴樁技術(shù)進(jìn)行施工，樁身凝膠劑采用普通硅酸鹽水泥，施工前采集最軟弱土層試樣進(jìn)行配比試驗(yàn)，以確定膠凝劑與外加劑的摻入量，保證水泥土強(qiáng)度，確定合理的配合比。本方案中初定膠凝材料摻灰量不小于加固土體質(zhì)量的18%，水灰比0.55～0.62，試塊28 d樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度需要達(dá)到1.0 MPa，90 d樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度則需達(dá)到1.6 MPa。由于本工程地下水具有腐蝕性，因此，根據(jù)水樣化驗(yàn)報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定水泥品種、摻入比、水灰比、外摻劑等。本工程所用到的施工機(jī)具包括深層攪拌機(jī)、灰漿泵、計(jì)量設(shè)備等，施工前需針對(duì)施工機(jī)具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，查看施工機(jī)具的外觀、性能，以保證施工進(jìn)度順利推進(jìn)。配合比、施工機(jī)具準(zhǔn)備完畢后即進(jìn)行試樁施工，水泥粉噴樁主要采用工藝性試樁，以對(duì)地質(zhì)資料、設(shè)備、工藝等進(jìn)行復(fù)核，并確定施工順序、水泥摻量、水灰比、泵送時(shí)間、泵送壓力、攪拌機(jī)提升速度、下鉆速度、復(fù)攪深度等指標(biāo)；并針對(duì)樁身承載力、沉降等指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。本工程中每個(gè)地質(zhì)接近路段試樁數(shù)量都在5根以上，試樁完成后再對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行復(fù)合地基承載力試驗(yàn)及單樁承載力試驗(yàn)，試樁數(shù)量均為2根，試樁結(jié)果均與工程設(shè)計(jì)要求相符，可開(kāi)展大面積施工。

4.3 施工流程

施工機(jī)具就位、調(diào)試好后，將噴漿攪拌下沉至設(shè)計(jì)深度，將攪拌機(jī)提升至孔口。施工過(guò)程中由中間向外圍進(jìn)行，或由一邊向另外一邊施工，采用四攪二噴工藝，合理控制鉆頭下沉速度及提升速度，以保證加固深度范圍內(nèi)土體任何一點(diǎn)均能夠被攪拌至少20次以上，攪拌施工時(shí)停漿面要高于樁頂設(shè)計(jì)高程50 cm。

在開(kāi)挖基礎(chǔ)或邊坡時(shí)，針對(duì)施工質(zhì)量較差的樁段，或者樁頂以上的土層，均采用人工挖除。施工過(guò)程中，攪拌樁樁機(jī)地底盤(pán)要保持水平，導(dǎo)向架則保持豎直，樁位偏差不得超過(guò)樁徑的20%，攪拌樁的垂直度偏差嚴(yán)格控制在1%以內(nèi)。施工過(guò)程中如預(yù)制好的漿液因故擱置時(shí)間大于1 h，則視為廢漿處理不得再次使用；施工過(guò)程中前后臺(tái)要密切配合，避免斷漿。如因不可避免因素影響發(fā)生斷漿，而需將攪拌機(jī)下沉1 m后再恢復(fù)壓漿，然后再進(jìn)行注漿攪拌，以保證施工的連續(xù)性。本項(xiàng)目軟土地基的含水量較高，因此，施工過(guò)程中采用高速自動(dòng)化制漿系統(tǒng)進(jìn)行施工，以保證漿液穩(wěn)定的重度及均勻性，最大程度上減少人工制漿過(guò)程中攪拌不均勻的問(wèn)題，保證施工質(zhì)量。

4.4 路基沉降監(jiān)測(cè)

上述環(huán)節(jié)施工完畢后需要針對(duì)軟土地基進(jìn)行路基沉降監(jiān)測(cè)分析，以監(jiān)測(cè)軟土路基的穩(wěn)定性，合理控制填土速率；推算施工后的沉降量，確定準(zhǔn)確的路面鋪筑時(shí)間；全面了解新負(fù)荷作用下軟土地基的附加應(yīng)力變化情況。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地基承載力檢驗(yàn)、沉降板沉降觀測(cè)等，根據(jù)測(cè)試結(jié)果繪制荷載與沉降量曲線，分析沉降量與時(shí)間的曲線關(guān)系。對(duì)軟土路基的承載力進(jìn)行分析，利用沉降板監(jiān)測(cè)路基沉降，控制加載速率。分析監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，本工程軟土地基經(jīng)過(guò)處理后地基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求，處理后的路基沉降符合施工圖設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，使得人們對(duì)于道路橋梁工程質(zhì)量的要求越來(lái)越高。軟土地基是影響道路橋梁工程質(zhì)量的重要因素，因此，要加強(qiáng)軟土地基的治理，避免發(fā)生不均勻沉降問(wèn)題，保證道路橋梁工程質(zhì)量。多種因素均會(huì)導(dǎo)致軟土地基發(fā)生不均勻沉降，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、施工不合理、地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等，實(shí)際工程中，要做好施工前期的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，仔細(xì)勘察地質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)合工程實(shí)際條件選擇合適的軟土地基處理技術(shù)。施工過(guò)程中加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督，積極預(yù)防軟土地基發(fā)生不均勻沉降。