高速公路橋梁地基處理技術(shù)研究

宋振華

(山西平陽(yáng)路橋有限公司，山西臨汾 041000)

因?yàn)楦咚俟返臉蛄菏┕ろ?xiàng)目比較復(fù)雜、涉及方面廣、施工周期長(zhǎng)，這就使得橋梁施工的難度相應(yīng)增加，也要求地基處理高質(zhì)量的完成。高速公路橋梁施工過(guò)程中，地基處理施工質(zhì)量的好壞，一方面對(duì)工程項(xiàng)目施工質(zhì)量以及施工單位的投資效益有影響，另一方面也對(duì)高速公路橋梁的安全性、耐久性、行車舒適性有著重要影響，所以加強(qiáng)對(duì)橋梁地基處理的控制就十分有必要。文章分析了橋梁地基處理的目的以及處理過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，并詳細(xì)探討了常用的橋梁地基處理技術(shù)，從而為高速公路橋梁地基處理工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 高速公路橋梁地基處理概述

1.1 地基處理的目的

高速公路橋梁施工過(guò)程中，對(duì)于施工場(chǎng)地位于特殊地質(zhì)條件下，尤其是軟土地基，要對(duì)地基進(jìn)行加固處理。橋梁地基處理的目的一方面是提升地基的承載能力。通過(guò)對(duì)橋梁地基的處理，使地基滿足上部橋梁荷載以及后期施工、行車荷載的要求，不至于出現(xiàn)地基失穩(wěn)情況。另一方面要控制地基的沉降。主要是控制地基的工后沉降滿足規(guī)范的要求，不能出現(xiàn)過(guò)大的沉降導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)上部變形不協(xié)調(diào)，從而影響橋梁的使用質(zhì)量。

1.2 地基處理中常見(jiàn)的問(wèn)題

地基處理過(guò)程中常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題是設(shè)計(jì)方案與施工現(xiàn)場(chǎng)情況的出入。這主要是因?yàn)楦咚俟窐蛄旱氖┕がF(xiàn)場(chǎng)相對(duì)比較復(fù)雜，如果在前期對(duì)施工場(chǎng)地勘察過(guò)程中，沒(méi)有參照規(guī)范對(duì)施工場(chǎng)地的水文地質(zhì)、氣候等進(jìn)行詳細(xì)勘察，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮不到位，選擇的施工方案不合理，這就使得后期施工過(guò)程中設(shè)計(jì)方案與施工現(xiàn)場(chǎng)有較大出入，對(duì)橋梁地基處理質(zhì)量造成影響，也會(huì)對(duì)后期的橋梁施工以及高速公路的施工帶來(lái)影響。

另外就是橋梁地基處理技術(shù)相對(duì)比較落后。因?yàn)楦咚俟窐蛄旱鼗幚韺?duì)施工技術(shù)有較高要求，但是我國(guó)的橋梁地基處理所采用的技術(shù)相對(duì)比較落后，使得橋梁的施工質(zhì)量以及工程進(jìn)度不能很好的保證。大部分工程項(xiàng)目采用傳統(tǒng)地基處理技術(shù)對(duì)橋梁地基進(jìn)行處理，施工人員主要是根據(jù)自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作，對(duì)技術(shù)的規(guī)范性、合理性要求不嚴(yán)格，這就給施工帶來(lái)很大的不確定性。而且橋梁施工企業(yè)缺乏資金支持，也使得地基處理技術(shù)的發(fā)展受到阻礙，給橋梁地基處理帶來(lái)一定難度。

2 高速公路橋梁地基處理技術(shù)

2.1 換填法

這種地基處理方法是針對(duì)高速公路橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)地基不符合施工要求，且需處理土層厚度不大的情況，在處理過(guò)程中以機(jī)械設(shè)備為主并輔以人工施工，主要將不符合要求的土層清除，然后用承載能力好、土體性質(zhì)優(yōu)良的土換填，并經(jīng)過(guò)壓實(shí)處理。處理后的地基能夠滿足橋梁基礎(chǔ)的承載要求，且地基的穩(wěn)定性得到提升。這種方法要求處理的橋梁地基深度小于3 m，因?yàn)樯疃热绻^(guò)大，需要換填的工作量大，經(jīng)濟(jì)性較差。所用的換填材料為二灰土或者碎石等，這些材料自身穩(wěn)定性好、承載能力強(qiáng)，且基本不影響周圍土體。在橋梁地基處理時(shí)，要有切實(shí)可行的施工方案，確定合理的換填深度、寬度，并注意對(duì)換填層四周的邊坡處理。這種方法的施工操作簡(jiǎn)單，其控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于后期對(duì)填土的壓實(shí)，要控制換填后土層的壓實(shí)度以及工后沉降滿足規(guī)定要求。

2.2 排水固結(jié)法

根據(jù)定義來(lái)看，這種方法就是要通過(guò)排水降低橋梁地基中的含水量，從而加速地基的固結(jié)沉降，來(lái)實(shí)現(xiàn)地基的穩(wěn)定性。具體來(lái)說(shuō)，施工過(guò)程中通過(guò)一些排水通道的設(shè)置，并施加一定的荷載在橋梁地基上，從而實(shí)現(xiàn)地基的快速排水固結(jié)，這樣能夠在提升地基密實(shí)度的同時(shí)，提升地基的承載能力、降低地基的工后沉降。這種方法對(duì)于橋梁地基所處位置的土體是粘土或者淤泥質(zhì)土體時(shí)適用性較好，可以利用真空預(yù)壓或者砂井預(yù)壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1)真空預(yù)壓法。真空預(yù)壓法施工中借助真空泵的負(fù)壓抽出地基土體中空氣以及水分，進(jìn)而增加土體的密實(shí)度，相應(yīng)降低了土體的含水量，橋梁地基的穩(wěn)定性、承載能力提高。在高速公路橋梁位于水量豐富的河流位置時(shí)，地基處理可以考慮這種方法，但是該法耗費(fèi)資金較多，施工工期也比較長(zhǎng)，大約為180 d。

但是，這種方法主要是用到了負(fù)壓的作用，不用進(jìn)行填料堆載，節(jié)省了大量的物力、人力，整個(gè)處理的地基受力比較均勻，最終的沉降量也比較大。經(jīng)過(guò)處理后的橋梁地基，有較大的密實(shí)度，地基的整體穩(wěn)定性以及抗剪切能力得到較大提升。相對(duì)來(lái)說(shuō)這種處理技術(shù)比較先進(jìn)、對(duì)周期環(huán)境的影響幾乎可以忽略、施工質(zhì)量較好，同時(shí)也有較好的安全性。

2)砂井預(yù)壓法。相對(duì)于真空預(yù)壓法，砂井預(yù)壓法在處理橋梁地基中的應(yīng)用比較廣泛。該法主要是將袋裝砂井通過(guò)機(jī)械設(shè)備打入到處理地基中，利用砂袋的良好排水性來(lái)形成一個(gè)人工排水通道，并且在地基上部進(jìn)行砂墊層的鋪設(shè)，使其與砂井共同作用形成一個(gè)整體排水體系，并通過(guò)堆載預(yù)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)快速排出地基中水分的目的，從而達(dá)到地基排水固結(jié)的目標(biāo)。

該法對(duì)砂袋質(zhì)量要求較高，不僅其耐久性較好，而且其滲透性也要符合要求，一般其直徑選擇為10 cm左右，布設(shè)過(guò)程中砂井按照等邊三角形方式來(lái)實(shí)施，相鄰的砂井間距為1 m～1.5 m左右。并且砂井的整個(gè)布設(shè)范圍要比所需處理地基范圍略大3 m～5 m。整個(gè)施工工期約為180 d～360 d，其中砂井的布設(shè)時(shí)間較短，而堆載預(yù)壓時(shí)間占整個(gè)處理過(guò)程的大部分時(shí)間。

這種方法在處理高速公路橋梁地基中的應(yīng)用十分廣泛，其施工工藝也相對(duì)成熟，整個(gè)操作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)處理能較好的控制地基的沉降量。但是其不足之處就是堆載需要大量的土體，整個(gè)施工周期比較長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)于處理過(guò)程中的監(jiān)控要求嚴(yán)格，實(shí)時(shí)觀測(cè)處理地基的變形、強(qiáng)度情況，防止施工中地基出現(xiàn)失穩(wěn)。

2.3 復(fù)合式地基法

復(fù)合地基法指的是在橋梁地基中設(shè)置一些承載能力強(qiáng)、強(qiáng)度大的構(gòu)造物，通過(guò)構(gòu)造物與地基土體共同組成的復(fù)合式地基來(lái)承擔(dān)橋梁的荷載，從而實(shí)現(xiàn)橋梁地基承載能力的提升。水泥粉煤灰碎石樁(CFG)、水泥攪拌樁以及碎石樁是常用的復(fù)合地基形式。

1)水泥攪拌樁。水泥攪拌樁對(duì)橋梁地基的處理是將水泥或者水泥砂漿攪拌到要處理的地基土體中，通過(guò)水泥的固化來(lái)使其與土體顆粒共同作用形成一個(gè)強(qiáng)度高、整體性強(qiáng)、水穩(wěn)定性優(yōu)良的復(fù)合式地基，提升橋梁地基的承載能力。該法可以對(duì)10 m～15 m的地基進(jìn)行處理，對(duì)于高含水量、低強(qiáng)度以及低滲透性的土體比較適用，也要考慮周圍結(jié)構(gòu)物對(duì)橋梁地基的影響。其施工現(xiàn)場(chǎng)圖見(jiàn)圖1。這種方法有60 d～90 d的施工周期，對(duì)于那些工期比較緊的橋梁工程項(xiàng)目，可以輔助堆載預(yù)壓來(lái)加快施工周期。相對(duì)來(lái)說(shuō)，水泥攪拌樁法在處理橋梁地基過(guò)程中對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周圍影響不大，同時(shí)也能充分利用原有土體，但是施工耗費(fèi)資金較多，對(duì)于施工質(zhì)量的控制也較困難。

2)CFG樁。這種處理技術(shù)跟水泥攪拌樁的區(qū)別在于用二灰、碎石以及石屑等替代了水泥或者水泥漿，施工過(guò)程中主要控制不同原材料間的配比。主要適用于橋梁地基的土體是粉粘土、砂土的情況，其可以處置15 m～25 m的地基，如圖2所示，其樁體布設(shè)一般按照正方形或者等邊三角形布設(shè)。該法處理地基的工期不長(zhǎng)，所形成的樁體強(qiáng)度較高、承載能力大，而且與周圍土體形成的復(fù)合樁整體性較好，控制施工質(zhì)量也比較容易，缺點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性差。

圖1 水泥攪拌樁施工現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 CFG成樁效果圖

3 結(jié)語(yǔ)

高速公路橋梁修建過(guò)程中一般位于特殊地質(zhì)區(qū)域，其地基的處理對(duì)整個(gè)橋梁施工質(zhì)量有著重要影響。文章提出一些地基處理的技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用能較好的改善橋梁地基的穩(wěn)定性、承載能力，但是，施工過(guò)程中，工程人員應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的地基處理技術(shù)，從而保證橋梁地基處理能夠取得較好的效果。

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