軟基加固技術在道路橋梁施工中的應用分析

黎梓峰

（北京市政路橋股份有限公司，北京 101100）

0 引言

道路橋梁作為現代城市交通的重要組成部分，其安全性和穩定性對于行車和行人的安全至關重要。然而，由于地質條件和自然環境等原因，往往會出現軟基問題，給道路橋梁的設計和施工帶來很大挑戰。為了提高道路橋梁的穩定性和承載能力，軟基加固技術應運而生。軟基加固技術是指在軟土地基或不穩定地基上，采用一定的方法和措施對地基進行改造或強化，從而提高地基的承載力、抗沉降能力和穩定性的技術。

1 軟土地基特征及危害

淤泥、淤泥質土及天然強度低、壓縮性高、透水性小的土統稱為軟土。這些土都具有天然含水量較高、孔隙比大、透水性差、壓縮性高、強度低等特點，通常形成于河流、湖泊、海岸線等水體侵蝕、淤積過程中，由淤泥、淤泥質土、水下沉積的飽和軟黏土為主，組成的軟土在我國南方廣泛分布，由于其特殊的物理性質和結構特征，軟土地基在工程建設中常常會帶來很多問題和挑戰。

1.1 孔隙度高

軟土地基的孔隙度通常在30%～80% 之間，這意味著軟土地基內部的孔隙結構較為松散，孔隙較大，滲透性能較差。在道路橋梁施工中，軟土地基的孔隙度高會帶來多方面的危害。首先，軟土地基孔隙度高會導致其穩定性差[1]。在施工過程中，如果未采取適當的措施，軟土地基易發生坍塌、滑坡等問題。在長期使用過程中，也容易發生不穩定問題。特別是在建造橋梁和建筑物時，軟土地基的穩定性差可能導致傾斜或變形，對橋梁和建筑物的使用壽命和安全性產生不良影響。其次，軟土地基孔隙度高還會導致其承載能力低。道路橋梁的設計和施工都需要考慮地基的承載能力。而軟土地基的孔隙度高意味著其密實度低，承載能力較差，對道路橋梁的使用壽命和安全性造成危害。再次，軟土地基孔隙度高會影響其排水能力。由于軟土地基孔隙度高，內部水分容易聚集，排水性能較差，增加地基的濕度，進而導致軟化和變形等問題。對于道路橋梁施工來說，影響其使用壽命和安全性。最后，軟土地基孔隙度高還會導致土壤的沉降問題。在建造道路橋梁時，由于施工荷載的作用，軟土地基會發生較大的壓縮變形，導致道路橋梁沉降，嚴重的沉降問題不僅會影響交通安全，還會導致道路橋梁的壽命縮短[2]。

1.2 含水量高

由于軟土地基含水量高，當施工車輛和機械在其上行駛或施工時，會產生較大的壓實作用，導致土體排水能力下降，進而使得軟土體的抗剪強度降低，出現不穩定的情況。此外，軟土地基在含水狀態下容易出現液化現象，即土體在受到一定荷載作用時，失去支撐力變成液態，嚴重時會導致土體塌陷和沉降。液化現象的發生不僅會影響施工安全，還會對道路橋梁的使用壽命產生影響[3]。另外，軟土地基的含水量高還會影響道路橋梁的穩定性。由于軟土地基在濕潤環境下容易軟化，因此建造在其上的道路橋梁很容易發生沉降、變形，甚至失穩，不僅會影響道路橋梁的使用壽命和安全性，還會增加維護和修復成本。

1.3 抗剪切能力差

軟土地基的抗剪強度一般較低，通常在0.1～0.5MPa，是其物理性質及成因所決定的。當道路橋梁建造在軟土地基上時，施工所施加的荷載會作用于地基土體，使其發生剪切變形。當荷載超過土體的抗剪強度極限時，就會出現剪切破壞。這種剪切破壞形式可能是整體的、局部的、傾斜的或者錯動的，嚴重時甚至會導致道路橋梁垮塌，危及施工安全。在軟土地基上建造道路橋梁時，若不采取措施進行加固，就會出現較大的變形和沉降，嚴重時甚至導致道路橋梁不穩定或傾斜，影響使用壽命和安全性[4]。

1.4 壓縮性高

在承受荷載時，軟土地基會發生較大的壓縮變形。這一特征會對道路橋梁施工產生不利影響。軟土地基的壓縮性高會導致建造在上面的道路橋梁產生沉降。隨著時間的推移，沉降會導致道路橋梁的高程發生變化，進而影響行車安全和運輸效率。特別是對于高速公路等需要保證平整度的道路，沉降問題會更加嚴重。在使用過程中，荷載會不斷地作用于軟土地基上，使其產生壓縮變形。如果這種變形超過了設計允許的范圍，道路橋梁的使用壽命就會縮短。另外，由于軟土地基容易發生變形，一旦出現問題，修復起來就比較麻煩。需要采用特殊的施工技術和材料，也會增加維護成本。此外，在道路橋梁建設過程中，需要對軟土地基進行加固處理，以保證其能夠承受荷載，不僅增加施工的難度，也會增加工程的投資成本。

2 軟基加固技術在道路橋梁施工中的應用

2.1 置換加固技術

置換加固技術是一種較為簡單和高效的技術，其適用范圍相對較窄，主要適用于土層較薄、荷載集中、地下水位較高、施工時間有限等條件下的軟基。該加固技術的具體步驟包括測量、挖掘、處理基底、填料和壓實等環節。相較于其他軟基加固技術，置換加固技術可以較為徹底地改善軟土地基的承載能力，提高道路橋梁的穩定性和安全性。此外，填料通常是比較堅硬的材料，可以有效防止地基沉降和變形，延長道路橋梁的使用壽命。然而，該技術也存在一些缺點，如需要耗費較長的施工時間和高昂的施工成本，可能對周圍環境造成一定的影響。因此，在實際應用時，需要綜合考慮加固技術的適用性和經濟性，選擇合適的施工方案。在道路橋梁施工中，置換加固技術是一種常見且有效的軟基加固技術，可以在改善軟土地基的同時保證工程的質量和安全[5]。

2.2 垂直排水固結法

垂直排水固結法是通過排水和固結作用，改善軟土地基的工程性質，提高承載力和穩定性（見圖1）。具體而言，施工時，首先在軟土地基中安裝一定深度和間距的垂直排水管道，然后通過注入固結材料，使管道內外的水壓差逐漸增大，導致軟土孔隙水向管內流動，并通過管道排出。在排水的同時，固結材料被均勻注入土體，填充孔隙空間，固結土體。隨著固結材料的硬化，形成一個堅固的地基，增加道路橋梁的承載能力和穩定性。優點在于能夠較為有效地降低軟土地基的含水量和壓縮性，提高其承載能力和穩定性。同時，該方法具有施工便利、效果穩定和經濟性高的特點，適用于軟土地基較為深厚的情況。但是，垂直排水固結法也存在一些缺點，如固結效果受到地質條件和孔隙分布的影響較大，施工時需要注意控制固結材料的注入量和速度，避免引起地基下沉和不均勻變形等問題。此外，該方法需要考慮地下水位和地下管線等因素，以免影響周圍環境和設施的安全性。

圖1 排水固接組成系統

2.3 塑料排水板加固技術

塑料排水板加固技術是一種利用高密度聚乙烯（HDPE）制成的排水板，改善軟土地基的加固技術。其原理是通過排水板在軟土地基上形成的通道，將地下水引入排水板內部，利用板上的小孔讓水經過濾材過濾，排到排水溝中，從而降低軟土地基的含水量，提高地基的承載力。首先，在施工前，需要清理軟土地基的表面，并將表層土壤挖掉。其次，將塑料排水板按照設計要求鋪設在軟土地基表面，并將板與板之間通過連接件連接起來。在排水板的兩端或四周設置排水管，以便將排出的地下水導入排水溝。在排水板上鋪設過濾材料，防止雜質堵塞排水通道。最后，在過濾材料上覆蓋一層保護層，保護排水板免受損壞。塑料排水板加固技術的優點在于施工簡單、快捷、低成本，同時還能夠較好地降低軟土地基的含水量，提高地基的承載力。但是，該技術也存在一些缺點，如對排水板的材料質量要求較高，同時還需要考慮排水板在使用過程中可能受到的擠壓變形等因素，因此在具體的施工過程中需要注意施工質量的把控。

2.4 土工織物加固技術

通過在軟土地基表層鋪設土工織物來提高地基的承載力和穩定性。這種加固技術的適用范圍相對廣泛，通常適用于軟土地基較淺，不需要進行大幅度提升的情況。在具體應用中，可以根據地質條件和工程要求，選擇不同種類和規格的土工織物，如聚酯非編織土工布、聚丙烯土工布等。同時，也需要根據實際情況，確定土工織物的鋪設方式和加固厚度，通常需要進行現場測試和調整。首先，土工織物材料具有良好的透水性和透氣性，能夠有效地排水和降低地基的孔隙水壓，從而提高地基的穩定性和承載能力。其次，土工織物施工工藝簡單，施工效率高，可以快速地完成大面積的加固工作，同時減少施工過程中的土方開挖和垃圾處理等問題，降低施工成本。再次，土工織物具有良好的耐久性和抗老化性能，能夠長期保持穩定的加固效果，延長道路橋梁的使用壽命。最后，土工織物加固技術具有環保和可持續發展的特點，與現代社會的可持續發展理念相符合，符合國家環保政策。

2.5 現澆混凝土管樁加固技術

現澆混凝土管樁加固技術適用于軟土地區、含水層較深或存在土層間隔較大的地區。由于其具有一定的抗側向剪切能力和抗壓強度，因此在處理軟基方面具有一定的優勢。另外，現澆混凝土管樁加固技術有效控制施工過程中的地面沉降和變形，延長道路橋梁的使用壽命。現澆混凝土管樁施工步驟包括：準備工作—鉆孔—安裝鋼筋籠—現澆混凝土—確認樁頂標高以及填補孔口。在施工前，需要確定好管樁的位置、孔徑和長度，并對施工現場進行檢查，確保地面平整，沒有雜物、障礙物等。在鉆孔過程中，需要使用先進的鉆掘設備，以確保孔洞的質量和效率。安裝鋼筋籠后，將混凝土從孔頂灌注至鋼筋籠頂部，通過振搗等措施，使混凝土與鋼筋籠緊密結合。澆筑完成后，需要確認樁頂標高，并進行調整，最后填補孔口以確保管樁的穩定性和密實度。現澆混凝土管樁具有施工周期短、強度高、抗震性能好等優點，被廣泛應用于橋梁、隧道、水利工程等領域。

2.6 水泥攪拌樁加固技術

水泥攪拌樁加固技術的原理是通過在軟土地基中加入水泥等粉狀材料作為固化劑，并利用特殊的深層攪拌機械對原樁位的土進行強制性的攪拌混合，從而形成柱狀固體，提高地基的承載力和抗沉降能力。具體來說，在攪拌過程中，水泥等粉狀材料與土壤混合，使土顆粒間形成良好的結合，形成一個強度較高的復合地基。同時，在攪拌過程中，還產生大量摩擦熱，使土體周圍的水分蒸發，使水泥與土壤更好地結合，形成硬殼層效應，提高土的穩定性和強度指標。此外，在水泥攪拌樁的施工過程中，采取多種措施來確保加固效果。例如，在選擇攪拌樁的深度和直徑時，需要結合地基情況、設計要求和材料特性等綜合考慮，以確保加固效果的最優化。在施工過程中，還需要對攪拌樁的深度、直徑、間距、攪拌速度、攪拌時間等參數進行精細控制，以確保攪拌樁的密實性、強度和穩定性。通過這些措施，水泥攪拌樁加固技術可以有效地提高軟土地基的承載力和抗沉降能力，從而為道路橋梁等工程提供可靠的支撐。

2.7 強夯加固技術

強夯加固技術是一種利用動能產生的超重力和振動作用，在軟基地層中形成固體土層的加固技術。其原理在于通過重錘落擊，將鋼板、鋼管或鋼筋，以超過松散地基的自重，使其下沉，產生巨大的能量。通過反復落擊和重力的作用，將土體壓實成為固體土層，達到提高地基的承載力和改善地基沉降性能的目的。在施工過程中，需要充分勘測和分析地基土層的性質、厚度、含水量等，以確定合適的強夯參數和設備選型。落錘的重量和高度需要嚴格控制，以確保強夯能量的合理利用。對于較厚土層，需要采取分層施工，根據實際情況選擇不同的落錘重量和次數。強夯加固后，需要進行灌漿密實，以提高加固效果和均勻性。在施工過程中，還需要充分考慮振動和噪聲對周邊環境和建筑物的影響，采取相應的措施減少影響。強夯加固的適用范圍廣泛，特別適用于壓縮模量低、含水量高、顆粒細小的松軟土層，如河道灘涂、沼澤濕地、砂地、砂質土等。對于不宜采用鉆孔灌注樁等常規處理方法的地區，如場地狹小，附近有建筑物、管線等影響和限制嚴重的地區，強夯加固是一種較為理想的加固技術。

3 結語

綜上所述，目前在道路橋梁工程施工中，軟基加固方法有很多，不同的軟基加固技術適用范圍也不同，所以在實際施工中需要從實際情況出發，選擇最恰當最適宜的軟基加固技術進行道路橋梁加固處理，這樣才能真正為道路橋梁工程安全提供保障。