道路橋梁過渡段軟土地基加固沉降對比分析

摘要：道路橋梁工程施工中，過渡段地基處理一直是施工處理難點。若過渡段地基處理不當，道路運營中會出現較為顯著的橋頭跳車問題，不僅影響行車舒適性和安全性，存在較為顯著的安全事故隱患，還會對道路使用壽命造成影響。以某工程項目為例，在明確過渡段軟土地基病害類型及處理要求基礎上，分析兩種不同加固方案沉降情況，說明CFG樁加固處理技術應用要點。

關鍵詞：道路橋梁；過渡段；軟土地基；加固處理；沉降分析

0" "引言

道路橋梁過渡段施工過程中，軟土地基處理不善，過渡段壓實度不足，一直是工程施工技術應用的難點。以某工程項目為例，在明確過渡段軟土地基病害類型及處理要求基礎上，分析兩種不同加固方案沉降情況，說明CFG樁加固處理技術應用要點。試驗結果證明，CFG樁能有效減少地基塑性區域，可將沉降量控制在設計要求范圍內，地基承載力得到明顯提升。

1" "過渡段軟土地基病害類型及處理要求

1.1" " 道路橋梁過渡段軟土地基病害類型

軟土地基是道路橋梁過渡段較為常見的地質類型，在工程設計和施工過程中，常會由于設計合理性不足、過渡段沉降不均勻以及加固處理不到位，導致其出現不同形式的病害。基于現場施工總結和相關研究顯示，軟土地基病害類型主要有如下幾種形式：

一是路基失穩現象。由于軟土地基抗剪強度差，在路基填方高或荷載過重時，軟土層會形成滑動面。如在路堤兩側出現位移，則容易引發側變形而產生擠出效應，對路基穩定性產生影響。二是不均勻沉降現象。此類病害產生原因，主要在于路基不同部位承受荷載差異。在中間部位長期大荷載作用下，沉降較為顯著。而兩側位置荷載較小，沉降量較小。同時，軟土層厚度也對沉降量有所影響[1]。三是橋頭路基病害。此類病害多數存在于軟土層厚度較大的項目中。在承載力不足時，路基出現失穩會將作用力施加于橋臺位置，從而橋臺出現滑移或傾覆現象。出現不均勻沉降則會造成明顯的橋頭跳車現象，對行車安全產生影響。

1.2" " 道路橋梁過渡段軟土地基處理要求

當前道路橋梁工程施工規范中，雖然已經明確過渡段軟土地基處理基本要求，但是由于不同工程項目設計要求和實際運行情況存在較大差異，在具體施工中，仍需要結合工程施工實際，明確軟土地基處理基本要求。

軟土地基處理需滿足如下要求：一是沉降值控制。在加固處理后，沉降值必須控制在安全規范要求范圍內，避免出現沉降量過大或沉降不均勻現象。二是承載力控制。在加固處理后，地基承載力必須要能夠控制在安全規范要求范圍內，避免地基處理不到位而存在安全隱患。三是選擇合理的加固處理技術。當前軟土地基處理技術類型較為復雜，不同技術適應條件有所差異，所能夠達到的處理效果也有所不同，在加固處理時，必須根據地勘資料和現場情況，選擇最為合適的加固技術。四是合理控制加固處理成本。通常情形下，工程變更后的加固處理方案都較為復雜，施工所需投入的材料與人力資源明顯增加，因此在選擇加固處理方案時，可以借助軟件對加固效果進行模擬，在確保加固質量前提下選擇最為優化的處理方案[2]。五是要做好施工現場管理，軟土地基現場條件較為復雜，安全隱患多，在加固處理中，應當隨時做好現場監測，避免由于操作不當而出現安全事故，對工程管理成效產生影響。

2" "過渡段軟土地基加固沉降對比分析

2.1" " 工程概況

某高速公路工程設計方案中，左右兩幅長度均為105.08m。地質勘查資料顯示，路橋過渡段區域地層結構主要以可塑至軟塑狀黏土層為主，間雜有強風化夾炭質板巖和中風化夾炭質板巖。前期設計中，在橋臺臺背5m位置設置抗滑樁，需要在施工前進行深基坑開挖。開挖至2m深度位置，出水量明顯增加，周圍坍孔現象較為嚴重，繼續施工存在較大安全隱患，需進行施工方案變更。

各參與單位在重新進行現場分析后，將施工方案變更為CFG樁加固方案，樁長保持22m不變，樁心距由5.3m調整為1.8m和3.6m方案。為對比變更方案加固效果，采用模擬分析法，對工程施工技術進行對比。

2.2" " 數值模擬分析

2.2.1" "抗滑樁加固

抗滑樁加固是原設計方案中，為有效限制橋臺后路基填方堆載對黏土層作用而采取的措施，在橋臺臺背5m處，設置3根以排狀布置的抗滑樁，單根抗滑樁平面尺寸為2.4m×2.4m。基于抗滑樁布置，能夠有效避免黏土層發生沉降現象，避免橋梁樁基受損。對抗滑樁加固沉降效果進行分析，采用FLC3D軟件建模。

先依據地勘資料構建地質模型，分別布置黏土層、強風化夾炭質板巖層、中風化夾炭質板巖層，將橋臺簡化為長寬高成比例對應的立方體。模型整體劃分單元數為753250個，節點數為133654個，模型邊界采用位移約束條件，側面為法向位移約束，底面為3個方向約束，頂面為自由面。數值模擬先是進行一次重力作用下初始平衡計算，步數設置為3000步，通過計算獲取模型初始應力及位移值，然后將位移清零[3]。之后計算路徑土填筑后位移，步數設置為10000步，平均力比值保持基本平衡狀態。

基于模擬數值分析結果可以看出，在橋臺與抗滑樁之間，抗滑樁能夠起到良好作用，土體沉降較小。但在抗滑樁至填方區域之間的土體，在路基填筑作業后，出現較為顯著的沉降現象，沉降數據達到8～13cm之間。抗滑樁周圍土體應力值相對較小，而未加固地基土體位置，應力則有明顯增加。結合實際分析認為，在抗滑樁作用下，周邊土體被加固擠密，土體應力重新分布，在樁體周圍產生“土拱效應”，使得周圍土體難以出現流動變形現象。距離樁體較遠的軟土地基，“土拱效應”作用明顯減弱，沉降現象更為顯著。基于本項目施工相關監測數據顯示，在距離樁體5～10m范圍內，加固效應逐漸減弱直至消失。

2.2.2" "CFG樁加固

CFG樁加固是以碎石、石屑、砂、粉煤灰、水泥、水等為原材料，在機械施工作用下制成的低強度混凝土樁，其在軟土地基處理中得到了較為廣泛應用。本項目施工中，為有效控制路基填筑后沉降過大而造成路基損毀，擬在橋臺臺后30～40m位置布設CFG樁。整體布置為梅花狀分布，以橋臺為中心，20m范圍內樁心間距設定為1.8m×1.8m，其余位置則設定為3.6m×3.6m。模型構建與上文相同，計算步驟也相同。

基于模型分析結果可以看出，較為密集的加固處理區域，沉降量在1～2cm之間。較為稀疏的加固處理區域，沉降量為3～5cm之間。而沒有加固的區域，沉降量則為11～15cm之間[4]。同時，加固區域進行小部分出現塑性現象，而未加固區域塑性區則廣泛分布。

由此可以看出，采用CFG樁對過渡段軟土地基進行加固處理，能夠有效提升黏土地基承載力，減少土體塑性區域。在模擬計算過程中，對地基表面進行位移監測，基于監測結果可以看出：加固區域范圍內，豎向變形小；采用CFG樁加固，能夠較好的約束土體側向及斜向運動，有效控制土體變形現象。

2.2.3" "地表沉降對比

基于兩種加固方案中地表沉降量的模擬可以看出，抗滑樁加固方案對軟土地基處理效果僅限制在周圍1m以內，能夠有效防止路基滑動破壞現象，避免對橋梁樁基產生剪切破壞。但超出1m范圍外后，加固效果明顯喪失。采用CFG樁加固處理后，地基沉降量明顯降低，土體塑性區域范圍明顯縮小，能夠有效控制道路橋梁在運營階段出現沉降不均勻現象，有效避免由此帶來的路面受損、橋頭跳車等問題。

2.3" " 加固方案

2.3.1" "加固施工流程

為確保工程施工質量得以有效控制，消除道路交通運行安全隱患，經過加固沉降控制效果對比分析后，決定對過渡段軟土地基采用CFG加固方案處理。在橋臺周邊30～40m不等范圍內布設CFG樁，數量為1500根。CFG樁施工完成后，在頂部位置鋪設0.6m厚碎石墊層及土工格柵，有效提升加固效果。

CFG樁施工流程如下所述：前期做好材料進場和施工準備，在材料進場后，先依照標準要求檢驗，確保檢驗合格后，才能夠進入拌合流程。拌合作業完成后，對樁體進行標準試件養護并進行試樁試驗，在確保試樁合格后，做好現場測量放樣，確定準確施工位置。在鉆機調整到位后，鉆進至設計標高位置，完成提鉆和樁頭處理[5]。進行樁基檢測和墊層施工，完成所有施工流程。

2.3.2" "CFG樁試驗監測

CFG樁在施工完成后，需要依照養護工作要求進行處理，確保樁體性能達到最優化狀態。在養護結束后，進行單樁豎向抗壓靜載試驗。在實際過程中，測量樁頂沉降值并將其與加固模擬數據相對比。監測結果顯示，實際沉降值與模擬沉降值差異在控制范圍內，加固施工效果較好，能夠滿足后續工程施工要求。

3" "CFG樁加固處理技術應用要點

3.1" " 合理確定加固范圍

加固處理范圍不僅對過渡段軟土地基處理成效有直接影響。為確保軟土地基處理達到最優化水平，在施工過程中必須要合理確定加固范圍。加固范圍確定首先要準確計算過渡段長度，依據國家標準計算過渡段最小長度、施工完成后的最大差異沉降及沉降差異率。之后根據現場勘察地質條件，確定加固范圍，以確保現場條件能夠滿足工程施工要求。加固范圍確定后，應當根據范圍內地質條件進行建模分析，明確不同加固方案成效差異，并為施工方案設計提供參考。

3.2" " 做好施工方案設計

施工方案設計是加固處理的基本依據。由于多數加固處理項目都是屬于工程變更形式，因此其方案內容必須要與原有方案之間有明顯技術差異，以確保加固成效達到最優化水平。在進行施工方案設計時，可以先采用PLC3D或PLAXIS軟件進行模擬，分析所采用的技術手段能夠達到的處理效果。只有在處理效果達到項目設計規范要求時，才能夠進行現場施工準備。

本工程案例中，加固區域分為兩個部分。樁長與原有數據相同，但樁芯密度明顯增加，樁體數量大幅增加，所需要的施工機械和人力資源數量也大幅增加[6]。因此在施工方案設計中，除要明確相應的加固施工數據要求外，還應當要求施工單位合理做好施工組織，優化施工體系，盡量將工程變更對施工進度、施工成本的影響降至最低水平。

3.3" " 做好材料處理

CFG樁地基加固處理技術的應用對樁體制作材料有明確要求，材料處理應當關注如下方面要點：要確保粗集料的粒徑滿足規范要求，在采用泵送混合料方式時，粒徑應當控制在19mm以下；采用振動沉管法作業時，粒徑則應當控制在63mm以下。石屑、粉煤灰等材料同樣應當滿足粗集料孔隙填充要求，水泥材料宜選用42.5級普通硅酸鹽型號，特殊情形下則應當根據實際情況調整。在進行墊層及土工格柵處理時，同樣應當遵循施工標準，合理確定與CFG樁之間的距離，確保夯實度、極限抗拉強度等參數達到設計要求。

3.4" " 強化施工隊伍建設

道路橋梁過渡段軟土地基的加固處理，對施工人員專業素養有較高要求，因此在施工組織過程中，必須要強化施工隊伍建設，提升技術應用水平。施工組織開始前，應當做好隊伍建設，選用施工經驗豐富、專業技能水平高的人員參與到施工組織中來。

在施工組織過程中，要全面強化施工人員質量意識和安全意識，通過組織講座、小組競賽等形式提升技術應用能力，確保加固效果充分呈現，全面提升施工質量。在施工管理制度中，應當構建完善的獎懲機制，提升施工人員責任意識，嚴格依照規范和施工設計要求做好各項工作，確保施工質量控制到位。在施工組織過程中，應當做好施工質量監督檢查，針對常見病害類型做好技術優化，為后續質量控制奠定良好基礎。

4" "結語

若過渡段地基處理不當，道路運營中會出現較為顯著的橋頭跳車問題，不僅影響行車舒適性和安全性，存在較為顯著的安全事故隱患，還會對道路使用壽命造成影響。以某工程項目為例，在明確過渡段軟土地基病害類型及處理要求基礎上，分析兩種不同加固方案沉降情況，說明CFG樁加固處理技術應用要點。

采用CFG樁加固模式，能夠將橋臺周邊區域的沉降量控制在1～2cm之間，稍遠區域的沉降量可控制在3～5cm之間，同時能夠有效控制加固區域內塑性占比。通過加固處理后，能夠有效控制整體沉降現象，并且不會對地基土體產生破壞，不會出現滑動破壞，因此采用CFG樁加固方式，能夠較好的解決過渡段軟土地基問題。CFG樁加固施工時，要求施工管理層面合理確定加固范圍、做好施工設計、做好材料質量檢測，強化施工隊伍建設，以此確保工程施工質量得以有效控制，施工效果充分呈現，為工程建設有序推進奠定良好基礎。

參考文獻

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[3] 宮艷.橋梁過渡段路基路面施工技術管理措施研究[J].運輸經理世界，2021（28）：131-133.

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