軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的應用分析

譚波兒

（江西交投咨詢集團有限公司，江西 南昌330006）

0 引言

軟土一般指土壤內(nèi)部含水量較大、壓縮性較高、承載能力較低的土地類型，且在可塑性方面呈現(xiàn)出較強的黏性。這類土地類型主要存在于我國的東部沿海及南方地區(qū)，這些區(qū)域?qū)儆谄皆貐^(qū)，常年遭受雨水沖擊，且森林覆蓋面積較少，水分子直接滲透進土壤深層，進而形成軟土。在施工前的準備階段，工作人員應當做好調(diào)查工作，盡量規(guī)避軟土地段，但在實際施工期間，還是會存在區(qū)域性軟土無法避免的情況，所以需要對其進行技術(shù)性處理。處理主要的目的為降低軟土地土壤內(nèi)的空隙間距、降低壓縮性、增強抗剪強度、提高固結(jié)系數(shù)、縮減固結(jié)時間、增加抗擾動性、減少透水性等。通過對軟土地進行以上方面的優(yōu)化，可以使軟土與施工要求相匹配，從而避免施工過程中及公路橋梁后續(xù)應用過程中可能會產(chǎn)生的各種問題。

1 軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中應用的現(xiàn)狀

近年來，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度越來越快，建設(shè)規(guī)模越來越大，很多地區(qū)在公路橋梁施工過程中不可避免地會遇到軟土，如果不對軟土地基進行合理處理，不僅會影響公路橋梁的順利施工，還會縮減公路橋梁的使用壽命，威脅行車安全。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在世界范圍內(nèi)因?qū)浲恋鼗幚聿划斔l(fā)的工程事故的比例非常大，且存在大規(guī)模人員傷亡案例。對此，對軟土地基處理技術(shù)進行研究與應用分析，成為現(xiàn)階段路橋施工設(shè)計人員的一個重點研究方向。在實際的公路橋梁施工過程中對軟土地基進行處理，需要根據(jù)實際情況進行針對性地選擇處理技術(shù)。目前，常用的軟土地基處理方法有換填墊層法、拋石擠淤法、強夯技術(shù)、化學加固法、真空預壓法、砂石樁處理法。通過對以上六種軟土地基處理技術(shù)的合理應用，可以實現(xiàn)地基的穩(wěn)固、長久使用，滿足公路橋梁施工對地基的要求。

2 軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的具體應用

2.1 換填墊層法

若施工建設(shè)區(qū)域存在大片不均勻軟弱地基，為保證建筑地基結(jié)構(gòu)的強度與抗?jié)B透能力，施工人員可使用高強度、低壓縮性的建筑材料對原有的地基土層進行置換，在形成緩沖區(qū)的基礎(chǔ)上，實施強夯作業(yè)。為進一步提高軟土地基的承載能力，施工團隊應采取逐層鋪設(shè)、逐層夯實的作業(yè)方式，質(zhì)檢手段也要針對換填材料的不同而合理調(diào)整。換填墊層方法主要是對整個軟土地基層的土壤進行替換，在實際應用中成本較高，但效果最為顯著。由于部分區(qū)域的土壤嚴重疏松，想要有效提升公路橋梁地基的硬度，最直接、有效的方式就是對目標軟土基層的土壤進行更換。換填墊層法主要適用于軟土區(qū)域面積較小、厚度較低的情況。如果軟土的整體面積較大，就不適宜使用換填墊層法，若是強行使用不僅無法保證處理效果，還會增加工程地基處理的支出費用，會降低工程的整體經(jīng)濟效益；如果軟土的厚度在0～2m的范圍，便可以對整體進行換填。換填墊層的操作過程比較簡單，選擇符合公路橋梁施工要求的土壤，將軟土全部挖出進行替換即可。在路堤高度處于極限高度的兩倍時，軟土層一般非常薄，此時進行其他土壤類型的換填工作十分困難，因此可選擇在軟土層內(nèi)添加鋼筋、硬質(zhì)板等材料，進而提高軟土的硬度。換填墊層施工應盡量避開雨季，因為雨水會侵蝕及沖刷已經(jīng)填埋的土壤，使軟土地基處理效果大打折扣。若無法避開雨季，可以選擇砂礫墊層，并在填土與基底之間設(shè)置一層排水面，使雨水能在地基土縫隙中被快速排出，提高土壤的固結(jié)速度，如此整個地基的承載能力會得到大幅度提升。并且，設(shè)置排水層可以避免公路橋梁在使用過程中產(chǎn)生自然沉降，能夠延長公路橋梁的使用壽命，提高其安全性。特別需要注意的是，在換填墊層施工中，應控制填土墊層的速度，避免施工速度不當導致填土墊層中的土壤密度不均勻。此外，在砂礫墊層材料的選擇上，應注意選擇顆粒直徑在5mm以內(nèi)、含泥量在5%以內(nèi)的潔凈粗砂，這樣能有效避免墊層出現(xiàn)軟土化的趨勢，進而保證處理后的土體固結(jié)系數(shù)。

2.2 拋石擠淤法

當軟土地基層處于沼澤或水下時，則不適宜采取換填墊層法，會使施工變得十分困難，且會大大增加工程預算。針對此種情況，若是軟土層厚度在4m以下，軟土層表面沒有硬殼且含水量超過液限，可以通過路堤的自重將軟土擠壓排出。如果遇到排水較為困難的情況，可以使用拋石擠淤的方法。拋石擠淤法的主要原理是通過軟土地基失穩(wěn)來實現(xiàn)對目標軟土層的置換，從而使公路橋梁的地基直接接觸正常土壤，提升整個地基的承載力及穩(wěn)定性。拋石擠淤法最主要的特點是，無需抽取軟土上的水源、不需要清理淤泥，施工速度非?？烨夜こ淘靸r較低，但拋石擠淤法也存在處理過后的地基承載力下降快，自然沉降系數(shù)較大的情況，主要是因為對目標軟土層進行置換之后，周圍的環(huán)境仍然會對公路橋梁的地基產(chǎn)生侵蝕作用，從而產(chǎn)生新的軟土層。因此，在應用拋石擠淤法的過程中不僅要對地基進行加固，避免周圍環(huán)境影響其強度，還應在軟土層的中部進行拋石作業(yè)，逐漸向兩邊延伸，逐漸擠出淤泥，該操作方式能對淤泥進行較為徹底的置換，從而提升整個路基的強度。拋石擠淤的施工流程為：施工準備，確定目標區(qū)域位置與大小；準備石料；拋石；平整作業(yè)；石塊表面碾壓作業(yè)；檢測軟土層的置換質(zhì)量；反濾層施工。

2.3 強夯技術(shù)

強夯技術(shù)主要是通過相應的機械設(shè)備實現(xiàn)對整個軟土層的猛烈沖擊，從而使軟土層的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化，改變軟土層的強度、密度、收縮縫隙等。但在實際應用強夯技術(shù)的過程中，對使用條件有一定的要求，只有軟土的含水量在38%以下才能使用，否則強行使用強夯法并不能有效改變軟土的物理結(jié)構(gòu)，這就要求施工單位在強夯法使用之前對軟土層的含水量及氣體情況等進行全面的檢測。施工單位在明確掌握了軟土層地質(zhì)的數(shù)據(jù)信息后，應針對性地采取必要的基礎(chǔ)強化手段，改變區(qū)域原有地質(zhì)土層的結(jié)構(gòu)，提高其整體的穩(wěn)定性與承載能力?，F(xiàn)階段，強夯法是軟土層施工作業(yè)中最為常見的工程手段，實施過程十分簡便，夯實效果良好，且成本投入較少，適用范圍較廣。應用強夯法的過程中，施工單位需要結(jié)合實際的工程要求及具體的巖土勘察資料完善設(shè)計與規(guī)劃。開展強夯作業(yè)時，施工單位需做好對強夯作業(yè)各項相關(guān)參數(shù)的試驗與設(shè)計，并實時關(guān)注施工區(qū)域土層的變化情況，對已完成強夯作業(yè)的區(qū)域進行檢測，避免強夯施工作業(yè)存在遺漏與失誤。強夯技術(shù)實際施工流程見圖1。

圖1 強夯技術(shù)施工流程

期間要注意，切忌一開始就使用重型車輛進行碾壓，逐步提升重量才可以將蘊含在土壤中的水分及氣體充分排出。經(jīng)檢測，土壤中的水分及氣體含量降低之至5%以下時，可停止碾壓工作。

2.4 化學加固法

化學加固法的類型主要有：粉噴樁、旋噴樁、注漿、硅化法等。采用化學加固法處理軟土地基時，應針對目標軟土層選擇硅酸鈉溶液，主要原則是選擇濃度適宜、黏性較小的類型，使其能夠快速滲入軟土空隙，硅酸鈉溶液與黏土相互凝結(jié)，軟土在其中主要起到黏結(jié)劑的作用。此舉能有效提高軟土的硬度，填充軟土土壤內(nèi)部的空隙，進而改變軟土層的性質(zhì)。化學加固的原理為：將濃度10%～15%的硅酸鈉溶液與濃度為2.5%的氯化鈉混合，形成混合溶液，溶液中的鈉離子會與軟土中水溶液鹽類中的鈣離子產(chǎn)生互換的化學反應，即在軟土顆粒表面形成硅酸凝膠薄膜，從而有效促進軟土顆粒之間的連接，并填充顆粒之間的空隙，使軟土層經(jīng)過處理之后能夠形成良好的抗水性及穩(wěn)定性，降低目標軟土層的滲水性能，消除濕陷，提升其整體承載能力。該方法主要適用于地下深度不超過3.9m的軟土層，如果軟土層的深度過大，溶液就無法有效滲透，加固效果也會大打折扣。相較于其他軟土地基處理方法，化學加固法的應用不是十分廣泛，主要是因為化學元素或多或少會對土壤造成不同程度的破壞。因此，在進行軟土地基處理時，施工團隊需要綜合考量多方面因素，慎重決定是否適合采用化學加固法。

2.5 預壓處理法

現(xiàn)階段，我國建筑工程在實施過程中不僅要考慮地質(zhì)因素的影響，更要對施工區(qū)域原有的地下埋管及其他地下基礎(chǔ)工程進行具體的勘察與分析，尤其是城市內(nèi)部的建設(shè)項目，很多施工區(qū)域無法使用強夯法進行作業(yè)。因此，為提高軟土地基處理效果，很多施工單位采用預壓處理技術(shù)來強化軟土地基結(jié)構(gòu)。預壓處理技術(shù)有多種類型，以真空預壓模式為例，其借助真空壓差減壓，對施工區(qū)域地層進行強化，將地層中原有的水體排出，該模式的整體作業(yè)投入成本較低，處理效率很高，且工藝技術(shù)可控性強。該方法主要是在目標軟土層中設(shè)置豎向排水通道，然后在軟土層表面鋪設(shè)砂墊層，在初期使用不透氣的薄膜進行覆蓋。借助抽氣機使薄膜下形成真空狀態(tài)，且真空所形成的負壓會沿著豎向排水通道向下方傳遞，土體與豎向排水通道之間的不等壓狀態(tài)又會使負壓向土體中傳遞，在負壓的作用之下，軟土顆粒縫隙之間的水會逐漸滲透到豎向排水通道，從而達到排水固結(jié)、強度土體增強的效果。真空預壓法具有施工安全、工期短、費用低、對環(huán)境影響較小的特點，且能有效改變軟土地基的性質(zhì)，有效保護原有地基的完整性，從而被廣泛應用在公路、橋梁、機場、工業(yè)及民用建筑的施工中。使用真空預壓對軟土層進行加固的過程中，可能會產(chǎn)生垂直沉降及側(cè)面的水平位移。因此，在實際應用之前應通過全面的測量及分析，明確預壓處理技術(shù)的應用是否會對周圍已有建筑、公路、橋梁等形成影響。真空預壓施工流程見圖2。

圖2 真空預壓施工流程

2.6 砂石樁處理法

砂石樁處理法也是一種較為成熟的軟土地基處理手段。采用砂石樁處理法，借助專業(yè)的機械設(shè)備與砂石材料，可將地基土體壓實，從而提高土層的整體承載能力。簡單而言，砂石樁處理技術(shù)以提高土層密度為主要目標，可快速完成對松散砂土、絲質(zhì)土以及填土區(qū)的處理，可削減原有土層的壓縮能力與孔隙比。施工單位采取砂石樁處理技術(shù)時，應注意對建設(shè)區(qū)域周邊環(huán)境與建筑物的具體分析，一旦發(fā)現(xiàn)隱患應及時進行調(diào)整施工方案，針對地質(zhì)情況的具體變化采取相應的補償手段，從而保證工程建設(shè)質(zhì)量與效率。水泥粉煤灰碎石樁形成的復合地基可大幅度提高軟土地層的承載能力，大大降低鋼材與水泥材料的消耗，能有效控制工程造價。應用水泥粉煤灰碎石樁進行軟土地基處理要做好前期的試驗工作，檢查樁體質(zhì)量，若樁體自身存在質(zhì)量問題，則難以起到預期的工程效果。

3 結(jié)語

綜上所述，在軟土地基處理過程中，應根據(jù)軟土層的實際情況及公路橋梁的建設(shè)要求，采取適宜的軟土地基處理技術(shù)，如此才能達到有效的處理效果，進而保證公路橋梁施工的順利，保證公路橋梁的使用安全性以及壽命，為公眾的出行提供安全保障。