公路橋梁施工中軟土地基施工的處理技術

朱詠梅

（山東省單縣湖西路橋建筑有限公司，山東 菏澤 274300）

0 引言

軟土地基是公路橋梁工程施工中常見的一種地基形式，具有壓縮小、承載力小、含水量大、透水性差等特點，難以滿足公路橋梁施工的要求，需要進行科學有效的處理。不同地質條件，不同橋梁工程使用的軟土地基施工處理技術也不相同，這就需要結合工程特點，和所在區域的地質水文條件，采取有針對性的處理技術。但目前我國很多公路橋梁工程在施工中，并沒有高度重視這一點，致使公路橋梁投入使用不久，就出現了不均勻沉降、結構裂縫、結構變形等質量問題，不但無法發揮出橋梁工程的作用，而且不利于保障車輛行駛的安全性。基于此，開展公路橋梁施工中軟土地基施工處理技術的分析研究就顯得尤為必要。

1 軟土地基施工處理的重難點

軟土地基的承壓能力比較差，一旦受到外部壓力，就會出現不同程度的變形，因此，在公路橋梁施工中經常會出現一系列問題，為工程施工帶來阻礙，軟土地基施工處理的重難點主要體現在幾個方面：

（1）含水量大，淤泥多。軟土地基的含水量普遍都比較大，通常在34%～72%，很多軟土地基中土層甚至處于流動水體的上面。在處理中，經常會出現比較多的淤泥，很多大型機械設備無法到達施工現場，影響施工進度。

（2）滲水能力差，固結速度慢。軟土地基含水量大，滲水能力差，這就導致軟土地基在進行加固處理中，在進行外部加水時，不會吸收更多的水，固結速度非常慢，影響公路橋梁地基的穩定性。此外，在軟土地基中還含有大量的有機質，容易引起通水管道堵塞，進一步降低排水的速度，隨著時間的增加，會出現大面積軟土，引起不均勻沉降。

（3）壓縮性大，容易發生塌陷問題。在軟土地基中含有大量水，在施工中需要通過壓力將水分排出，但在壓力的作用下，會導致軟土地基被快速壓縮。如果不采取有效的解決措施，會引起土層下陷或者是出現漏洞。

2 公路橋梁軟土地基處理中常用的技術

在科學技術飛速發展的大環境下，很多高新技術、高新設備被廣泛應用到軟土地基中，使得軟土地基處理技術愈發多樣化，就目前發展現狀而言，常用的軟土地基處理技術有以下幾種。

2.1 砂墊處理技術

砂墊處理技術是目前軟土地基處理中常用的技術，主要的做法為在軟土地基的頂部鋪設一層厚度在60～100cm 的砂墊層，以提升軟土地基表面的強度，并在底部形成排水系統。此種處理方法能夠有效提升地基的強度，彌補軟土地基抗剪強度不足的問題。其主要機理是通過物理力學性質比較好的巖土材料，如砂、碎石、素土等，來置換全部或者部分軟土地基。換填之后的地基就可以作為公路橋梁施工基礎的持力層，從而達到提升基礎承載力、穩定性、強度的效果。砂墊層處理技術，最顯著的優勢是能夠有效提升地基的總體承載力，減少地基的不均勻沉降值，并加速軟土地基中的排水速度，以免地基發生凍脹問題。具體的墊層厚度應為軟土地基自重力和附加應力的和，換填厚度要嚴格控制，通常在50～300cm，因為隨著換填厚度的增加，施工難度、施工成本也會提升。但如果太薄，又不能達到良好的換填效。砂墊層換填的底面寬度必須滿足軟土地基應力擴散的要求，因此，墊層頂面的寬度要比墊層底面的寬度略大一些。

2.2 粉體攪拌處理技術

利用特殊的設備將強化加固粉狀物料通過傳輸壓縮、強制拌和等方法，和軟土地基充分混合，讓加固粉狀物料和軟土地基進行一系列的物化反應，形成具有一定強度的復合樁基。或者是通過淤泥土、雜填土進行加固處理，此種方法可有效降低處理的成本，改善軟土地基處理效果。而且粉體攪拌軟土地基處理技術在應用中，用到的機械設備體積小、轉動靈活、操作方便，施工現場清潔，不但造成環境污染，既能有效改善軟土地基的性能，提升軟土地基的強度，而且綠色環保，非常契合現代化公路橋梁工程軟土地基處理的要求。此外，從粉體攪拌處理技術的原理上看，可直接從基礎中吸收一定數量的水，可有效避免側壓力過大問題，更好的保證軟土地基處理效果。

2.3 排水固結處理技術

排水固結處理技術也是目前軟土地基處理中常用的方法，按照施工材料的不同，可分為中砂排水固結處理和粗砂排水固結處理兩種。主要是用底部裝有嵌入式的鋼管樁靴伸入到土壤中，對軟土地基進行從上到下的分層壓實，邊壓實，邊拱起鋼管柱，直到鋼管柱中裝滿砂子為止，就能形成砂井。讓軟土地基中的水逐步匯流到砂井中，降低軟土地基含水量，提升密實度。在粘性土施工可采取打入木樁的方法，擠壓土層，打入到一定深度之后，將砂礫填入到洞中形成砂樁。由于在軟土地基中含有大量的水，對公路橋梁的穩定性會造成嚴重影響，輕則引起地基不均勻沉降和結構裂縫，重則會引起公路橋梁坍塌。因此，在公路橋梁軟土地基處理中排水固結處理技術是比較好的一種選擇。通常是通過設置豎向排水法的方法，用重力加載擠壓軟土之間的水分，從而達到提升軟土地基強度和粘度的目的。雖然此種方法能夠有效加固軟土地基，但在具體應用中，需要結合現場實際情況，合理布設排水管，以提升排水效率，但也要做好防護措施，以免沙子、碎石等進入到排水管道中，堵塞排水管道，影響軟土地基處理效果。

2.4 水泥固結處理技術

在公路橋梁軟土地基處理中，可通過砂子和水泥相互結合方法，形成硬地板，從而達到提升軟土地基強度、穩定性、承載力的目的。但在具體應用此項軟土地基技術時，需要通過多次實驗配比，合理確定水泥和砂子配比。由于水泥遇水之后會出現水化反應，釋放出熱量，增大內外溫度差，容易形成裂縫。因此，在采用水泥固定法軟土地基時，要盡量選擇地水化熱的水泥，如普通硅酸鹽水泥。砂子的顆粒不宜過大，小粒徑的砂粒堆積效果更好。水泥和砂子充分混合之后，再進行碾壓混凝土操作，具體的碾壓方法為先兩邊，后中間，并保證碾壓的連續性，最好能夠一次碾壓完成[1]。保證混凝土在碾壓中表面沒有任何損害。最后就是噴水操作，當碾壓混凝土完成后，需要在第二天進行噴水操作，噴水養護的時間不能低于7d，噴水要全面進行，以保證水泥和砂子能夠充分混合，以免發生開裂或者斷裂問題。

2.5 強夯處理技術

強夯處理技術也是公路橋梁軟土地基處理中常用的一種技術，主要機理是利用大型起重設備，將重錘起吊到一定高度，再松開掛鉤，讓重錘做自由落體運動，重錘接觸到軟土地基之后，其重力勢能會快速法轉換成動能，形成的沖擊比可促使軟土地基土地更加密實，并將水體擠壓出去，操作簡單，成本低，加固效果比較，應用范圍廣。在礫石土地基、粘性土地基、雜填土地基等軟土地基有良好的應用。

3 粉體攪拌處理技術的應用要點

3.1 工程概述

某公路橋梁工程，設計總里程為2.8km，由兩座大橋共同組成，樁基礎共計516 根，最深的樁基礎為36m，最淺的樁基為16m，絕大多數樁基的深度在20m 以上。本工程全標段內地質條件比較差，多位于軟土地基之上，軟土厚度在6～28m，液化類型的砂土深度超過10m，在樁基礎施工中穿越了復雜的地層，包括：軟弱土層、黏性土層、中細砂土層等。軟土地基處理深度大，范圍廣，且位于城市中，對軟土地基處理技術有很高的要求，經過分析談論和論證，采取了粉體攪拌處理技術，取得了良好效果[2]。

3.2 粉體攪拌處理技術的原理

粉體攪拌處理技術的主要原理是利用粉噴樁機把水泥干粉加入到軟土地基中，進行原位強制攪拌，水泥和軟土經過一系列復雜的物化反應，可形成強度高、整體好、強度大的復合樁基，是一種先進的深層攪拌樁施工技術。案例工程軟土地基的深度比較大，常規處理技術難以滿足要求，而粉體攪拌處理技術可促使混合樁體凝結并快速硬化，既能有效提升自身的強度，也可以穩定樁體周圍的土層，從而促使天然的軟土地基改變成優質的復合地基，從而提升公路橋梁地基的承載力。

3.3 施工參數設計

按照本工程的實際情況，粉噴樁設計樁徑應為50cm，樁間距控制在120cm 左右，可按照等邊三角形梅花樁排列，具體的布樁范圍為大于公路橋梁樁基施工范圍1.5m。粉噴樁的樁長采取動態設計，地質鉆探深度在4～8m，結合現場實際情況，選擇合適的樁長，直到鉆進到卵石層為止，成樁7d 后，用輕便式觸探器進行樁樣檢測，達到設計要求之后在進行大范圍施工[3]。所采取的設計參數為：每延米粉噴樁水泥用量為50kg，石膏用量為1k，控制水泥摻入比為15%，水泥土28d 無側限抗壓強度為0.8MPa，樁側壁摩擦阻力為10kPa，樁端地基承載力樁長8m 段為140kPa，6m段為220kPa，4m 段也是220kPa，經過粉噴樁處理之后軟土地基承載力不能小于80kPa。

3.4 施工前的準備工作

在應用粉體攪拌處理技術處理軟土地基之前，需要對施工場地進行全面有效地整平處理，并在軟土地基兩側合適的位置開挖臨時排水溝，降低地下水水位，及時排出滲水和雨水，清理原地面上的雜物、樹枝等。水泥要選擇水化熱比較低的普通硅酸鹽水泥，在正式使用前，需要對水泥的出廠合格證、編號等進行詳細檢查，并在實驗室中對水泥的性能、質量、指標等進行詳細檢驗，確認都達到設計要求之后，才能應用到粉噴樁施工中。

為保證施工質量，加快施工進度，案例工程在粉噴樁施工中，采取了GPD-5 型帶有計算機控制系統的粉噴樁機，可對粉噴樁施工的速度、深度、粉噴量等進行嚴格控制，保證粉噴樁施工質量能夠達到相關規范的要求。選擇好機械設備之后，還要結合軟土地基的實際情況，在實驗室進行配比試驗。本工程軟土地基處理中粉噴樁加固料，采取了P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，按照軟土地基的實際含水量和調整水泥用量。如果軟土地基含水量低于50%，水泥用量要控制在50kg/m 左右；如果含水量在50%～70%，水泥用量需要增加到55kg/m[4]；如果含水量超過70%，水泥用量需要提升到60～65kg/m。在確定軟土地基加固強度時，通常是以無限性抗壓強度來決定，試件養護28d 的無側限抗壓強度不能低于0.8MPa，90d 的無側限抗壓強度不能低于1.2MPa。

3.5 試樁

由于僅憑地質勘察無法全面掌握軟土地基的特點，這就需要通過試樁的方法來確定粉噴樁施工的參數和相關工藝。在試樁中粉噴樁施工根數不能少于5 根，以確定粉噴樁施工的鉆進速度、提升速度、攪拌速度、均勻度、氣體流量、空氣壓力等。并掌握在粉噴樁施工中可能遇到的難點和問題，提前制定有效的處理方法，以保證后期粉噴樁施工能夠連續不斷的進行。就案例工程而言，按照室內配合比的要求，粉噴樁試樁的需要達到以下要求。

（1）鉆進施工的速度不能超過1.5m/min，鉆頭提升的速度不應超過0.8m/min。

（2）水泥和軟土在進行強制攪拌中，攪拌速度要控制在30r/min 左右，鉆進和復攪拌以及提升時管道的壓力需要控制在0.1～0.2MPa，在具體噴灰施工中管道的壓力要控制在0.25～0.40MPa。

（3）確定好合適的技術處理措施，精確掌握水泥攪拌的均勻速度，下鉆和提升時的困難程度。

3.6 明確施工順序

雖然粉噴樁施工在軟土地基處理中具有良好的效果，但對施工過程以及施工質量的把控有嚴格要求，在案例工程施工，為最大限度上保軟土地基處理效果，對各道工序施工過程嚴格控制，取得了良好效果。

第一步，樁基定位。通過測量放線方法，確定每根粉噴樁的具體位置，并保證起吊設備的水平度，攪拌軸的垂直度等都能滿足設計要求[5]。

第二步，預攪拌下沉。啟動粉噴樁機，鉆頭邊旋轉，邊鉆進。在整個鉆進過程中要連續不斷的噴射壓縮空氣。如果鉆進下沉的速度過慢，可從輸漿系統中補充清水，以提升鉆進的速度。

第三步，將水泥倒入到粉體發送器上，再用計算機控制系統，對粉體進行定量輸出。

第四步，逐步緩慢提升粉噴樁，邊噴粉，邊旋轉。嚴格按照試樁確定的施工參數和工藝標準，合理控制提升的速度。提升結束的標志為鉆頭提升到距離地面30cm 的位置，發送器停止噴粉。

第五步，提升完成停止噴粉之后，對粉噴樁上部1/2 的位置，重復進行至少兩次攪拌，以保證粉噴樁的施工質量。

第六步，粉噴樁全部施工完成后，將附著在攪拌頭上的軟土全部清洗干凈，移動到下一根粉噴樁上，重復上述步驟。

3.7 注意事項

在公路橋梁軟土地基處理中應用粉噴樁施工技術，為保證各道工序的質量都能達到設計要求，就需要結合軟土地基的特點，以及粉噴樁施工技術的工藝和流程，對各道工序進行嚴格控制，才能發揮出粉噴樁施工技術的優勢，主要體現在以下幾個方面。

（1）控制粉噴樁施工中垂直度誤差不超過1%，樁位最大的偏移誤差不能超過5cm，粉噴樁樁徑誤差最大不能超過4%。

（2）為保證粉噴樁樁底端的施工質量，在具體施工中，當漿液達到出漿口之后，要持續噴漿30s 左右，以保證漿液能夠完全達到底端。當噴漿口的高度達到設計要求的樁頂標高之后，要立即停止繼續噴粉，但需要持續攪拌30s 以上，以保證粉噴樁樁頭的均勻性和密實度。

（3）粉噴樁施工開始要盡量連續進行，避免中途停止，并嚴格控制好起噴和停噴的高程。如果在粉噴樁施工中，因為設備故障或者停電引起的停噴，需要詳細記錄中斷的高程，等故障全部都恢復正常之后，立即開展復攪，復攪的重疊長度不能小于1m，如果故障中斷的時間超過12h，需要做斷樁處理。

（4）在粉噴樁頂部1/2 的位置，要至少重復攪拌兩次，高度必須大于5m，在進行鉆進提升中管道的壓力不能太大，以免發生淤泥向孔壁四周不斷擠壓，形成空洞的問題。在整個施工中，要采取低速擋，緩慢提升的方法，以促使土體和水泥漿液能夠充分拌和，提升狀體的均勻性。水泥需要按照試驗室配比確定的配合比嚴格控制，漿必須在噴漿中一次噴射完成。

3.8 質量檢測

粉噴樁處理軟土地基之后，為驗證處理效果，還需要對粉噴樁施工質量進行全面檢測，在具體施工中需要及時檢查施工記錄，對每根粉噴樁施工質量都進行評定，質量不達標的粉噴樁要用補強措施進行補救。粉噴樁成樁7d 內，用輕便式觸探器進行檢測，以掌握粉噴樁攪拌的均勻性，檢測深度不能低于1m，并按照觸探擊數用對比法判斷樁身的強度[6]。成樁28d 之后，在鉆頭取樣進行無側限抗壓強度試驗，每個施工場地，無側限抗壓強度檢測的樁數不能低于3 根，達到要求后再進行下一道工序施工。

4 結語

綜上所述，采取理論結合實踐的方法，分析了公路橋梁施工中軟土地基施工的處理技術，分析結果表明，軟土地基的特殊性，決定了軟土地基處理難度比較大，這就需要結合現場實際情況，采取有針對性的處理技術來保證軟土地基的處理效果。和其他軟土地基處理技術相比，粉噴樁施工技術可有效減少被加固土體的壓縮量，并合理調整橫斷面的差異沉降，控制不均勻沉降，更好的保證公路橋梁施工質量，值得在公路橋梁軟土地基處理中大范圍推廣和應用。