軟土地基道路橋梁不均勻沉降防治策略分析

李志超

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團有限公司，石家莊 050000）

1 軟土地基的特性

軟土地基最大的危害在于其承載力無法滿足承載物件的要求，或者完工后易發(fā)生地基不穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致工程整體地基受到破壞，因此，要合理處理軟土地基，避免出現(xiàn)路基失穩(wěn)或者開裂等問題，以保證工程安全及質(zhì)量。相比普通地基，軟土地基體現(xiàn)出以下幾個特性。

首先，非線性與非彈性。線性變化是指在規(guī)定應(yīng)力限度范圍內(nèi)除掉鋼筋、混凝土應(yīng)力后地基能夠很快恢復(fù)到原本狀態(tài)。而在軟土地基區(qū)域作業(yè)即使在去除應(yīng)力后，也很難恢復(fù)到地基原本的狀態(tài)，這個過程就是地基發(fā)生了非彈性變化，體現(xiàn)出非線性特性[1]。由于軟土地基具有非線性與非彈性的特性，因此，對軟土區(qū)域的變形預(yù)測存在較大難度，無形中增加了施工的困難程度。

其次，各向異性。軟土結(jié)構(gòu)需要經(jīng)過多年的沉淀才能慢慢形成，由于形成過程中土壤堆積之前會覆蓋之前的土壤，且每層土層均有著不同的性質(zhì)，因此，軟土結(jié)構(gòu)具有明顯的分層特性，結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出顯著的各向異性。但處于同一層的土壤結(jié)構(gòu)形成時間大致相同，因此，沒有明顯區(qū)別[2]。

2 道路橋梁工程中軟土地基發(fā)生不均勻沉降的原因

具體而言，在道路橋梁工程中軟土地基發(fā)生不均勻沉降的主要原因包括以下幾個方面。

2.1 工程結(jié)構(gòu)本身不合理

道路橋梁工程設(shè)計階段會涉及多項內(nèi)容，包括地質(zhì)地理、環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)特點等，需要結(jié)合工程的實際情況進行綜合考慮，最終設(shè)計出更加科學(xué)、合理的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，從而保證后續(xù)施工過程中的安全性及工程質(zhì)量。但是很多道路橋梁工程在設(shè)計階段，設(shè)計師無法到工程現(xiàn)場進行詳細勘驗，甚至未充分掌握工程的長、寬、高等具體數(shù)據(jù)，導(dǎo)致道路橋梁工程結(jié)構(gòu)不合理，結(jié)構(gòu)受力不均勻，軟土地基處理方案不合理，最終出現(xiàn)地基不均勻沉降問題。此外，工程基礎(chǔ)設(shè)計剛性不足也會導(dǎo)致道路橋梁工程發(fā)生載荷不均勻的現(xiàn)象[3]。

2.2 地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確

上文提到道路橋梁工程設(shè)計環(huán)節(jié)需要參考多個方面的專業(yè)數(shù)據(jù)，才能保證設(shè)計方案的合理性，而地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)信息則會對設(shè)計方案的合理性產(chǎn)生直接影響。因此，工程設(shè)計前需要對工程施工區(qū)域的地質(zhì)條件進行詳細勘測，并將勘測結(jié)果作為后續(xù)工程施工的主要參考依據(jù)。然而在實際工程中地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不夠的問題十分常見。勘測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致設(shè)計方案不合理、施工組織不科學(xué)等一系列問題，最終引起軟土地基發(fā)生不均勻沉降[4]。

2.3 施工過程不合理

施工過程不合理同樣會導(dǎo)致道路橋梁工程軟土地基發(fā)生不均勻沉降，特別是工程本身載荷較大，施工過程的影響更加明顯。通常情況下，工序越靠后，導(dǎo)致路基發(fā)生不均勻沉降問題的概率越大，因此，施工過程中要合理控制施工過程，科學(xué)設(shè)計施工工序，最大程度上降低施工環(huán)節(jié)造成的地基發(fā)生不均勻沉降的概率。施工過程中尤其要注意一點，即臺背填料施工也會導(dǎo)致道路橋梁工程軟土地基發(fā)生不均勻沉降。具體施工過程中，諸多因素均會對臺背填料的施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，包括施工原料、施工環(huán)境、施工工序的變化等。如果施工單位為了降低工程成本而壓縮臺背填料用量，或者精簡施工工序，就會導(dǎo)致臺背真料壓實度不足的問題，最終引起軟土地基發(fā)生不均勻沉降[5]。

3 軟土地基道路橋梁不均勻沉降防治技術(shù)

針對軟土地基道路橋梁易發(fā)生不均勻沉降的問題，可以采用下列技術(shù)措施進行處理。

3.1 CFG樁技術(shù)

CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁技術(shù)，即在軟土地基中打入無縫鋼管并澆筑混凝土，以起到改善地基強度、避免發(fā)生不均勻沉降的目的。施工過程中，無縫鋼管需通過振動力、錘擊力、靜壓力等方式打入地基中的指定深度，打入鋼管后，再在地基中澆筑預(yù)先拌制好的混凝土，并進行振搗，混凝土密實度達到要求后再將無縫鋼管慢慢抽出，混凝土凝固后就會形成復(fù)合樁柱[6]。CFG樁不僅改善軟土地基強度效果好，且由于不用使用鋼筋籠，所以CFG技術(shù)成本更低，因此，在道路橋梁工程軟土地基治理中的應(yīng)用十分普遍。

3.2 水泥粉噴樁技術(shù)

水泥粉噴樁技術(shù)主要將各種固化劑按照不同的比例進行混合、攪拌，混合料與軟土充分融合，固化后即可形成復(fù)合地基。常用的固化劑包括混凝土、石灰等，經(jīng)水泥粉噴樁技術(shù)處理過的軟土地基具有更高的穩(wěn)定性與整體性，能夠在最大程度上改善軟土地基的性能，為后續(xù)施工打下良好基礎(chǔ)，減少不均勻沉降問題的發(fā)生。

3.3 土體置換技術(shù)

土體置換技術(shù)主要應(yīng)用于沼澤、淤泥等地基不合格的路段，該方法主要是將道路工程施工現(xiàn)場不符合施工條件的軟弱土層挖出，再將性能強、強度高、穩(wěn)定性強的材料填充進去，通過土體置換提高軟土地基的排水固結(jié)能力，以減少地基發(fā)生不均勻沉降的概率，提高軟土地基的承載能力。砂性土是常用的置換材料，如果軟土地基范圍大、位置深，則可以用灰土攪拌樁施工機械把固結(jié)材料、石灰、水泥等填充到地基軟土位置進行攪拌，促進軟土地基硬化，提高地基強度[7]。

4 軟土地基道路橋梁不均勻沉降防治工程實例

4.1 工程標(biāo)準(zhǔn)

某道路橋梁工程路線全長約1.865 km，其中某路段位于沖海積平原地貌區(qū)，施工現(xiàn)場軟土分布十分普遍，軟土層厚度在1～20 m不等，直接影響到路基的穩(wěn)定性。因此，經(jīng)過現(xiàn)場勘察、設(shè)計方案的比較，最終確定采用水泥粉噴樁技術(shù)進行軟土地基部分的加固。施工完成后軟土地基的沉降要滿足以下要求：橋梁路堤相鄰處沉降不超過0.1 m，箱涵、蓋板涵處沉降不超過0.2 m，一般路段沉降不超過0.3 m，而沉降引起的施工變化率要控制在4%以內(nèi)。施工過程中填筑時間不得小于地基抗剪強度增長需要的固結(jié)時間，路堤中心沉降24 h內(nèi)不得超過10～15 mm，邊樁位移不得超過5 mm。鋪筑軟土地基路面時，要在地基沉降穩(wěn)定后再進行施工，并通過雙標(biāo)準(zhǔn)控制方法進行控制，推算出施工之后的沉降量，保證工程沉降不超過設(shè)計值允許范圍。針對軟土地基的沉降進行兩個月以上的連續(xù)觀察，每個月沉降不超過5 mm后方可開挖路槽，并進行路面的鋪筑。

4.2 軟土地基施工方案

本工程采用水泥粉噴樁技術(shù)進行施工，樁身凝膠劑采用普通硅酸鹽水泥，施工前采集最軟弱土層試樣進行配比試驗，以確定膠凝劑與外加劑的摻入量，保證水泥土強度，確定合理的配合比。本方案中初定膠凝材料摻灰量不小于加固土體質(zhì)量的18%，水灰比0.55～0.62，試塊28 d樁體無側(cè)限抗壓強度需要達到1.0 MPa，90 d樁體無側(cè)限抗壓強度則需達到1.6 MPa。由于本工程地下水具有腐蝕性，因此，根據(jù)水樣化驗報告現(xiàn)場試驗確定水泥品種、摻入比、水灰比、外摻劑等。本工程所用到的施工機具包括深層攪拌機、灰漿泵、計量設(shè)備等，施工前需針對施工機具進行現(xiàn)場驗收，查看施工機具的外觀、性能，以保證施工進度順利推進。配合比、施工機具準(zhǔn)備完畢后即進行試樁施工，水泥粉噴樁主要采用工藝性試樁，以對地質(zhì)資料、設(shè)備、工藝等進行復(fù)核，并確定施工順序、水泥摻量、水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提升速度、下鉆速度、復(fù)攪深度等指標(biāo)；并針對樁身承載力、沉降等指標(biāo)進行驗證。本工程中每個地質(zhì)接近路段試樁數(shù)量都在5根以上，試樁完成后再對試驗樁進行復(fù)合地基承載力試驗及單樁承載力試驗，試樁數(shù)量均為2根，試樁結(jié)果均與工程設(shè)計要求相符，可開展大面積施工。

4.3 施工流程

施工機具就位、調(diào)試好后，將噴漿攪拌下沉至設(shè)計深度，將攪拌機提升至孔口。施工過程中由中間向外圍進行，或由一邊向另外一邊施工，采用四攪二噴工藝，合理控制鉆頭下沉速度及提升速度，以保證加固深度范圍內(nèi)土體任何一點均能夠被攪拌至少20次以上，攪拌施工時停漿面要高于樁頂設(shè)計高程50 cm。

在開挖基礎(chǔ)或邊坡時，針對施工質(zhì)量較差的樁段，或者樁頂以上的土層，均采用人工挖除。施工過程中，攪拌樁樁機地底盤要保持水平，導(dǎo)向架則保持豎直，樁位偏差不得超過樁徑的20%，攪拌樁的垂直度偏差嚴(yán)格控制在1%以內(nèi)。施工過程中如預(yù)制好的漿液因故擱置時間大于1 h，則視為廢漿處理不得再次使用；施工過程中前后臺要密切配合，避免斷漿。如因不可避免因素影響發(fā)生斷漿，而需將攪拌機下沉1 m后再恢復(fù)壓漿，然后再進行注漿攪拌，以保證施工的連續(xù)性。本項目軟土地基的含水量較高，因此，施工過程中采用高速自動化制漿系統(tǒng)進行施工，以保證漿液穩(wěn)定的重度及均勻性，最大程度上減少人工制漿過程中攪拌不均勻的問題，保證施工質(zhì)量。

4.4 路基沉降監(jiān)測

上述環(huán)節(jié)施工完畢后需要針對軟土地基進行路基沉降監(jiān)測分析，以監(jiān)測軟土路基的穩(wěn)定性，合理控制填土速率；推算施工后的沉降量，確定準(zhǔn)確的路面鋪筑時間；全面了解新負荷作用下軟土地基的附加應(yīng)力變化情況。主要監(jiān)測內(nèi)容包括地基承載力檢驗、沉降板沉降觀測等，根據(jù)測試結(jié)果繪制荷載與沉降量曲線，分析沉降量與時間的曲線關(guān)系。對軟土路基的承載力進行分析，利用沉降板監(jiān)測路基沉降，控制加載速率。分析監(jiān)測結(jié)果可知，本工程軟土地基經(jīng)過處理后地基承載力均滿足設(shè)計要求，處理后的路基沉降符合施工圖設(shè)計要求。

5 結(jié)語

總之，交通運輸產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，使得人們對于道路橋梁工程質(zhì)量的要求越來越高。軟土地基是影響道路橋梁工程質(zhì)量的重要因素，因此，要加強軟土地基的治理，避免發(fā)生不均勻沉降問題，保證道路橋梁工程質(zhì)量。多種因素均會導(dǎo)致軟土地基發(fā)生不均勻沉降，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、施工不合理、地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等，實際工程中，要做好施工前期的設(shè)計準(zhǔn)備工作，仔細勘察地質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)合工程實際條件選擇合適的軟土地基處理技術(shù)。施工過程中加強質(zhì)量監(jiān)督，積極預(yù)防軟土地基發(fā)生不均勻沉降。