橋梁施工軟弱地基的施工處理措施研究

陳國瑞

(河北路橋技術開發(fā)有限公司)

0 引 言

軟弱地基主要是由雜填土、沖填土、淤泥質土或者是高壓縮性土所構成的地基，由于軟弱地基的承載能力低、透水性較小以及壓縮性較高，如果直接在其上進行橋梁結構施工，很容易由于地基穩(wěn)定性與變形造成橋梁主體結構的破壞。因此，對于軟弱地基的橋梁工程結構施工，必須通過采取相應的處理措施，來改善土體性質尤其是壓縮性與透水性，進而提高橋梁基礎承載力，避免由于不均勻沉降造成橋梁主體結構的破壞，確保橋梁工程主體結構施工的順利進行。

1 橋梁軟弱地基的主要特征分析

(1)較高的孔隙比與天然含水量。軟弱地基的孔隙比以及天然含水量相對較高，一般情況下軟弱地基土體的天然孔隙比介于1 ～2 之間，天然含水量也相對較高，例如較常見的淤泥以及淤泥質土的含水量均超過50%以上。

(2)軟弱地基土體的壓縮性較高。軟弱地基土體的壓縮性較高，通常能達到0.5 ～1.05 MPa 左右，如果橋梁基礎直接建設在這些軟弱地基土體上，會造成橋梁主體結構嚴重的不均勻沉降，造成主體結構的開裂破壞。

(3)軟弱地基土體的透水性差。雖然一般軟弱地基土體的含水量均相對較高，但是軟弱地基土體的透水性卻非常差，一般滲透系數(shù)都在1(mm/d)以下，所以如果軟弱地基土體受到荷載作用后，由于孔隙水壓較高，仍然難以實現(xiàn)壓密固結。

(4)軟弱地基土體的抗剪強度非常低。軟弱地基土體的無側限抗剪強度一般在30 kN/m2以下，抗剪性能非常低，不排水剪切試驗條件下的內摩擦角接近為零，固結快剪試驗條件下的內摩擦角在5° ～15°左右。

(5)具有觸變性。軟弱地基土體大多呈絮凝狀的結構性沉積物，在原狀土狀態(tài)下如果不受破壞，則土體具有一定的結構強度，但是如果遭受擾動破壞，結構強度會迅速降低，甚至是喪失，軟弱地基的這一觸變性導致地基在承受荷載尤其是振動荷載以后，很容易出現(xiàn)側滑、沉降等問題。

(6)流變性。軟弱地基土體在荷載的持續(xù)作用下，變形會出現(xiàn)逐步增加的變化，造成這些軟土地基的長期強度遠遠小于瞬時強度。

2 軟弱地基處理的主要目的

對軟弱地基進行處理的主要目的就是通過各種物理或者是化學處理方法，改善軟弱地基土體的不良地質特性以及透水特性，降低土體的壓縮性，同時提高土體的抗剪強度，歸根結底就是實現(xiàn)軟弱地基土體穩(wěn)定性與承載能力的提升，因此軟弱地基施工處理需要重點解決以下幾方面的問題:

(1)解決橋梁基礎的強度與穩(wěn)定性問題。由于軟弱地基土體的抗剪強度較小，因此無法直接承受橋梁自重以及交通荷載，如果軟弱地基土體處理不當，強度不足、穩(wěn)定性較差會造成地基出現(xiàn)局部或者是整體的剪切破壞，進而出現(xiàn)橋臺破壞以及地基失穩(wěn)等問題發(fā)生。

(2)解決各種沉降變形問題。由于軟弱地基容易出現(xiàn)較大的沉降變形以及不均勻沉降變形，因此容易造成橋梁結構由于結構受力模式的變化出現(xiàn)開裂等問題，嚴重影響橋梁結構的通車安全。

(3)在外部交通荷載或者是地震波的作用下，軟弱地基土體很容易出現(xiàn)液化、失穩(wěn)以及震陷等問題，造成橋梁結構的破壞，提高軟弱地基土體的穩(wěn)定性也是施工處理的關鍵內容。

3 橋梁軟弱地基處理措施研究

(1)表層處理方法。軟弱地基的表層處理法主要是指砂墊層、表層排水法、土工聚合物以及化學添加劑處治等幾種處理技術。表層處理法主要適用于軟土層厚度相對較薄，而且具有較好排水條件的軟弱地基。其作用機理為加速軟弱地基的土體的排水固結，提高軟弱地基的承載能力，解決沉降過大或者是不均勻沉降等問題。

(2)強夯法。采用強夯法對軟弱地基進行處理主要是通過借助于強夯機械對地基巨大的沖擊力破壞土體結構，通過動力密實、動力固結以及動力置換等作用機理起到對軟弱地基周圍土體進行動力擠壓進而提高地基承載力。在橋梁工程軟弱地基處理施工中重點是確定強夯法的有效加固深度、夯錘和落距、夯擊點的布置與間距、夯擊擊數(shù)與夯擊遍數(shù)等施工技術參數(shù)。在強夯法施工作業(yè)過程中，如果軟弱地基區(qū)域的含水量較高，則應該在施工作業(yè)區(qū)域內設置完善的臨時排水設施。在強夯施工作業(yè)過程中應該針對橋梁地基土體強度以及地基承載力等參數(shù)指標進行必要的試驗檢測，確保對于軟弱地基處理能夠取得較好的效果。

(3)水泥攪拌樁處理。水泥攪拌樁在橋梁工程軟基處理，尤其是橋頭處理施工中得到了廣泛的應用，其作用機理為通過采用水泥作為固化劑，借助于深層攪拌機械將軟土與固化劑進行充分的強制攪拌，并利用固化劑與軟土之間的物理化學反應，形成整體性好、強度高以及水穩(wěn)定性能強的地基。對于水泥攪拌樁的施工，首先在施工作業(yè)前應該根據(jù)軟基土體的性質合理的選擇水泥的強度等級以及用量，做好配比設計。同時明確水泥攪拌樁的提升速度、復攪提升速度等一系列的施工技術參數(shù)。在水泥攪拌樁施工作業(yè)過程中應該重點針對水泥攪拌樁的垂直度、鉆機下鉆深度、水泥漿液的配比等施工作業(yè)內容進行及時進行質量檢測。在完成施工作業(yè)之后應該通過人工開挖驗樁、鉆孔取芯等技術手段對水泥攪拌樁的整體施工質量進行分析判斷，明確軟弱地基的實際處理效果如何。

(4)拋石擠淤。拋石擠淤主要適用于處理常年積水洼地、排水困難以及成流動狀態(tài)的軟弱地基，尤其是施工作業(yè)機械無法直接進入的區(qū)域，一般情況下處理厚度能夠達到3～4 m 左右。拋石擠淤的作用機理為強制換土，通過向軟弱地基中拋投粒徑較大的片石以及塊石，強制將地基范圍內的軟土擠出，進而提高地基承載能力，對于不排水抗剪強度小、封閉的泥沼區(qū)域的路基處理適應性很強。在拋石擠淤施工過程中首先應該確保拋填的塊石材料塊徑在30 cm 以上，同時合理的確定填石厚度，一般需要將拋填厚度控制在確保石塊擠入淤泥層內30 cm，對于拋石擠淤的碾壓一般應該選擇使用18 T 以上的重型壓路機振動碾壓壓路機，在拋填施工作業(yè)之后，應該對工后沉降以及水平位移進行觀測，這也是評價拋石擠淤工程施工處理效果的有效措施。

(5)CFG 樁。CFG 樁即水泥粉煤灰碎石樁，通過在碎石樁的基礎上增加石屑、粉煤灰以及少量水泥拌制而成的具有一定強度復合地基，由于能夠充分利用樁間土的承載力，同時具有碎石樁與水泥攪拌樁的雙重技術優(yōu)勢，因此在橋梁工程軟弱地基中的應用也較廣，對于雜填土、飽和及非飽和黏性土、粉土、砂性土及濕陷性黃土地基具有較好的處理效果。對于CFG 樁一般采用振動沉管法進行施工作業(yè)，施工過程中重點是在控制拔管速率、混合料的坍落度控制以及設置保護樁長等方面進行作業(yè)管理，以提高對軟弱地基的處理效果。

4 軟弱地基處理效果觀測及試驗分析

在對橋梁工程軟弱地基土體采取相應的方法進行處理過程中，應該重點對處理作業(yè)區(qū)域進行相應的觀測及試驗檢測分析，具體試驗檢測內容如下。

(1)沉降觀測。沉降觀測主要分為地表沉降與地基分層沉降兩項觀測內容，地表沉降主要是采用沉降板、水準儀等設備觀測地表的沉降速度并預測沉降趨勢，為采用堆載預壓等處理方案的軟弱地基工程明確加載速率以及預壓卸載時間等參數(shù)。地基分層沉降主要是采用導管、磁環(huán)、分層沉降儀等設備，確定橋梁地基種不同層位的具體沉降情況。

(2)水平位移的觀測。水平位移觀測主要分為地表水平位移觀測與地基深層水平位移觀測兩種形式。地表水平位移主要是采用水平位移樁、測距儀、經(jīng)緯儀以及鋼尺對地表的水平位移等情況進行觀測，重點評價地表的穩(wěn)定性。地基深層水平位移則主要是采用測斜管或者是測斜儀對地基深層土體的水平位移情況進行觀測，以便于對軟弱地基中土體的剪切破壞情況進行評價判斷。

(3)試驗檢測。試驗檢測項目主要由孔隙水壓力、土壓力、承載力、十字板抗剪強度等幾項試驗檢測內容。進行孔隙水壓力檢測的目的主要是為了分析軟弱地基中地基土層排水固結特性及其對地基強度以及穩(wěn)定性的影響。進行土壓力以及承載力試驗檢測主要是為了初步分析地基處理效果，并測定地基或者是樁基的承載力。進行十字板剪切強度試驗的目的則是為了通過地基土原為強度的實驗分析，明確軟弱地基的實際處理效果。

5 結 語

軟弱地基作為橋梁工程施工中較為常見的工程地質問題，對于橋梁工程主體結構的安全可靠影響較為嚴重。對于這些軟弱地基的橋梁主體結構施工，應該根據(jù)不同軟弱地基的類型及其分布情況，合理的選擇軟弱地基處理方案，以改善軟弱地基的土體力學性能，提高基礎的承載力，避免由于各種軟弱地基處理不徹底造成橋梁結構后期工程病害問題的發(fā)生。

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