路基與橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)渡段軟土路基防沉降技術(shù)探討

范芃蘭

（山西省公路局運(yùn)城分局,山西 運(yùn)城 044000）

0 引言

軟土主要指天然孔隙比超過(guò)1.1，且含水量高于液限值的土體，其抗?jié)B性差、濕度大、強(qiáng)度低、易變形，工程特性較差，為典型的不良土質(zhì)[1]。因其力學(xué)特性較差，若在其表面建設(shè)房屋、道路、橋梁等工程，勢(shì)必會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性造成不利影響，隨著時(shí)間的不斷推移，建筑結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，特別針對(duì)路橋過(guò)渡部位，由于防沉降措施不成熟，造成其沉降更加嚴(yán)重，威脅結(jié)構(gòu)使用安全，影響使用壽命[2]。因此，該文對(duì)路橋過(guò)渡段軟土路基防沉降技術(shù)實(shí)施探究，具有重要意義。

1 路橋過(guò)渡段軟土路基防沉降技術(shù)方案

現(xiàn)階段，針對(duì)路橋過(guò)渡段軟基不均勻沉降質(zhì)量病害，通常采用防沉降技術(shù)加以防治。其主要施工原理是將施工區(qū)域內(nèi)軟土徹底挖除，并采用優(yōu)質(zhì)填料進(jìn)行回填、夯實(shí)，確保承載能力滿足要求，以有效提升路橋過(guò)渡區(qū)域路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。因此，為有效提升路橋過(guò)渡區(qū)域軟基沉降防治效果，該文制定了綜合防治方案，主要內(nèi)容如下：

（1）采用換填法對(duì)路橋過(guò)渡段軟基實(shí)施防沉降處理，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，科學(xué)選用施工機(jī)械，對(duì)軟基部位實(shí)施開(kāi)挖處理，徹底清除內(nèi)部軟土層，并采用性能優(yōu)良的材料進(jìn)行填筑平整，以有效增強(qiáng)地基承載性能[3]。

（2）采用規(guī)格滿足要求的夯錘對(duì)軟土區(qū)域?qū)嵤?qiáng)夯處理，并對(duì)孔隙率進(jìn)行檢測(cè)，確保滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

（3）強(qiáng)夯完成后，采用泡沫輕質(zhì)土對(duì)夯坑實(shí)施回填，嚴(yán)格按照輕質(zhì)土配合比及工藝流程制備輕質(zhì)土。

（4）對(duì)于置換回填部位，應(yīng)采用壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行碾壓，確保密實(shí)度、平整度滿足要求，從而有效達(dá)到防止沉降的目的。

2 路橋過(guò)渡段軟土路基防沉降技術(shù)要點(diǎn)

路橋過(guò)渡段由于結(jié)構(gòu)層次存在顯著差異，極易產(chǎn)生差異性沉降問(wèn)題，引發(fā)橋頭跳車等質(zhì)量病害，威脅行車安全。該文結(jié)合實(shí)際情況對(duì)防沉降技術(shù)實(shí)施優(yōu)化創(chuàng)新，具體包括軟土層路基開(kāi)挖、強(qiáng)夯及置換三方面[4]。主要施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

2.1 軟土層路基開(kāi)挖

路橋過(guò)渡區(qū)域軟基產(chǎn)生沉降的根本原因在于路基下部軟土層質(zhì)地疏松、含水量高、壓縮性強(qiáng)。為有效控制路橋過(guò)渡段路基沉降，通過(guò)置換法對(duì)軟土地基實(shí)施處理，清除路基下方軟土，并采用性能優(yōu)良的填料進(jìn)行回填，全面提升地基承載能力。

軟土層路基開(kāi)挖前，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況放出路基開(kāi)挖輪廓線，各邊應(yīng)超出軟土區(qū)域一定范圍，保證開(kāi)挖面滿足施工規(guī)范要求。根據(jù)具體開(kāi)挖需求，科學(xué)選擇開(kāi)挖機(jī)械，通過(guò)人工、機(jī)械相互配合的方式完成軟土層開(kāi)挖，先采用機(jī)械進(jìn)行開(kāi)挖，針對(duì)機(jī)械開(kāi)挖不到的邊角部位采用人工開(kāi)挖，并采用人工修整坑槽內(nèi)壁，具體開(kāi)挖深度為0.5~1.5 m，寬度為1.5~3.5 m。軟土層路基開(kāi)挖并非將路基底部軟土全部清除，由于軟土深度較大，若完全清除需投入較多人力、物力，延長(zhǎng)施工周期，增大施工成本，所以，只需將路基上部一定范圍內(nèi)的軟土清除，為后續(xù)強(qiáng)夯、置換施工提供有利條件[5]。

2.2 路基軟土強(qiáng)夯施工

路基部位清除部分軟土層后，對(duì)下部剩余軟土實(shí)施強(qiáng)夯處理。強(qiáng)夯作用原理是利用夯錘振擊、夯擊作用將路基下方未清除的軟土擠密，顯著降低土體孔隙率，增大密實(shí)度，提升土體承載能力[6]。強(qiáng)夯施工前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況科學(xué)選擇夯錘。目前常用的夯錘主要有圓弧形、梯形和錐形。綜合考慮工期、效率及具體需求等各方面因素，該工程選用梯形夯錘。梯形夯錘夯擊面積大、能量高，無(wú)須反復(fù)夯擊，夯錘主要由鑄鐵加工而成，夯錘底面積應(yīng)結(jié)合軟土層厚度、錘重綜合確定，其表達(dá)式如下：

式中，e——夯錘底面積；r——夯擊部位軟土層厚度；z——錘重。夯錘加工完成后，嚴(yán)格按照施工規(guī)程實(shí)施強(qiáng)夯作業(yè)，軟基強(qiáng)夯示意圖如圖1 所示。

圖1 路基軟土強(qiáng)夯施工示意圖

軟土路基強(qiáng)夯施工前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，科學(xué)標(biāo)記夯擊點(diǎn)，夯點(diǎn)間距為1.5~2.5 m。采用汽車吊提升夯錘，準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)實(shí)施夯擊。各夯點(diǎn)位置夯擊3 次，按照1 000 kN、1 500 kN、2 000 kN 逐級(jí)增大夯擊能。夯擊完畢對(duì)軟土層孔隙率實(shí)施檢測(cè)。若孔隙率超過(guò)15%，應(yīng)實(shí)施二次夯實(shí)，直至軟土層孔隙率低于15%，方可停止夯擊。

2.3 路基軟土置換施工

強(qiáng)夯完成后，采用泡沫輕質(zhì)土對(duì)夯坑進(jìn)行回填。泡沫輕質(zhì)土主要材料包括水泥、發(fā)泡劑、減水劑、水等[7]，按照特定比例及特殊工藝混合而成，泡沫輕質(zhì)混凝土施工方案的施工工藝如圖2 所示。

圖2 泡沫輕質(zhì)混凝土施工工藝

結(jié)合路橋過(guò)渡段軟基沉降防治實(shí)際需求，水泥采用SFH.ASR.2S 硅酸鹽水泥，發(fā)泡劑采用蛋白質(zhì)類發(fā)泡劑，減水劑采用甲酸鈣YU-2641，穩(wěn)泡劑采用WE10041 穩(wěn)泡劑。泡沫輕質(zhì)土具有較強(qiáng)的自立性，質(zhì)量較輕，質(zhì)地疏松多孔，其抗壓強(qiáng)度與密度密切相關(guān)[8]，具體情況如表1所示。

表1 泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度與密度關(guān)系表

由表1 能夠看出，泡沫輕質(zhì)土密度為715.11 kg/m3時(shí)，抗壓性能最優(yōu)，強(qiáng)度值為9.27 MPa，所以，泡沫輕質(zhì)土拌制時(shí)應(yīng)科學(xué)把控密實(shí)度。此外，科學(xué)研究顯示，泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度與材料浸水時(shí)間存在一定關(guān)聯(lián)，具體情況如表2 所示。

表2 泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度與浸水時(shí)間關(guān)系表

通過(guò)表2 能夠看出，泡沫輕質(zhì)土生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)材料浸水時(shí)間為5 d 時(shí)，其抗壓性能最佳，強(qiáng)度為15.47 MPa。所以，泡沫輕質(zhì)土拌制時(shí)應(yīng)科學(xué)控制原材料浸水時(shí)間，以有效提升輕質(zhì)土性能。輕質(zhì)土拌制完成后，及時(shí)對(duì)夯坑及開(kāi)挖部位進(jìn)行回填，并在其頂部鋪設(shè)一層砂石料，采用壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行碾壓，確保壓實(shí)度、平整度符合要求，至此完成軟基防沉降處理[9]。

3 試驗(yàn)論證分析

選取某公路橋梁工程路橋過(guò)渡段為試驗(yàn)段進(jìn)行施工，其長(zhǎng)、寬分別為3 000 m、15.5 m。該路段地質(zhì)條件如表3 所示。

表3 路橋過(guò)渡段軟土地質(zhì)情況

通過(guò)表3 能夠看出，該工程為典型的軟土路基，需實(shí)施防沉降處理。分別采用該文設(shè)計(jì)施工技術(shù)及傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)施防沉降處理。該工程共設(shè)置夯點(diǎn)154 個(gè)，夯錘底面積30 cm×30 cm，泡沫輕質(zhì)土用量3 564.12 kg。試驗(yàn)段施工完畢投入運(yùn)營(yíng)，30 d 后對(duì)兩種技術(shù)施工路段路基沉降情況實(shí)施檢測(cè)對(duì)比，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 兩種技術(shù)應(yīng)用后軟土路基沉降量對(duì)比 /mm

通過(guò)表4 能夠看出：

（1）采用設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)路橋過(guò)渡段軟基實(shí)施防沉降處理后，其平均沉降值為2.17 mm，最大沉降位置為SAFR-（04）測(cè)點(diǎn)，沉降量為3.56 mm，未超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）采用傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)路橋過(guò)渡段軟基實(shí)施防沉降處理后，其平均沉降值為54.666 mm，最大沉降位置為SAFR-（06）測(cè)點(diǎn)，沉降量為63.14 mm，明顯高于設(shè)計(jì)技術(shù)沉降值，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)要求。由此可見(jiàn)，針對(duì)路橋過(guò)渡段軟基處理，設(shè)計(jì)技術(shù)效果更加顯著，能有效控制路基不均勻沉降，具有較強(qiáng)的可行性[10]。

4 結(jié)論

綜上所述，公路橋梁工程建設(shè)中，路橋過(guò)渡段軟基處理始終是施工的難題，處治不當(dāng)極易產(chǎn)生路基不均勻沉降，引發(fā)橋頭跳車等質(zhì)量病害，嚴(yán)重影響行車安全。為有效提升路橋過(guò)渡段軟基防沉降效果，該文基于現(xiàn)有施工技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，形成了新的軟土路基防沉降施工方案。通過(guò)對(duì)軟基開(kāi)挖、強(qiáng)夯、置換等各環(huán)節(jié)的優(yōu)化、改進(jìn)，完成軟基防沉降施工。結(jié)合某路橋工程試驗(yàn)段施工實(shí)踐，充分驗(yàn)證了防沉降施工技術(shù)的可行性，有效控制路基不均勻沉降，顯著降低施工成本，延長(zhǎng)道路運(yùn)營(yíng)年限。但由于該技術(shù)仍處于不斷完善階段，實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定局限性，后續(xù)將對(duì)路橋過(guò)渡段軟基防沉降技術(shù)實(shí)施進(jìn)一步研究，以有效促進(jìn)路橋行業(yè)的發(fā)展。