公路橋梁軟土地基加固技術分析與應用

摘要 隨著工程技術的不斷進步，采用多種加固方法對軟土地基進行處理已成為常態。文章綜合比較了常用的加固技術，通過對比分析其適用范圍、處理深度、施工周期、成本和碳排放等多個維度，提出了適合不同項目需求的加固技術選擇標準，并以某公路橋梁軟土地基項目為例，采用有限元分析（FEA）對深層攪拌法（DSC）的加固效果進行了模擬分析。結果表明，該方法在提高地基承載力、減少沉降和側向位移等方面具有顯著效果。

關鍵詞 公路橋梁；軟土地基；加固；應用

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）05-0088-03

0 引言

軟土地基加固是現代基礎設施工程中常見的關鍵技術之一，尤其在復雜地質環境下，如河床、低洼地區及濕陷性黃土地區等，軟土層的存在往往對地基的穩定性和承載力帶來嚴重影響。隨著城市化進程和大規模基礎設施建設的推進，軟土地基加固技術的研究和應用變得尤為重要。該文將深入探討幾種常見的軟土地基加固方法，并通過具體案例分析，闡述不同加固方法的適用范圍、施工效果及碳排放等環境影響。在工程實例中，選擇合適的加固方法不僅要考慮土層特性、施工條件和成本效益，還要注重環保和可持續性。通過分析某公路橋梁項目中的加固技術方案，進一步驗證了深層攪拌法（DSC）在軟土地基加固中的優勢。

1 軟土地基常用加固方法

1.1 常用加固方法

軟土地基加固技術在長期的發展過程中，經歷了從傳統單一方法到現代多元化技術體系的轉變，體現了工程技術不斷進步與創新的過程。隨著力學、材料科學、環境工程等多學科的交叉融合，這一領域的加固手段逐步從依賴單一技術向集成多種方法的綜合技術體系演化。這種多維度的技術演化，極大拓寬了其適用范圍與靈活性，能夠在不同的工程背景下提供針對性的解決方案。加固技術的選擇不僅受土質、地基結構、施工條件等因素的影響，還需要考慮道路幾何形態等復雜變量，這要求在方案設計階段進行全方位的優化與權衡。

在具體的加固技術應用方面，現代工程中常見的手段包括深層攪拌法、靜壓法、真空預壓法、砂石法、注漿加固法、動力固結法、水平排水加固法，以及復合地基加固法等。這些技術各有其適用的工程背景和條件，如深層攪拌法通過混合土體和水泥等材料改善地基的承載力與穩定性，而靜壓法則主要利用大型機械設備將預制樁壓入地基，通過樁基與土體的相互作用提升地基強度。與此同時，復合地基加固法則結合多種加固技術，通過綜合手段達到更好的加固效果。

這一技術的持續發展與創新，得益于跨學科理論的引導與支撐。力學在分析土體與結構的相互作用、材料科學為加固材料的優化提供了理論依據，而環境工程的引入則保障了加固技術在可持續性與生態影響方面的有效性。

1.2 軟土地基加固方法對比分析

1.2.1 適用范圍、處理深度、施工進度、施工成本對比

通過表1的對比分析，可以清晰地了解幾種常用地基處理方法的適用范圍、處理深度、施工工期、施工成本，從而在實際工程中針對不同土層選擇合理的處理方法[1-2]。

1.2.2 碳排放量對比

為了對地基處理方法的碳排放量進行詳細的分析，現將每個處理方法的計算公式、碳排放因子[3]總結如下所示：

總碳排放量（kgCO2/m3）=材料生產碳排放量+施工階段碳排放量+拆除階段碳排放量

根據表2分析可知，該表格顯示了不同地基加固方法在三個階段的碳排放量，材料生產和施工階段的碳排放是影響整體碳足跡的主要因素，在選擇加固方法時應考慮優化施工過程，使用低碳材料，減少碳排放。低碳排放的加固方法（如水平排水加固法、真空預壓法、砂石法等）適合追求環境可持續性的工程項目。

2 某公路橋梁軟土地基加固技術

2.1 工程概況

某市全快速通道工程全長5.62 km，起點位于楊凌大道與修武路交叉口，終點接S315高速橋。項目地形復雜，呈兩側高、中間低的波狀平原特征，地表高程變化大，為2.32～18.77 m不等，相對高差達16.45 m，因此該項目有4.3 km需要采用高架橋方式，項目里程為K3+120～K7+420。項目區存在軟土地基，特別是在低洼及河床地區，軟土深度達到10 m以上，影響地基與橋梁基礎的穩定。

2.2 橋梁段軟土地基加固方案選擇

針對以上分析及工程概況，綜合考慮軟土地基的深度、加固效果、施工進度、成本和碳排放等因素，推薦采用深層攪拌法作為最適合的加固方案。這種方法不僅能有效解決深層軟土問題，還能在較短時間內完成施工，成本適中，且碳排放處于可接受范圍內，符合可持續發展的要求。具體推薦理由如表3所示：

2.3 有限元加固處理分析

2.3.1 模型的建立

采用大型有限元分析（FEA）軟件建立模型。在模型構建過程中，橋梁結構被簡化并等效為地基填土，以便于后續的力學分析和數值模擬。具體而言，所考慮的全快速通道地基應具有的寬度為37.62 m，并設定1∶1.5的邊坡坡度，路堤的設計高度為4 m，采用分層施工工藝，每層填筑高度為1 m，分四個階段完成填筑。此外，為了消除邊界效應對數值計算結果的潛在影響，并確保模型在模擬過程中的合理性和準確性，可適當擴展地基區域的幾何尺寸，將地基寬度設定為100 m、深度為20 m。地基采用固化劑水泥漿通過管道注入地層[4]，攪拌器在土體中旋轉，通過上下移動和橫向擴展進行地層加固，在模型中通過直接提高地基參數模擬DSC的加固效果。具體模型參數如表4所示：

2.3.2 施工結果分析

在路堤設計與施工模擬中，采用4 m高的分層填筑方案，每層1 m，共分為四個階段。為精確模擬土體在施工過程中的行為和應力分布，利用有限元分析軟件進行動態建模，借助“移除與激活”命令再現分層施工的實際過程。每個施工層的模擬，劃分為兩個關鍵的步驟：施工固結分析（模擬填土期間由自重與荷載引起的固結效應）和施工間歇期固結分析（考慮施工暫停期間土體的水分變化及其對固結過程的影響）。

此分析方法依托于土力學中的固結理論，強調土體在長期荷載下的體積收縮效應，分階段模擬策略能夠精細捕捉施工過程中土體的物理與力學變化。通過有限元分析軟件[5]，在虛擬環境中動態追蹤土體變形與應力分布，從而優化施工流程并有效降低工程風險。

（1）地基沉降分析

通過提取有無采用深層攪拌法加固條件下的數值模擬數據，并據此繪制地基頂部的沉降位移曲線圖（見圖1所示）。該過程基于有限元分析技術，結合土體與加固措施的相互作用，系統地評估了不同加固方案對地基沉降行為的影響。

根據圖1的分析結果，深層攪拌法加固在顯著降低地基沉降方面發揮了關鍵作用。具體而言，地基中心線處的沉降差異最為顯著，DSC加固后該區域的沉降量顯著減少了16.98 cm。這一變化不僅反映了DSC加固技術在提高地基穩定性和承載力方面的有效性，還揭示了該技術在控制地基沉降、特別是在受力最大區域的沉降方面的卓越表現。

從土力學和基礎工程學的角度來看，DSC加固通過強化土體的力學性能，顯著改善了地基的變形特性。固化劑水泥漿通過與土體的相互作用，提高了土體的剪切強度、壓縮剛度和抗拉強度，進而有效抑制了由于外部荷載引起的地基沉降。尤其在地基中心線處，由于荷載作用最大，沉降最為顯著，使用DSC加固后能夠更好地分配和傳遞應力，減少了沉降幅度。

（2）地基水平位移分析

通過提取不同加固措施下的數值模擬結果，系統地分析了有無采用深層攪拌法（DSC）加固情況下地基的水平位移行為。基于此數據，構建了地基水平位移的曲線圖（見圖2所示），以直觀展示加固方案對地基變形的影響。

根據圖2所示結果，深層攪拌法加固在減小路堤底部的側向位移方面表現出顯著效果，尤其在坡趾區域，側向位移的減少最為明顯。進一步分析顯示，地基坡趾處的側向位移減少了3.78 cm，體現了DSC加固在控制地基側向位移方面的關鍵作用。

從土力學和基礎工程學的角度來看，DSC加固通過提高土體的抗剪強度和剛度，有效地減少了地基在外荷載作用下的側向位移。特別是在坡趾區域，由于該區域通常承受較大的側向力，DSC加固技術通過局部改善土體的力學性能，顯著減小了該區域的側向位移。

3 結論

該文對軟土地基加固技術進行了深入探討，重點分析了不同加固方法的適用性、施工效果及環境影響。在工程實例分析中，深層攪拌法作為軟土地基加固的有效技術，不僅在提高地基承載力和穩定性方面展現了顯著優勢，還通過有限元分析驗證了其在減少地基沉降和水平位移方面的效果。此外，該文還對各類加固方法的碳排放量進行了比較，強調了環保與可持續性在現代基礎設施建設中的重要性。在實際工程中，選擇合適的加固方法應綜合考慮地基特點、施工周期、成本效益及環境影響等因素。DSC法因其較短的施工周期、合理的成本和適中的碳排放量，成為適合大規模軟土地基加固項目的優選方案。

參考文獻

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