软基处理在道路桥梁工程中的应用

2013-04-02李爱军

赤峰学院学报·自然科学版 2013年17期

关键词：砂井排水板软土

李爱军

（淮北职业技术学院建筑工程系，安徽淮北235000）

软基处理在道路桥梁工程中的应用

李爱军

（淮北职业技术学院建筑工程系，安徽淮北235000）

道路桥梁工程软基处理一直是道路桥梁建设过程中突出的问题，软土地基出现坍塌往往会影响到工程的质量和工期，本文简要地介绍了几种道路桥梁工程软基处理措施，并对其应用进行了浅要的分析和探讨.

道路桥梁工程；软基处理；应用

1 引言

我国近现代软基处理措施的发展主要是在新中国成立之后，最快的发展时期为近30年.近现代软基处理措施主要包含两个时期，第一个时期为新中国建立后到改革开放前，第二时期主要是改革开放后至现在.第一个发展时期发生在新中国成立后，此时期的软基处理措施主要源于前苏联.当时政府为了复兴我国经济，从前苏联等国家引入了一大批新型的软基处理措施，包括化学灌浆法，灰土桩，砂石垫层法、重锤夯实法、井点降水等技术，并在引入的同时开始了自身的开发和应用，采用这些技术建设了一批工业化城市.我国近现代软基处理措施发展最迅速的时期为改革开放后，也就是第二个时期.改革开放以来，诸多沿海城市向外开放，吸引了大量的投资，大批道路桥梁、企业工厂和高层建筑需要建设，其中最为典型的为上海宝钢等巨型企业，基建工程的需求吸引了大量新型先进的软基处理措施，并被广泛应用，很大程度的提升了我国软基处理的研究和应用水平.

2 道路桥梁工程软基处理措施分析

2.1 排水固结法研究

此技术主要是在地基软土层中安装固定一些塑料排水板和砂井作为排水通道，在砂井的负载下，软土中富含的水分能够通过排水板及时排除，使得软土迅速固结，提高固结效率.一般来说，加固后的软土层的厚度远远大于相邻塑料排水板之间的距离，从而使得软土层大部分的水分主要借助砂井或横向塑料排水板向外界排除，仅仅有小部分的水分通过纵向排水设施排出.排水固结法中最早的排水通道的材料为砂井，经过多年的改进，有一些道路桥梁工程用袋装砂井来进行软土排水，是改良版的砂井.塑料排水板为新型的软土排水管道材料，优于袋装砂井，如今被广泛用于软基控制.与袋装砂井相比，塑料排水板法具有插板机械轻、效率高、对土扰动小、造价底等优点，因此，近几年来在公路、铁路、水利、电力、港口、机场、建筑等工程中得到了广泛的应用.

我国首块塑料排水板是河海大学于1980年的研发成果，在此事后一年，天津港湾工程研究所创造出了首台将塑料排水板插向软土的插板机，在1981年，这两项成果在天津塘沽新港码头首次被应用.塑料排水板相对于砂井拥有诸多优点如成本低，性能优，易于施工，对机械设备的要求低，对软土的扰动程度低等等，因而被诸多道路桥梁工程中采用.通过调查显示，塑料排水板在诸如塑料排水板，在钢铁厂、码头等原料堆积地、高速公路、机场跑道、堤坝、围垦造地、公路建造等领域都进行广泛应用，表现出了优越的性能特点，为软基处理中最合适的排水通道.

2.2 振冲法

振冲法作为一种软土控制措施，最早由南京水力研究单位和交通规划院与1976年末提出，并在其下一年，建造了我国首台功率为13kw的振冲器，在1977的9月份该方法正式被南京船厂用于加固车间地基.

2.3 深层拌合法研究

此方法最早在1970年左右由日本科学家提出并应用应用.在我国，最早研发和应用是在1977年，当时我国冶金部建筑研究总院联合交通部水运规划设计院共同制造了我国首台搅拌机，并在实践中验证了其作用效果，此后深层拌合法被广泛推广.比较典型的阶段性应用包括，1979年试用于天津港；于1980年应用于上海宝钢工厂软土控制；在1980年至其后两年，用于天津新港码头的地基建设；于1993年用于建设烟台码头.此后，此项软基处理措施被广泛用于道路桥梁工程地基建设，广受好评.当前深层拌合法主要适用于粘性土，粉土，淤泥性土层等等，其中粘性土层主要指的是承载压小于120Kpa的粘土.对于腐蚀性强的土层或者泥炭土，应该通过预试验来验证此方法的性能.深层拌合法进行土层加固的效果随着土质的不同而不同，非常适合于包含高岭石或者蒙脱石等矿石的粘土，而不适合于以氯化物、伊里石等物质为主要成分的粘土和腐蚀性较强的粘土如酸碱土.水泥土搅拌法是当前非常适合于道路桥梁、厂房、高层建筑物和堤坝等软基处理的方法，可以显著的提高地基的承载压，稳固地基边坡，有助于防止地基沉降等等效果；适用于对码头地基大面积加固，有助于增强码头岸壁的稳固性，防止软土中建设的地下建筑结构的坍塌和沉降；用此方法构建的地下防渗墙，能够很好的阻止地面水分向下渗透，有助于提高桩侧的承压性.

2.4 土工织物法研究

此方法主要是在软土层中铺设大面积的土工织物，使得道路桥梁工程施工机械能够顺利的在土层上移动和工作，此外还能够将填方导致的承载力均匀作用于软土层，从而避免软土地基的局部沉降或者向边界外移动，加强地基的承压性能.土工织物的实施手段为桩网法，首先需要在软土地基各个方向插入一些木桩，然后使用钢筋进行连接铺设的木桩形成桩网，从而在桩网中的各个网格中铺设土工织物，同时施行填方.其中，各个木桩发挥着承载填方压力的作用，土工织物有效的分散承载压力和避免填方材料给地基造成过大的承载压，从而减少填方施工时地基的沉降和坍塌.

2.5 物理化学法研究

2.5.1 冻结施工法

此方法主要是通过在土层中设置装有制冷剂或低温液化气的钢管，冻结剂降低地基温度，软土地基中富含的水分将被冻结.此方法对任何土质效果都明显，然而成本过高，实用性较弱.

2.5.2 注入化学药剂法

此方法通过将化学试剂如水玻璃状试剂等施加于地基中，从而将地基固结化，成为承载压较大的固结地基.最新研发的此类化学试剂包括水玻璃态砂浆和二氧化碳等等.此方法通过化学方法改变软土地基性质，使其拥有良好的承压强度，目前被大力推广.

2.6 预压法研究

此方法主要用于对淤泥，冲填土等软土地基进行控制，根据原理的不同分为堆载预压法和真空预压法两种.

2.6.l 堆载预压法

此方法的施行过程是施工前，在软土地基上堆载一些重物，通过重物的重量或者其他外界压力对软土层进行预压，使得土层被压降到极限，软土固结，从而使得图层承压能力加强.在进行堆载预压过程中，预压荷载主要由压载重物的重量构成，当然施工人员可以通过外加压力进行超载预压来达到软土层得快速压缩.此方法根据承载物的不同，包括天然地基堆载预压和塑料排水板预压两种不同的模式.一般来说，天然地基堆载预压主要用于软土层高度在4米以下的地基预压，而塑料排水板堆载预压主要用于软土层厚度高于4m的地基预压，能够使地基压缩过程加快完成.此方法被用于挪威公路软基处理和我国沪杭高速公路软基处理，两个应用的反应效果都非常理想.

2.6.2 真空预压法

此方法主要是在压缩了的软土地基表面设立砂垫层，同时配置纵向的排水通道，同时在砂垫层表面加入密封薄膜使得空气无法渗入软土地基中.完成后，利用真空泵对排水通道进行真空控制，使其保持负压，地基孔隙中的水分将在压力的推动下，进入排水通道，地基最后被固结化.单用此方法得到的固结化地基的承载压为78kPa-92kPa，此方法和堆载预压法结合后，地基荷载将显著提高，达到130kpa，用此方法加固地基，地基的厚度不能大于20m.根据资料可知，此方法最早被瑞典著名教授杰尔曼在1952年研制，并在1980年左右被我国一些科研单位如南京水力科研所进一步改进，从而逐渐走向成熟化.

2.7 强夯法研究

利用重物对地面进行猛力拍打使地面平整牢固的方法叫做强夯法，在施工的时候利用该方法可以有效的提高地面的承受重物能力，避免在重物的压制下出现坍塌的现象.鉴于强夯法的诸多优点和使用后对地面造成的良好效果，可以在施工的时候对地基使用这种方法，通过对地基进行强夯，迅速的使地基硬化、夯实，为后续施工的进行提供便利并尽早出合格的建筑工程产品.由于在对地面进行夯实的时候容易造成巨大的噪声污染和产生振动，如果在居民区附近进行夯实的话，就会影响居民的日常生活，因此在这些地区不应该使用这种方法.再进行夯实处理的时候需要按顺序进行，一层一层的进行夯实，在完成最后一层的夯实之后，就可以将夯实机留下来的坑填平.在这种操作步骤之下，容易造成夯坑上面的表层泥土比较松散，所以在夯实完成之后还应该进行一次强度较低的夯实工作.众多夯实例子表明，当进行夯实的时候，会造成强烈的振动，但是如果受震动影响的建筑物之间的距离保持珍在10～15m或者大于15m，一般都不会影响建筑物的结构.但是如果夯实周围有一些容易受到振动影响的建筑或者一些仪器之类的，必须对其进行相关的保护，可以通过挖一些隔振沟来避免这些问题的出现.大量的工程建设项目表明，在对松土进行夯实的时候，利用上述的方法加上一些辅助的措施，总会取得非常好的效果.

2.8 抛石挤淤法

这种方法被广泛的使用在沼泽地以及盆地中.之所以要这样安排，因为在这些地方排水困难.但是，唯一一个弊端就是不能够使用抽水设备进行抽水.久而久之，就会使得硬质泥土的数量非常的少，所以使用上述的方法已经不能满足需要，必须使用碎石等材料进行加固.在这个过程中，对于石块也有一定的要求，就是保证其半径要达到15厘米.这种方法的使用流程与上述的方法也具有一定的差异性，是从中部向外边进行扩散.不断地向中间添加石头，之所以选择中间，就是因为能够满足填充的需要，最大程度上降低材料的损耗.在这种填埋的过程就会向构造金字塔一样，逐渐的向上顶尖，然后底部也原来越大，就这样降低了成本的投入.当填充到一定的程度后就需要保证使用压路机进行夯实，然后再向里面添加石头，如此往复实现其根基的稳定.但是需要注意的是，不能急于求成，需要在经过一段时间的沉降后，再次向其添加石头，直到最终符合要求.

2.9 其他方法研究

国内常用的软基控制方法还有：换填法、反压护道法、高压喷射注浆法、砂垫层法、粉喷桩法、石灰桩法等软基控制方法.上述多种方法主要在高速公路如广渝高速公路、同三高速公路、珠三角高速公路等的软基处理过程中使用，所有这些高速使用后地基的坚固性非常的好，较少出现沉降等现象.