高速公路桥梁地基处理技术研究

2014-06-07宋振华

山西建筑 2014年18期

宋振华

(山西平阳路桥有限公司，山西临汾 041000)

因为高速公路的桥梁施工项目比较复杂、涉及方面广、施工周期长，这就使得桥梁施工的难度相应增加，也要求地基处理高质量的完成。高速公路桥梁施工过程中，地基处理施工质量的好坏，一方面对工程项目施工质量以及施工单位的投资效益有影响，另一方面也对高速公路桥梁的安全性、耐久性、行车舒适性有着重要影响，所以加强对桥梁地基处理的控制就十分有必要。文章分析了桥梁地基处理的目的以及处理过程中经常出现的问题，并详细探讨了常用的桥梁地基处理技术，从而为高速公路桥梁地基处理工作打下坚实的基础。

1 高速公路桥梁地基处理概述

1.1 地基处理的目的

高速公路桥梁施工过程中，对于施工场地位于特殊地质条件下，尤其是软土地基，要对地基进行加固处理。桥梁地基处理的目的一方面是提升地基的承载能力。通过对桥梁地基的处理，使地基满足上部桥梁荷载以及后期施工、行车荷载的要求，不至于出现地基失稳情况。另一方面要控制地基的沉降。主要是控制地基的工后沉降满足规范的要求，不能出现过大的沉降导致桥梁结构上部变形不协调，从而影响桥梁的使用质量。

1.2 地基处理中常见的问题

地基处理过程中常见的一个问题是设计方案与施工现场情况的出入。这主要是因为高速公路桥梁的施工现场相对比较复杂，如果在前期对施工场地勘察过程中，没有参照规范对施工场地的水文地质、气候等进行详细勘察，导致设计过程中考虑不到位，选择的施工方案不合理，这就使得后期施工过程中设计方案与施工现场有较大出入，对桥梁地基处理质量造成影响，也会对后期的桥梁施工以及高速公路的施工带来影响。

另外就是桥梁地基处理技术相对比较落后。因为高速公路桥梁地基处理对施工技术有较高要求，但是我国的桥梁地基处理所采用的技术相对比较落后，使得桥梁的施工质量以及工程进度不能很好的保证。大部分工程项目采用传统地基处理技术对桥梁地基进行处理，施工人员主要是根据自身的实践经验来操作，对技术的规范性、合理性要求不严格，这就给施工带来很大的不确定性。而且桥梁施工企业缺乏资金支持，也使得地基处理技术的发展受到阻碍，给桥梁地基处理带来一定难度。

2 高速公路桥梁地基处理技术

2.1 换填法

这种地基处理方法是针对高速公路桥梁施工现场地基不符合施工要求，且需处理土层厚度不大的情况，在处理过程中以机械设备为主并辅以人工施工，主要将不符合要求的土层清除，然后用承载能力好、土体性质优良的土换填，并经过压实处理。处理后的地基能够满足桥梁基础的承载要求，且地基的稳定性得到提升。这种方法要求处理的桥梁地基深度小于3 m，因为深度如果过大，需要换填的工作量大，经济性较差。所用的换填材料为二灰土或者碎石等，这些材料自身稳定性好、承载能力强，且基本不影响周围土体。在桥梁地基处理时，要有切实可行的施工方案，确定合理的换填深度、宽度，并注意对换填层四周的边坡处理。这种方法的施工操作简单，其控制的关键环节在于后期对填土的压实，要控制换填后土层的压实度以及工后沉降满足规定要求。

2.2 排水固结法

根据定义来看，这种方法就是要通过排水降低桥梁地基中的含水量，从而加速地基的固结沉降，来实现地基的稳定性。具体来说，施工过程中通过一些排水通道的设置，并施加一定的荷载在桥梁地基上，从而实现地基的快速排水固结，这样能够在提升地基密实度的同时，提升地基的承载能力、降低地基的工后沉降。这种方法对于桥梁地基所处位置的土体是粘土或者淤泥质土体时适用性较好，可以利用真空预压或者砂井预压的方法来实现。

1)真空预压法。真空预压法施工中借助真空泵的负压抽出地基土体中空气以及水分，进而增加土体的密实度，相应降低了土体的含水量，桥梁地基的稳定性、承载能力提高。在高速公路桥梁位于水量丰富的河流位置时，地基处理可以考虑这种方法，但是该法耗费资金较多，施工工期也比较长，大约为180 d。

但是，这种方法主要是用到了负压的作用，不用进行填料堆载，节省了大量的物力、人力，整个处理的地基受力比较均匀，最终的沉降量也比较大。经过处理后的桥梁地基，有较大的密实度，地基的整体稳定性以及抗剪切能力得到较大提升。相对来说这种处理技术比较先进、对周期环境的影响几乎可以忽略、施工质量较好，同时也有较好的安全性。

2)砂井预压法。相对于真空预压法，砂井预压法在处理桥梁地基中的应用比较广泛。该法主要是将袋装砂井通过机械设备打入到处理地基中，利用砂袋的良好排水性来形成一个人工排水通道，并且在地基上部进行砂垫层的铺设，使其与砂井共同作用形成一个整体排水体系，并通过堆载预压来实现快速排出地基中水分的目的，从而达到地基排水固结的目标。

该法对砂袋质量要求较高，不仅其耐久性较好，而且其渗透性也要符合要求，一般其直径选择为10 cm左右，布设过程中砂井按照等边三角形方式来实施，相邻的砂井间距为1 m～1.5 m左右。并且砂井的整个布设范围要比所需处理地基范围略大3 m～5 m。整个施工工期约为180 d～360 d，其中砂井的布设时间较短，而堆载预压时间占整个处理过程的大部分时间。

这种方法在处理高速公路桥梁地基中的应用十分广泛，其施工工艺也相对成熟，整个操作过程比较简单，经过处理能较好的控制地基的沉降量。但是其不足之处就是堆载需要大量的土体，整个施工周期比较长，同时对于处理过程中的监控要求严格，实时观测处理地基的变形、强度情况，防止施工中地基出现失稳。

2.3 复合式地基法

复合地基法指的是在桥梁地基中设置一些承载能力强、强度大的构造物，通过构造物与地基土体共同组成的复合式地基来承担桥梁的荷载，从而实现桥梁地基承载能力的提升。水泥粉煤灰碎石桩(CFG)、水泥搅拌桩以及碎石桩是常用的复合地基形式。

1)水泥搅拌桩。水泥搅拌桩对桥梁地基的处理是将水泥或者水泥砂浆搅拌到要处理的地基土体中，通过水泥的固化来使其与土体颗粒共同作用形成一个强度高、整体性强、水稳定性优良的复合式地基，提升桥梁地基的承载能力。该法可以对10 m～15 m的地基进行处理，对于高含水量、低强度以及低渗透性的土体比较适用，也要考虑周围结构物对桥梁地基的影响。其施工现场图见图1。这种方法有60 d～90 d的施工周期，对于那些工期比较紧的桥梁工程项目，可以辅助堆载预压来加快施工周期。相对来说，水泥搅拌桩法在处理桥梁地基过程中对施工现场周围影响不大，同时也能充分利用原有土体，但是施工耗费资金较多，对于施工质量的控制也较困难。

2)CFG桩。这种处理技术跟水泥搅拌桩的区别在于用二灰、碎石以及石屑等替代了水泥或者水泥浆，施工过程中主要控制不同原材料间的配比。主要适用于桥梁地基的土体是粉粘土、砂土的情况，其可以处置15 m～25 m的地基，如图2所示，其桩体布设一般按照正方形或者等边三角形布设。该法处理地基的工期不长，所形成的桩体强度较高、承载能力大，而且与周围土体形成的复合桩整体性较好，控制施工质量也比较容易，缺点是经济性差。