市政道路橋梁地基施工技術(shù)與質(zhì)量控制

孫愛敏

（青州市恒建市政工程有限公司，山東 青州 262500）

0 引言

地基施工是市政道路橋梁建設(shè)過程中一個重要環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量關(guān)系到市政道路橋梁的穩(wěn)定性與安全性，因此嚴(yán)格把控市政道路橋梁地基施工質(zhì)量具有重要意義。在市政道路橋梁建設(shè)中，常常遇到軟土地基，甚至遇到凍土，這種情況下地基施工難度較高，非常考驗(yàn)施工人員的技術(shù)水平，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的施工技術(shù)，并在施工過程中采用有效的手段控制施工質(zhì)量，以此確保市政道路橋梁建設(shè)質(zhì)量[1]。根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，市政道路橋梁地基施工完成后，地基的變形量不得超過地基高度的1%，如果沒有達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)，則很有可能會造成市政道路橋梁質(zhì)量問題。現(xiàn)有的施工技術(shù)工藝流程比較復(fù)雜，對施工機(jī)械設(shè)備以及施工人員具有一定的要求，實(shí)際施工成本比較高，施工速率比較慢，施工質(zhì)量難以滿足施工要求，經(jīng)過一段時間后，地基受到各種因素的影響，出現(xiàn)不同程度的下沉變形，且下沉量較大。因此，本文介紹常規(guī)施工技術(shù)基礎(chǔ)上的優(yōu)化技術(shù)，包括施工各個階段中嚴(yán)格的質(zhì)量控制方法，并對優(yōu)化技術(shù)在解決市政道路橋梁地基變形問題上的效果進(jìn)行分析。

1 地基土質(zhì)脆弱時市政道路橋梁地基施工優(yōu)化方案

針對市政道路橋梁地基土質(zhì)脆弱的情況，我們設(shè)計(jì)的方案是：采用人工與機(jī)械相結(jié)合的方法進(jìn)行挖方，挖方后對地基基坑表層壓實(shí)度進(jìn)行檢驗(yàn)，在基坑內(nèi)安置碎石樁，對市政道路橋梁地基基坑進(jìn)行支護(hù)施工，完成后使用全站儀檢查碎石樁是否與地表垂直，由碎石、石礫、石渣配制基坑填料，對基坑進(jìn)行回填，采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鋼筋對回填區(qū)與挖方區(qū)交界處進(jìn)行加筋處理，施工完成后對地基承載力進(jìn)行核算。

1.1 橋梁地基挖方施工要點(diǎn)

挖方是市政道路橋梁地基施工的第一道工序，此次采用人工與機(jī)械結(jié)合法對地基進(jìn)行挖方施工，其施工要點(diǎn)如下：

（1）挖方前對施工區(qū)域地表進(jìn)行清理，將表面的腐殖土、植被、垃圾清理干凈，為了方便后續(xù)施工，地基表面清理厚度不得小于20cm，同時也不能超出30cm。將清理后的地表區(qū)域劃分成多個區(qū)段，每個施工區(qū)段的長度與寬度約為20m 和5m，分段施工可以保證施工效率，同時也方便控制施工質(zhì)量。采用人工與機(jī)械相結(jié)合的方法進(jìn)行挖方，由人員將每個區(qū)段的邊緣和邊坡按照施工圖紙要求進(jìn)行挖取，機(jī)械難以把控地基邊緣的坡度，如果采用機(jī)械開挖，很容易使邊坡上方的巖土松動而滑落到地基內(nèi)部，因此對于地基邊緣采取人工挖取的方式[2]。地基邊緣處理完后選取型號為ISHFAH/6SF4 折臂式挖掘機(jī)對地基內(nèi)部進(jìn)行開挖，該挖掘機(jī)體積較小，機(jī)械臂可以自由伸縮，適合市政道路橋梁地基施工[3]。當(dāng)挖深達(dá)到1.5m 時，再對下一個施工段進(jìn)行開挖，當(dāng)所有區(qū)段挖深都達(dá)到1.5m時，重復(fù)上述步驟對下一個1.5m進(jìn)行開挖。采用分層開挖方式可以減小對地基周圍巖體結(jié)構(gòu)的影響，避免周圍土體結(jié)構(gòu)松垮。

（2）開挖過程中，要做好地基表層臨時排水措施，由于隨著地基挖方深度的增加，會接觸到地下水，如果不能將滲透到地基中的水有效排除，會影響到基坑質(zhì)量，因此在地基左右兩側(cè)設(shè)置臨時排水溝，將排水溝的另一端與地基周圍的河流連接，將基坑內(nèi)的水引到周邊河流中，減少對市政道路橋梁地基的影響。

（3）對挖取的基坑進(jìn)行晾曬處置，晾曬時間為2～3 d，再使用不小于15t 的壓路機(jī)對基坑表面進(jìn)行壓實(shí)。為了保證地基挖方質(zhì)量，當(dāng)完成挖方后對地基基坑表層壓實(shí)度進(jìn)行測量。《市政道路橋梁地基施工規(guī)范》JTG F80/1-2015 規(guī)定要求：市政道路橋梁地基基坑的壓實(shí)度不應(yīng)小于95%，如果測量到地基基坑壓實(shí)度沒有達(dá)到該要求，則需要使用壓路機(jī)對其進(jìn)行再次碾壓，直到達(dá)到要求為止。

1.2 安置碎石樁的施工要點(diǎn)

為了提高地基的承載力，加強(qiáng)地基強(qiáng)度，在挖好的基坑內(nèi)部內(nèi)置碎石樁，碎石樁的作用是起到基坑支護(hù)作用，保證地基的穩(wěn)定性，在施工前需要合理設(shè)計(jì)碎石樁各項(xiàng)參數(shù)，利用以下公式計(jì)算碎石樁的承載力：

式中：R——市政道路橋梁基坑碎石樁單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

μ——地基基坑內(nèi)碎石樁的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值；

F——基坑地表應(yīng)力值；

q——地基基坑內(nèi)碎石樁的平均摩擦力；

U——市政道路橋梁地基基坑長度；

l——市政道路橋梁地基基坑深度；

α——市政道路橋梁地基的承載力折減系數(shù)；

A——市政道路橋梁地基基坑面積；

e——市政道路橋梁地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值[4]。

根據(jù)碎石樁承載力確定碎石樁高度與截面面積，其計(jì)算公式為：

式中：H——碎石樁高度；

w——碎石樁置換率；

C——碎石樁截面面積；

m——碎石樁間距，通常情況下一級橋梁地基內(nèi)碎石樁的排布間距為1.2m，二級橋梁地基內(nèi)碎石樁的排布間距為1.8m，三、四級橋梁地基內(nèi)碎石樁的排布間距為2.5m；

n——碎石樁強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)[5]。

利用上述公式確定基坑內(nèi)安置的碎石樁參數(shù)。碎石樁的制作采用水泥+碎石+添加劑，級配碎石材料來源為地基挖取出的碎石廢料，篩選出路徑大于2.25cm的碎石，選取粉煤灰作為添加劑，將水泥、碎石、粉煤灰按照3：5：2 的比例加水調(diào)配成碎石砂漿，將其倒入到模具中，進(jìn)行晾曬風(fēng)干。

使用OJSD/A2F4 螺旋式鉆孔機(jī)在基坑內(nèi)進(jìn)行鉆孔，鉆孔的深度不得小于0.5m，鉆孔的直徑要比碎石樁寬度大0.25m。將事先制作好的碎石樁使用振動器將其壓入鉆孔內(nèi)，振動器速率要控制在0.5～1.5m 之間，振動速率過小會影響施工效率，振動速度過大會使鉆孔打造破壞，因此要嚴(yán)格控制振動器振動速率[6]。使用施工廢料將鉆孔內(nèi)的縫隙填滿并壓實(shí)，在施工過程中碎石樁要與基坑地表始終處于垂直狀態(tài)，如果出現(xiàn)傾斜，會影響到碎石樁的支撐效果。因此在上述施工完成后，使用全站儀對碎石樁進(jìn)行測量，檢查碎石樁是否與地表垂直，如果發(fā)現(xiàn)碎石樁不與地表垂直，需要將其拔出，重復(fù)上述步驟，對其進(jìn)行重新施工，直到安置的所有碎石樁都符合要求。

1.3 基坑回填質(zhì)量控制

安置完碎石樁后，對市政道路橋梁地基基坑進(jìn)行回填施工。回填材料由碎石、石礫、石渣組成，其中碎石粒徑要在15.5～18.5mm范圍內(nèi)，碎石的含泥量不能超過15%，石礫選用天然石礫，粒徑要在100～150mm范圍內(nèi)，含泥量不能超過5.5%，石渣的粒徑不能小于150mm，同時也不能超過170mm，石渣粒徑太大會提高橋梁地基縫隙率，因此要按照以上要求挑選基坑回填材料。地基回填的部分包括上路床、下路床、上路堤、下路堤，每個部分填料最小承載比與最大粒徑都有具體要求，如表1所示。

表1 地基填料最小強(qiáng)度最大粒徑要求

采用分層回填法對地基進(jìn)行回填施工，每回填0.5m，采用壓路機(jī)對回填料進(jìn)行壓實(shí)，最后一層回填高度要高于地基設(shè)計(jì)高度的0.25m。使用壓路機(jī)在地基表面進(jìn)行反復(fù)碾壓3次，每碾壓1次后使用水泵向地基表面進(jìn)行噴水，噴水的目的是減小地基填料的縫隙。待地基曬干后進(jìn)行二次碾壓，使用ADINH 力學(xué)測量儀對地基的承載比進(jìn)行測量，將測量結(jié)果與表1 中上路床承載比要求對比，如果沒有達(dá)到表1 中要求，再在地基表面回填一層厚度0.2m 的填料進(jìn)行壓實(shí)，直到達(dá)到表1 中要求為止[7]。在回填過程中對于挖方區(qū)與回填區(qū)的交界處進(jìn)行加筋處理，在該處埋設(shè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鋼筋網(wǎng)，由于挖方區(qū)與回填區(qū)的交界處比較脆弱，鋼筋網(wǎng)的作用是對該區(qū)域進(jìn)行加固，增加地基強(qiáng)度，提高地基的穩(wěn)定性，鋼筋網(wǎng)埋設(shè)層數(shù)為2～3 層，可以根據(jù)實(shí)際情況確定該區(qū)域鋼筋網(wǎng)埋設(shè)數(shù)量。待所有施工完成后，對地基承載力進(jìn)行核算，檢驗(yàn)其是否達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，以此確保市政道路橋梁地基施工質(zhì)量。

2 優(yōu)化方案的效果論證

將以上優(yōu)化方案用于某市政道路橋梁地基建設(shè)實(shí)踐。該地基長度為2654m，寬度為24.5m，高度為8.46m；地基土質(zhì)為軟土，是一個典型的軟土地基施工項(xiàng)目，地表下含有粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)砂土、含卵石黏土、含碎石黏土五層土層，其具體情況如表2所示。

表2 市政道路橋梁地基土層情況

該市政道路橋梁地基施工周期為126d，利用該優(yōu)化方案對其地基進(jìn)行施工，施工完成后將地基隨機(jī)分成八個區(qū)域，對每個區(qū)域進(jìn)行編號，并進(jìn)行各級加荷沉降測算。沉降計(jì)算方法采用多層土實(shí)際密度計(jì)算，沉降修正系數(shù)選取1.2，沉降計(jì)算的分層厚度選取0.25m；每6個月加荷一級，加載開始時使用SFAY水平儀測量地基高度為0.000m；試驗(yàn)共加載三級，每加載完成后再使用SFAY水平儀測量地基高度，使用電子表格記錄各個測區(qū)的沉降量。《市政道路橋梁地基施工質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2015）中規(guī)定，市政道路橋梁沉降變形最大值不得超過地基高度的1%。根據(jù)該施工項(xiàng)目地基情況，地基沉降變量不得超過0.846m，本文設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案根據(jù)實(shí)際測量得到數(shù)據(jù)，而常規(guī)施工技術(shù)通過Matlab 仿真軟件進(jìn)行模擬得到地基變形的相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對比分析兩種技術(shù)應(yīng)用后地基質(zhì)量，如表3所示。

表3 兩種技術(shù)應(yīng)用下市政道路橋梁地基變形對比（單位：m）

從表3中數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案，市政道路橋梁地基下沉變形最大值為0.013m，平均變形量為0.006m，符合《市政道路橋梁地基施工質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2015）規(guī)定要求；而應(yīng)用常規(guī)施工技術(shù)市政道橋梁地基下沉變形量較大，最大值為0.986m，平均值為0.897m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本文設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。結(jié)果證明，本文設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案具有良好的應(yīng)用效果，可以有效控制市政道路橋梁地基施工質(zhì)量，相比常規(guī)施工技術(shù)更適用于市政道路橋梁軟土地基施工。

3 結(jié)束語

綜上所述，市政道路橋梁地基土質(zhì)脆弱時，為避免地基出現(xiàn)下沉變形，可采用人工與機(jī)械相結(jié)合的方法進(jìn)行挖方，挖方后對地基基坑表層壓實(shí)度進(jìn)行檢驗(yàn)，在基坑內(nèi)安置碎石樁，對市政道路橋梁地基基坑進(jìn)行支護(hù)施工，完成后使用全站儀檢查碎石樁是否與地表垂直，由碎石、石礫、石渣配制基坑填料，對基坑進(jìn)行回填，采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鋼筋對回填區(qū)與挖方區(qū)交界處進(jìn)行加筋處理，施工完成后對地基承載力進(jìn)行核算。該技術(shù)方案實(shí)踐效果明顯，地基下沉變形量小于常規(guī)施工技術(shù)，可以有效保證市政道路橋梁路基施工質(zhì)量，解決地基下沉變形問題，有助于提高市政道路橋梁地基穩(wěn)定性和安全性。