道路橋梁施工中軟弱地基的處理方法

唐甜甜、云飛、韓祥波

（微山縣交通運(yùn)輸局，山東 濟(jì)寧 277600）

0 引言

相比于其他類型的地基，軟弱地基的土壤含水量更高，荷載能力很差。一旦超過其承載負(fù)荷，軟弱地基就會(huì)出現(xiàn)地基滑移、地基固結(jié)沉降等問題，可能引發(fā)工程安全事故，影響道路橋梁的使用安全。因此，在道路橋梁建設(shè)過程中，必須采取必要的技術(shù)手段對軟弱地基進(jìn)行加固處理，提升道路橋梁施工質(zhì)量。

1 軟弱地基概述

軟弱地基是指由淤泥、淤泥質(zhì)土壤、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層組成的地基。

其中，淤泥、淤泥質(zhì)土壤是軟土的主要類型，這種土質(zhì)是在緩慢流水或靜水區(qū)域經(jīng)過生物、化學(xué)作用沉積形成的，多分布于中國東南沿海地區(qū)，如上海、廣州、廈門等地。這種土質(zhì)具有壓縮性高、觸變性強(qiáng)、流變性較強(qiáng)等特性。如果荷載過高，會(huì)導(dǎo)致地基沉降變形較大、沉降時(shí)間較長。

沖填土是水力沖填泥沙沉積形成的，是我國沿海一帶常見的人工填土之一。這類土質(zhì)具有含水量大、壓縮性強(qiáng)、強(qiáng)度弱等特性。雜填土則是指含有大量工業(yè)廢料、生活、建筑垃圾等雜物的填土，這種土質(zhì)多分布在老城區(qū)或工礦較為密集的區(qū)域。這種土質(zhì)具有厚度變化大、均勻性差、承載能力弱等特性，不適宜作為地基持力層，需要經(jīng)過處理才能作為建筑地基。

在我國公路行業(yè)規(guī)范中，并沒有確定軟弱地基的具體定義，因此認(rèn)為軟弱地基不能僅按土質(zhì)性質(zhì)來定義，應(yīng)結(jié)合所處區(qū)域的實(shí)際土質(zhì)結(jié)構(gòu)、種類、規(guī)模等因素確定是否需要按照軟弱地基處理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。

2 軟弱地基的危害

軟弱地基是一種特殊的地基，其特點(diǎn)表現(xiàn)為含水量大、滲透性差、強(qiáng)度低等。如果對地基處理不當(dāng)，會(huì)造成道路橋梁承載能力不足，如出現(xiàn)道路橋梁出現(xiàn)橋梁下沉、路面裂縫等問題，從而影響整個(gè)道路橋梁工程的使用壽命。

軟弱地基的危害主要體現(xiàn)在以下兩方面：第一，經(jīng)過雨水長期浸泡，水分滲透進(jìn)入地基深層，使得土體自身重量增加，在車輛行駛或其他環(huán)境變化下會(huì)導(dǎo)致地基出現(xiàn)沉降危險(xiǎn)，影響交通運(yùn)輸?shù)陌踩浴５鼗霈F(xiàn)不規(guī)則沉降時(shí)，還會(huì)引發(fā)路面開裂、地基翻漿等危害，常常表現(xiàn)為道路橋梁路面凹陷、積水或者顛簸等問題。第二，當(dāng)軟弱地基作為道路橋梁地基時(shí)，由于軟土的特性，道路的抗剪度極低，難以承受路面或橋梁的荷載力度。在車輛運(yùn)輸過程中，路基強(qiáng)度降低，流動(dòng)性增加，嚴(yán)重情況下會(huì)出現(xiàn)局部或整體地基剪切破壞問題，以及道路橋梁坍塌危險(xiǎn)[1]。

總之，軟弱地基對道路橋梁建設(shè)極為不利，必須予以重視，加大處理力度，進(jìn)而保證道路橋梁的安全性和穩(wěn)定性。

3 道路橋梁施工中軟弱地基處理的重要性及目標(biāo)

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，交通運(yùn)輸事業(yè)取得了矚目的成就。同時(shí)，現(xiàn)代生活節(jié)奏加快，民眾的出行需求量增多，交通運(yùn)輸量不斷加大，重型車輛的增多，對交通設(shè)施的質(zhì)量提出了更高的要求，給道路橋梁施工帶來了較大的壓力。由于道路橋梁的質(zhì)量和安全直接影響交通事業(yè)的發(fā)展，軟弱地基是關(guān)系道路橋梁安全的重要因素，因此解決軟弱地基問題是道路橋梁建設(shè)中的當(dāng)務(wù)之急。

處理軟弱地基，要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：一是改善土體的剪切特性，以有效提高土體強(qiáng)度；二是降低土壤的壓縮性，確保能將沉降量控制在一定范圍內(nèi)；三是降低或消除土壤沉陷性和漲縮性的影響，預(yù)防地基變形，失去穩(wěn)定性。此外，可以通過改善地基的振動(dòng)性，提高地基的抗震能力[2]。

總之，在道路橋梁施工過程中，需要通過人工干預(yù)的方式提升軟弱地基的承載力，預(yù)防道路橋梁使用過程中出現(xiàn)變形或沉降等問題，以保障軟弱地基的穩(wěn)定性和安全性，促進(jìn)交通運(yùn)輸事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

4 道路橋梁施工中軟弱地基處理方法

4.1 換填土處理法

若是道路橋梁地基無法承載一定程度的荷載、保持穩(wěn)定性，可以采用換填土處理法加固軟弱地基。需要注意的是，此方法的適用范圍廣泛，如暗塘、暗溝、濕陷性黃土地基等，但更適用于軟弱土層較薄的情況，如果軟弱土層較厚，則不建議采用此種方法。

施工方可以根據(jù)實(shí)際情況和項(xiàng)目要求對軟弱土層進(jìn)行采挖換填，選擇強(qiáng)度較大、穩(wěn)定性較強(qiáng)的材料來替換原來的軟弱土質(zhì)?？蛇x用的原料包括砂石、高爐干渣、粉煤灰等。換填后，需對材料進(jìn)行強(qiáng)夯壓實(shí)，提高地基的密度，從而提高地基的承載能力，加快軟弱地基的固結(jié)速度，減少沉降風(fēng)險(xiǎn)，確保后期道路橋梁施工安全，如圖1 所示。

圖1 換填土處理法圖

這種方法的原理是基于土層的附加應(yīng)力分布規(guī)律，降低軟弱土層的承受應(yīng)力，增加土壤墊層及以上土層的荷載應(yīng)力。在這一過程中，需要明確土層中應(yīng)力的實(shí)際數(shù)據(jù)信息，以確保施工方案合理，提高地基的穩(wěn)定性。

4.2 管樁加固法

管樁加固法主要分為以下三種類型：

第一，碎石樁加固法。碎石樁加固法是一種通過振動(dòng)、沖擊等多種方式對軟弱地基進(jìn)行打孔，把固結(jié)性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)的砂石、碎石等材料填充到地基內(nèi)進(jìn)行擠壓的方法，能夠形成直徑大、密實(shí)度好的樁體，進(jìn)而形成穩(wěn)定的砂石樁。砂石樁和原地基內(nèi)的軟土經(jīng)過處理，會(huì)形成較為密實(shí)的地基，作為地基持力層，進(jìn)而提高地基的承載能力，降低地基變形問題的發(fā)生率。這種方法適用于密實(shí)度較低的粉土、雜填土、黏性土等軟弱地基[3]。該方法的缺點(diǎn)是技術(shù)要求高、投入成本較大，但隨著科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展，這種方法的應(yīng)用率和應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。

第二，鋼筋混凝土管樁法。鋼筋混凝土管樁法是現(xiàn)階段我國加固軟弱地基的新興方法。該方法主要利用薄壁管樁機(jī)和薄壁筒樁鉆機(jī)等專用機(jī)械，現(xiàn)場澆筑混凝土管樁，使管樁和土體有機(jī)結(jié)合，增加管樁和土體的摩阻力，從而形成較強(qiáng)的抗荷載力，能顯著增強(qiáng)軟弱地基承載力。該方法具有經(jīng)濟(jì)性能高、耐久性強(qiáng)、荷載能力大等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于各種軟弱地基的加固處理，可推進(jìn)道路橋梁工程建設(shè)。

第三，夯實(shí)水泥土樁法。夯實(shí)水泥土樁法是在北京等地舊城區(qū)危改工程中開發(fā)的地基處理新方法。該方法主要是利用各種機(jī)械成孔方法在土中成孔，在軟弱地基中填入混合料并夯實(shí)，形成水泥土樁體，從而提高地基的強(qiáng)度和抗變形能力，達(dá)到鞏固地基的效果。該方法施工操作簡便、周期短、成本低，適用于舊城區(qū)工程處理。目前已在河北、山西等地的諸多工程中發(fā)揮了重要作用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 密實(shí)加固法

4.3.1 動(dòng)力固結(jié)法

動(dòng)力固結(jié)法又稱強(qiáng)夯法，其主要原理是使用8～30t 的重錘，使之保持8～20m 的高空落距，產(chǎn)生巨大的沖擊力量，反復(fù)多次地對地基進(jìn)行強(qiáng)夯沖擊，從而改變土層中的顆粒結(jié)構(gòu)，提高地基土體的密度，降低壓縮性能，最大程度地提高地基強(qiáng)度。對于飽和性黏土地基，這種方法也很適用。通過調(diào)整動(dòng)力固結(jié)置換方式，利用外部夯打力，將強(qiáng)度高的材料強(qiáng)力打入地基內(nèi)部，從而形成碎石墩，并與原有地基組合成復(fù)合地基，提高地基承載力，減少地基沉降量[4]。該方法適用于處理砂土、素填土、黏性土等地基類型，且施工操作簡單，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較好的加固效果，因此被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域。

4.3.2 排水?dāng)D壓加固法

排水?dāng)D壓加固法是通過專用機(jī)械在軟弱土層中安裝塑料排水板，對地基進(jìn)行吸水、排水。在機(jī)械預(yù)壓負(fù)荷的作用下，軟弱土壤中的水分被引導(dǎo)順著塑料排水板滲入砂墊層，這樣能夠有效降低軟土中的水分含量，實(shí)現(xiàn)加固作用，從而提高軟弱地基承載力。該方法通常適用于含水量高的江河湖海、沼澤地等環(huán)境的軟弱地基處理。該方法具有成本低、效果好、施工簡便等優(yōu)勢，是一種新型技術(shù)，在道路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛。

4.3.3 地基深層加固法

深層密實(shí)加固法主要是通過擠壓、振動(dòng)、爆破等方式對軟弱土地深層進(jìn)行加密固結(jié)。這種方法和淺層加固法存在很多相似之處，但也存在一定的差異，如兩者使用的機(jī)械設(shè)備不同，技術(shù)要求也不同。此外，深層密實(shí)加固法的應(yīng)用范圍更廣，適用于多種軟弱地基，如雜填土、素填土、黏土等。

4.3.4 高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法主要是利用高壓噴射設(shè)備將粉煤灰、水泥等固結(jié)性和強(qiáng)度好的材料擠壓到軟弱地基深層，并進(jìn)行注漿，從而提高地基強(qiáng)度。該方法與動(dòng)力固結(jié)法有一定的相似性，但原理和所用設(shè)備不同。高壓噴射注漿法適用于含水量相對較大的軟弱地基處理，如粉土、淤泥等軟弱土質(zhì)。但該方法受到諸多因素的制約，目前所能處理的最大深度為30m。

4.3.5 水泥土攪拌法

水泥土攪拌法主要是以水泥為固化劑，通過水泥深層攪拌機(jī)及其配套設(shè)備等在地基深處就地將軟土和固化劑進(jìn)行強(qiáng)制攪拌。這種方法能夠降低軟土中的含水量，并使軟土和固化劑之間產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，從而使軟土固結(jié)成具有一定硬度的地基。隨后，形成的固體地基會(huì)與天然地基形成復(fù)合型地基，從而提高地基的承載力。深層土固化法適用于淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土等軟弱地基的處理。

4.4 加筋處理法

加筋處理法主要是將土工合成材料、鋼條、鋼帶、鋼筋混凝土串等材料鋪設(shè)到人工填土的路堤或圍擋內(nèi)，或者將土釘、樹根樁等抗拉材料打入邊坡內(nèi)，原理是通過土體和筋體的摩擦，將土體的抗應(yīng)力轉(zhuǎn)移到筋體上，筋體承載拉力，使筋體和土體都能較好地發(fā)揮自身的承載能力。通過加筋土工法處理地基，可以使人工合成的土體具有更強(qiáng)的抗壓、抗拉、抗剪性能，進(jìn)而較大程度地提高地基的承載力，增加其穩(wěn)定性。

4.5 孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁法

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁法是一種新型的地基處理技術(shù)，是在強(qiáng)夯技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。采用該方法，需要通過高功率、超壓強(qiáng)特異重錘或鉆機(jī)等特殊機(jī)械沖孔，達(dá)到與引孔相匹配的預(yù)定深度，最后形成填料樁體[5]。再自下而上填充材料，填料之后利用重錘進(jìn)行強(qiáng)夯，也可以邊填料邊強(qiáng)夯，從而增大樁間的密度，最后形成密實(shí)的樁體，和樁間土共同組成復(fù)合地基，提高地基的承載能力。

該技術(shù)結(jié)合化學(xué)凝固和動(dòng)力固結(jié)原理。具體來說，孔內(nèi)填充的材料在重錘的作用下，被瞬間劈裂、壓碎、壓實(shí)，進(jìn)行二次排列組合。同時(shí)，這些材料中具有活性膠結(jié)性質(zhì)的成分，在重錘的作用下會(huì)釋放出膠性物質(zhì)，與其他材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到凝固的狀態(tài)。隨著時(shí)間的推移，這種固結(jié)強(qiáng)度會(huì)越來越高。

該項(xiàng)技術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，能夠利用多種無機(jī)固體廢料進(jìn)行地基加固處理。例如，可以使用建筑工程中的廢料進(jìn)行填充，這樣不僅能起到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用，還能大大節(jié)省施工成本，變廢為寶。此外，經(jīng)過這種技術(shù)處理的軟弱地基具有地震不液化、遇水不塌陷、承載力高、壓縮變形小等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)適用范圍廣泛，可用于濕陷性黃土、膨脹土、軟弱土、采空區(qū)、古井、防空洞、硬夾層軟硬不均等各種復(fù)雜疑難地基的施工。此外，該技術(shù)自動(dòng)化、機(jī)械化水平較高，施工簡單快捷。該技術(shù)已經(jīng)在我國華北、東北、華南及西北等地的國家大型工程項(xiàng)目和高層小區(qū)建筑中得到普遍應(yīng)用，均達(dá)到或超過了施工標(biāo)準(zhǔn)和要求。

5 橋涵通道處軟弱地基處理方法

在道路橋梁工程中，路堤和橋頭接合的地方沉降性較大，車輛通道處還會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)“切線拋出”現(xiàn)象，這會(huì)對車輛及民眾的出行安全造成影響。為了解決這些問題，可以采取如下措施：

第一，在涵洞、通道處進(jìn)行填筑施工，在橋臺背面使用滲水性能好的砂礫材料進(jìn)行施工。第二，采用超載預(yù)壓方法進(jìn)行施工，在橋頭兩邊也采用預(yù)壓方法，加快地基固結(jié)速度，減少橋梁使用后沉降量過大的風(fēng)險(xiǎn)。第三，對于路堤過高、軟土層過厚等位置，可以采用橋梁跨越的方式進(jìn)行施工。第四，在橋臺路堤處理方面，可以使用粉噴、砂樁等方法對地基進(jìn)行加固，提高軟基固結(jié)速度，提高荷載能力。第五，在橋梁通道或涵洞內(nèi)，可以采用鋼筋混凝土箱體結(jié)構(gòu)，該方法具有成本低、便捷等優(yōu)勢。

6 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁建設(shè)是社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分，不僅能保證交通運(yùn)輸?shù)恼ｉ_展，也有利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。在道路橋梁施工過程中，軟弱地基具有較大的危害性，也是現(xiàn)階段我國道路橋梁建設(shè)面臨的常見問題。因此，必須重視軟弱地基處理工作，采用合理的技術(shù)手段和方法加固軟弱地基，創(chuàng)新軟弱地基處理技術(shù)，能有效提高道路橋梁工程質(zhì)量，從而確保道路橋梁的使用安全。