軟土地基橋梁隧道施工技術改進研究

范玲玉

(甘肅省交通科學研究院集團有限公司 甘肅 蘭州 730050)

橋梁隧道工程施工建設有著較高的難度，其現場作業(yè)會受到多種來自內部因素與外部因素的影響，不僅會在一定程度上加劇作業(yè)風險，還會影響隧道的穩(wěn)定性?，F階段，大部分橋梁工程在建設過程中會遇到軟土地基，地基承載力嚴重不足，無法保證橋梁隧道的穩(wěn)定性要求與相關安全性標準。對此，為更好地實現橋梁隧道工程目標，建筑企業(yè)應高度重視施工建設過程中結構的加固性，進而提高工程整體施工效果。

1 軟土地基及其特點

1.1 軟土地基概述

軟土地基通常是指一種土質在地層構造中的各個區(qū)域所占比例都較大，因為在不同地區(qū)土壤的內部都存在著很大的縫隙，所以土壤具有較高的黏性、較小的穩(wěn)定性。由于外界的天然剪切力，在不同的地區(qū)土壤中所形成的地貌結構往往缺乏一致密度，尤其是在河床土壤巖層中由于受地下水的作用會使其增加一定的含水率。這樣的土壤并不具備極高的荷載能力，無法達到大橋隧洞的建造達不到較高的技術要求。

1.2 軟土地基特點

軟土地基中土壤致密度比較差，其顆粒形態(tài)存在大的裂隙現象，一般含水量較大的地形低洼區(qū)域這類土壤居多。軟土地基的土質在一般狀況下的含水量都相對較大而處于暫停狀態(tài)，如果不能妥善解決則極易出現沉降。要對施工方案進行調整完善，避免公路橋隧結構出現損壞，發(fā)生嚴重的安全事故。軟土地基不僅具備這些特性，同時產生很大的靈敏度，一旦發(fā)生破壞，產生的應力就會出現不可逆的強度衰減情況。

2 軟土地基對橋梁隧道工程的影響

2.1 容易造成路面侵蝕

由于軟土地基具有特殊的結構性質，在橋梁隧道工程施工中如沒有及時對軟土地基進行相應處理，將會導致橋梁隧道的結構裂縫大大增多。一般情況下，在路橋隧道的施工過程中，其水泥、碎石都是必不可少的建材，但由于這兩類建材的性質都相對特殊，抗雨水侵蝕的能力也相對薄弱，這就很容易造成在不同的建材基礎上開展的路橋隧道工程中出現道路、橋面侵蝕嚴重的問題，尤其是降雨較多時，其路面、橋面會遭受到較為嚴重的侵蝕，進而造成大面積破碎。

2.2 造成橋梁基體變形

軟土具有一定的流變性，這會讓軟土遭受長時間荷載作用后，即便處于荷載穩(wěn)定的基礎上，也會面臨變形的情況。隨著時間的流逝，土壤骨架黏滯蠕變越來越明顯，這就勢必隨著軟土地基的劇烈變化，根據工程實踐經驗證明，在土壤中熟料顆粒濃度較好的前提下，這種變化情況越來越明顯。盡管在蠕變抗力的頻率比較下，但土的剪應力值的不同也會對蠕變抗力頻率產生一些干擾，所以在土木工程中應對土壤剪應力值、蠕變抗力頻率間關系的研究給予高度重視。工程實踐表明：當材料內部應力小于不排水或剪切能力的50%時，材料總體上是減速或蠕變，并維持在一定的情況下；上應力值超過了不排水剪切的70%以后，穩(wěn)定蠕變速率就會維持在一定的條件上，而穩(wěn)定蠕變則將逐漸上升，直到完全打破。但是，一旦在橋梁的施工中發(fā)生了軟土地基情況，不僅必須重視排水膠結的作用，同時還必須加強對穩(wěn)定性蠕變情況的分析工作，以便更合理地對橋梁基體的情況做出處理。

2.3 容易造成路面硬化

對于軟土地基相關問題處理不當，會導致工程表面出現硬化問題。軟土地基缺乏一定的穩(wěn)定性，缺少強有力的抗載與抗壓能力。同時，若建筑材料沒有穩(wěn)定性，將對水泥的穩(wěn)定性產生干擾，造成水泥失去穩(wěn)定性。如果在施工時使用了沒有穩(wěn)定性的水泥材料，極易造成工地路面發(fā)生大量的裂縫和硬化情況，嚴重危及工程的整體質量。

3 軟土地基橋梁隧道施工技術

3.1 施工準備

根據軟土地質的公路橋隧施工前應與實際施工現場情況有機地組合，從以下3個角度采取相應措施。

（1）實地記錄，亦即利用一些較現代化的儀器對構筑物的現狀進行詳細的分析，并加以標注。標注基礎施工在進行時，根據在軟土地基上的建筑物結構與周圍狀況加以勘測，以便于判斷存在的安全隱患，以及進行有關軟土地基處理的技術措施等。（2）由于根據現場要求和采取正確的地基開挖技術，在進行軟土地基的具體實施時存在著一定的技術問題，主要是由于軟土地基的強度普遍較小，從而造成了這些設備無法正常進入施工現場。但通常條件下不同地塊的規(guī)模也一般大，給建方所提供的臨時便路又無法承載大中型的設備，從一定意義上又增加了機械設備配置的操作困難。以此為基礎，進行軟弱地基建設中，需要事先針對軟弱基礎的認真勘察設計，判斷各項設備的強度，并選用最適合的措施技術。（3）對基礎負荷水平可實施相應的控制。因為基礎荷載測量與建筑質量和施工時間都存在著十分緊密的聯系，所以當前觸探儀一直是使用較為普遍的一類設備，可以對各地段基礎荷載水平進行測量，但一旦在測量過程中出現了不能滿足施工要求的地基承載能力，要及時向相關機構特別是設計部門進行反映，與施工測量相結合對方法進行處理。根據需要選擇預處理方式，并進行二次測試，對數據認真錄入，防止弄虛作假，使可能出現的潛在隱患得以合理預防，為橋隧工程建設效果和產品質量提供有效保證。

3.2 預處理施工技術

3.2.1 預支護

預支護通常也指在施工地基時進行適當的保護管理方法，在施工時的具體措施主要包括以下幾個方面。

（1）管棚。在根據制定的施工圖紙加強了施工控制后，在指定孔中安裝了鋼管的管棚，或使用管道注漿方法，若需要進行鋼筋直徑的補強，則可以將鋼筋直徑籠的放置在鋼管上部，增加了鋼筋直徑強度，從而能夠形成更加穩(wěn)固的管擋結構，為管擋的圍巖提供良好的支撐力，也因此減少了在施工過程中出現的坍塌現象。（2）小導管。由于在施工過程中的巷道圍巖雖然軟弱但存在著一定安全性問題，如管棚尺寸和結構上也存在著一定的局限性，所以在加固施工時通常都會采用較為簡單的小導管方法，在巷道等保護圍巖的施工上也較為普遍，只不過在技術層面上并沒有太高的要求。（3）錨桿法方面。在公路橋隧施工中，如果發(fā)生了較大規(guī)模的施工塌方等危險情況時，最常見的技術方法便是錨桿法。

3.2.2 預加固

在預加固的施工中，采用地面注漿施工方法的工程比較常見，但實際施工中通常包括兩類：一是地表注漿材料，通常使用于較大砂量的不同部位土質上，并需要特別注意泥漿問題；二是洞中鉆孔注漿材料，即利用先進設備向洞道內灌注具有良好穩(wěn)定性的膠狀材料，填充應用的泥漿固化后能使巷道圍巖硬度得以提高。

3.3 加固處理施工技術

3.3.1 擠密壓技術

使用石灰漿填堵可以降低軟土地質的含水率，并使土壤產生的病害得到及時處理。石灰漿和水因容易產生化學反應而迅速膨脹形成一定的擠壓，起到擠壓效果，使軟泥提高承載能力。該工藝無須較多材料，簡單靈活的方法獲得應用。

3.3.2 分層填土工藝

分層填筑物技術，主要是在橋隧的施工過程中開挖軟弱土質，以補充建筑材料滿足施工需要，為建筑物增加了剛度。但由于在施工過程中部分軟弱土土質發(fā)生了膨脹，因而降低了剛度，與當時對建筑物的施工規(guī)范規(guī)定出現了一些偏差，也因此減少了施工時要求安全系數的增加。但是，在施工過程中為使工程提高高度，避免建筑物產生傾斜，施工所用的換填砂石應具有符合施工需要的硬度、穩(wěn)定性。該環(huán)節(jié)設計主要運用分層填土工藝，避免裂紋在換填時產生，給設計密度帶來保證，使負荷水平有所提高。

3.3.3 表層排水技術

為避免軟土地基橋梁隧道施工中的土質黏性影響工程，可對排水物質添設，使地基提高負荷。一般條件下，礫石作為增加的主要材料，形成礫石層對地表水排除非常有益，為工程建設奠定良好基礎。另外，軟土地基土層的沖刷作用可以有效防止土壤的沉降，給開挖效果帶來保證。

3.3.4 塑料排水管處理工藝

在橋梁隧道項目的現場施工時，必須首先對軟土地基進行處理，因為塑料排水管處理具有很多種不同的形式，使其在軟土地基的設計時對于預壓載荷的控制條件得以實現，在塑膠管內通過相應的氣體、冷卻水，提高軟土地基的凝固效率。軟土地基內的氣體和水分的比相對偏大，因此采用排水板時要把土壤內產生的水分、氣體排除于塑料管外，這樣使土壤的實際承載力大大提升。

3.4 地基換填技術

橋梁隧道施工對軟土地基進行換填處理時要確保所使用的換填材料符合建筑結構的施工要求。所謂的地基換填處理技術主要是指通過對土質進行換填來保證地基的基礎強度與承載力度，從而提高橋梁隧道的總體力學性能。地基換填處理技術作為一項較為基礎的處理技術，在設計換填方案時需依照土質勘查報告以及土壤質檢報告進行綜合的考量，設計出與橋梁隧道施工現場相符合的施工方案。施工單位要確保換填材料的相關性能符合換填需求，當換填材料進入施工現場時，相關人員應對其進行采樣，并進行檢驗，保證所使用換填材料的力學性能，進而加強地基的基礎質量。在工程施工的過程中，一旦出現不符合標準的土質層要及時挖出，之后將準備好的材料換填到原本的土質層位置上，通常是利用砂石、碎石這種穩(wěn)定性較強的材料，最后將所換填的土質層進行壓實，并通過灌砂法檢驗土質層的壓實度。地基換填處理在一定程度上減少了軟土地基對橋梁隧道結構所產生的影響。另外，由于地基換填的施工成本相對較高，所以施工單位應選擇一些性價比較高的換填材料，以此降低施工成本，提高建筑資金的利用率，從而保證橋梁隧道整體的施工質量有所提升[1]。

3.5 強夯法

橋梁的工程對軟土地基問題的解決方法中，強夯法一直都是非常有效的處理方法，在具體的工程建設作業(yè)中，大多會通過對軟土地基的反復務實和錘打，來改變軟土地基的穩(wěn)定性，使軟土地基的承載力大幅增強。在對軟土地基的夯實處理時，通常需要借助專業(yè)的壓路機和夯實設備來完成，土層內的物質孔隙就會減少，土壤也變得更加密實。隨著強夯法在橋梁隧道軟土地基處理領域中的普遍使用，從20世紀70年代開始才逐漸大量引進我國，尤其是在山西、天津等地的橋梁隧道建設中，使用效益更是突出，盡管工程的土壤處理成本相對偏低，但強夯法卻一樣面臨著相應的技術應用限制，即使在土質黏性差和水分較大的軟弱土壤上，通常也不宜采用這些土壤處理方法[2]。

3.6 表層排水技術

軟土地基由于含水量過多而有著較低的結構強度，為了降低其含水量，提高結構強度，需要利用表層排水技術。表層排水技術的原理是在填筑淺表層軟土路基前，在路基范圍內開挖溝槽，并控制好橫縱溝槽的間距，將地表水排出，從而達到減少淺表層軟土含水量的目的。為了充分發(fā)揮出溝槽的排水作用，需要選擇透水性好的材料進行回填，比如碎石和較大的沙礫等，確保路基施工達到要求后回填溝槽。這項施工方法具備簡易、作業(yè)方便、成本低、效益突出的優(yōu)點，可以短期內實現良好的排水效益。表層排水方法的實施要求與過程如下。

（1）進行場地勘察和準備，根據軟土地基的厚度確定施工方法，提供建筑材料與機械設備。（2）最大程度地利用施工區(qū)域的坡度和自然地形，從而達到自然沖刷的效果，這樣增加了排水溝的效果，同時避免溝槽淤阻，增加排水效率。沿著已施工路線的中間進行縱向盲溝，橫向盲溝的長度要有10～15 m左右的高度，壕溝的深與寬度約為0.5～1 m。為了增強溝槽的排澇作用，應縮短溝槽的長度，防止在部分溝槽被攔截后對整體的排澇效果造成影響。（3）施工溝槽要盡量采用小型設備，防止過度破壞軟土組織。在溝的下方敷設防水層，溝內安裝排水系統[3]。

4 軟土地基橋梁隧道施工技術改進措施

4.1 軟土地基處理施工監(jiān)測

為了提高橋梁隧道施工的中路堤施工的可靠性和安全性，必須對實際施工沉降情況做出準確預報，使沉降量控制在最適宜的范圍內，而下降的重點應在實際路面中心、路肩、坡趾等的基底部位上，安裝沉降板。另外，道路還必須進行穩(wěn)定性檢測，主要是進行對道路的邊樁平面情況和土壤地表隆起量檢測，每一段道路的縱向均按100～200 m 的長度設置了適當的檢測斷面，在橋梁的路口處也應設置了2～3 條檢測斷面。但需要注意的是，移動觀測點一定要在設置路堤二側擠，邊溝外側要和實際要求相結合，并與預測可能會出現滑裂面與地面實際切面的部位相結合設置對應的測點[4]。

4.2 加大施工勘測、塌方預防力度

防治地質隱患可以從根源上保證橋梁隧道建設的安全性，但這就必須加強施工勘察、塌方防治工作，主要可以通過以下幾點來進行。

（1）加強橋梁隧道工程施工范圍內的水文地質勘察工作。橋梁的工程在開始實施之前必須對建設區(qū)域內的水文數據資料情況進行全面了解，并以此當作重點制訂科學、合理的施工方案，特別是對山區(qū)范圍內的隧道橋梁施工，應對其地質的復雜性予以系統性考量。（2）對施工設計加以完善。造成施工塌方的不良事故有著諸多因素，最重要便是隧洞施工，隧道在施工過程中會實施開挖、爆破的各種作業(yè)，這種施工可能會改變地質構造從而導致坍塌。所以，在現場的施工活動中對于安全工作更加注意，確保開挖、爆破和現場施工進行的安全、正確。在進行爆破作業(yè)時，建設單位須及時進行支護工作[5]。

4.3 加強給排水施工技術

橋梁隧道工程在施工過程中，防排水工作占據著極為重要的地位，需要與營運排水工程進行聯動。其橋梁隧道項目施工的防排水工作應遵循防、排、截等一系列全面治理的基本原則并加以落實。由于軟土地基的硬度相對較小，承載力也相對較差，且內部含水率也偏高，因此必須與供水措施做好有效結合，在第一時間內把相應水分全部去除，以保證橋梁的基礎施工質量達到相應標準。當大橋隧道工程人員在真正進行施工時，要結合現場地質、水文條件等實際情況，提出正確、合理的抗排水措施計劃，并針對施工設備、施工方法等的具體狀況，確定了沒有對施工人員工作產生干擾的抗排水措施計劃[6]。

4.4 加強膠結處理技術

軟土地基橋梁的結構也需要采用膠結的處理工藝，通過選用膠結材料，可以提高軟土地基的結構穩(wěn)定性。當前最常用的膠結型建筑材料是混凝土，由于在建設活動中通過合理、正確地應用混凝土材料可以達到最有效的反應機理，因此目前采用膠結類建材的技術方法主要有二類，分別是混凝土攪拌樁、砂漿法?；炷翑嚢铇锻ǔ糜诤时容^高的水泥結構中，在使用時能夠達到良好的抗剪效果，但在實際應用工程中需要嚴格地把控水泥的數量，為了防止因數量不夠而降低反應效率，需要完善的反應機理，其處理的效果才能夠良好。對軟土地基處理的應用，灌漿法主要是通過向軟土地基中灌注膠結物質，使其在軟土地基中產生優(yōu)異的膠結性能，并借此來提高地基本身的穩(wěn)定性。在應用灌漿法時，要合理配置灌漿材料，確保泥漿能在土體結構中發(fā)揮自身的價值。在實際的實踐過程中，應對現場實際的情況進行綜合分析，并實施對應的給排水工作。一旦要求做出改變，要適時對各方單位開展合作研究，確保場地給排水操作質量有效實現，確保軟土地基處置項目順利開展，保證地基的質量符合有關標準的要求[7-8]。

5 結語

綜上所述，大橋隧道的施工情況較為復雜多變，在軟土地基中選用合適的施工技術將顯得尤為重要，這不僅直接關系工程效益與質量，也將對橋隧牢固性與行車安全造成一定程度的危害。該研究根據軟土地基的結構特性，更深層次地研究了可行性的方法。針對軟土地基道路橋隧建設的特殊情況，應深入開展相關技術研究工程，對軟土地基結構的保護措施使其進一步增強了穩(wěn)固度和承載力，同時探討進一步提高結構施工技術的可行途徑，為提高橋梁隧道工程建設質量和施工安全水平提供了有效保障。