桥梁工程对软土地基的施工处理研究

2021-06-22李德坤

运输经理世界 2021年32期

李德坤

（烟台市环境卫生管理中心，山东烟台264000）

0 引言

在桥梁工程建设中，工程地质环境多样，软土地质便是桥梁工程建设中遭遇较多的一类情况。因为桥梁建设多是在河流、山谷、海湾、海峡等区域，大多数桥梁工程都是为了跨越水域。由于存在水域，导致桥梁工程所在地容易遭遇软土地质，这就需要采取合理的方法对软土地基做好处理，为桥梁施工的开展奠定坚实的基础。工程技术人员要对症下药，结合工程实际情况，选择合理的技术进行施工。

1 软土地基给桥梁工程带来的施工影响

软土地基是一类特殊的地质情况，公路行业相关规范对软土地基的定义比较清晰，是指强度低、压缩量高的软弱土层，这类软弱土层一般本身的质地结构比较疏松，或是其中含有大量水分。低强度，是指土层的强度不高，承载力不足，高压缩量，是指土层在外部力学载荷作用下，会形成很大的挤压，在外观上表现为厚度减小，出现表面下沉、凹陷等情况。软土地基在不同的地区会有不同的表现，并不是完全一样。所以，在实际的工程建设中，需要通过实地勘察，详细把握软土地基的具体情况，然后才能更具针对性地设计施工方案。对桥梁工程建设来说，软土地基的存在，会为正常施工带来多方面的影响，需要工程技术人员对此有充分的认识，并采取有效的处理措施。

第一，会给施工活动埋下安全隐患。软土地基在施工中有一定的不可预见性，也就是单纯依靠视觉观察无法发现软土地基，必须通过专门的地质勘查工作，才能掌握软土地基的具体情况。如果对软土地基的勘察不全面，数据不精准，就可能造成设计方案存在缺陷，不能完全应对软土地基的实际情况。若是按照存在缺陷的方案进行施工，则极有可能引发安全事故。

第二，软土地基的存在会加大施工难度。对桥梁施工而言，地质条件不同，施工活动的体现也不同。如果是条件较好的地质，往往可以直接施工，无需进行地基处理。而对于软土地基这种不良地质，则需要先对地基进行相应的处理，提高地基整体性能，而后才能进行后续施工。而在很多时候，软土地基处理的施工位置有水，需要增加其他的工序创造施工环境，这就会进一步加大施工活动的难度。

第三，增大施工活动的成本支出。相比于正常地质条件，软土地基处理会额外增加一些施工环节，这就会额外增加施工成本。不仅如此，软土地基的存在会提高施工难度，可能延长施工周期，施工周期变长，这也会从设备、人力等方面增加成本。

2 软土地基处理施工的常用技术

在软土地基的处理方面，在工程实践中逐步演化出了很多不同的技术方式，不同的技术方式存在不同的特点，适用条件也不同。工程技术人员应当对不同的技术方式有充分的认识和掌握，在实际工程中能够结合具体情况针对性地选择施工技术。

2.1 桩技术

桩技术是一个技术大类，主要包含灌注桩、预制桩等不同的技术形式，在工程建设领域，桩技术的应用相当广泛，在软土地基处理中也有应用。如钻孔灌注桩技术，该技术是桩技术中应用最为广泛的一种，主要是在施工场地进行钻孔，然后在桩孔内设置钢筋笼，再灌注混凝土，这样就可以形成桩体。灌注桩的桩体长度一般达几十米，底部直接深入岩层，这样数十根、数百根桩联合起来，就能对上部结构产生良好的支撑作用。在软土地基的处理施工中，钻孔灌注桩技术的运用较多。通过对一些工程案例的分析可以发现，钻孔灌注桩技术有多方面的技术优势。一是该技术的适用范围比较广，可以在多种不同地质环境中使用。灌注桩技术不仅可以在软土地基中使用，还可以在坚硬岩层、破碎地质等不同条件下使用。因适用范围广，该技术在建筑项目中得到了广泛应用。二是灌注桩施工技术的噪声、震动等较小。目前，建筑项目施工需要关注环保与生态友好，不论是震动还是噪声，都会对环境造成一定程度上的影响。灌注桩的震动和噪声问题都比较小，体现出了较好的环保属性，因此也让该技术有了广阔的应用空间。三是灌注桩技术可以实现大直径桩体的施工，可以满足一些大型、超大型工程建设的需求，这是预制柱技术无法相比的。

2.2 强夯法

强夯法也是工程建设施工中使用较多的一类方法，该方法也被称为动力固结法，一般是将重量达到十几吨甚至上百吨的重锤，从高处自由落下，对下方土体进行夯击，通过强大的外力载荷作用，让土地压缩、密实，达到施工要求。强夯法在软土地基中的运用，在条件上存在一定的限制，其主要适用于颗粒粒径大于0.05mm 的粗颗粒土，如砂土、碎石土、粉煤灰、杂填土、湿陷性黄土等，而对于黏性土与饱和粉土，强夯法就不适用，不会体现出明显的加固效果。强夯法在施工中一般可以分为连续夯击和间歇性夯击两种。不论是哪种方式，都需要对具体的夯击次数和夯实深度进行计算，确保能够夯击到位，达到符合标准的加固效果。根据经验，在100～200t·m 的夯实能量作用下，可以产生3～6m 的有效夯实深度。通过对实际工程运用的观察发现，强夯法具有多方面的技术优势，如施工简单、操作方便、适合土质情况较多、变形沉降量小、节省加固原材料、施工成本低等。当然，强夯法也存在一定的不足，即噪声和震动问题明显，重锤夯击地面，必然会产生较大的噪声和震动，因此这种方式不太适合城区施工，更适用于野外施工。

2.3 挤淤法

挤淤法也是软土地基处理中的一类常见技术，根据挤淤材料的不同，又可以分为片石挤淤、块石挤淤等不同形式。虽然有不同的形式划分，但是原理是一致的。具体来说，挤淤法就是将质地坚硬的材料，如石块，抛填到软土地基中，在上边施加载荷作用，将材料往下挤压，这样就可以将软土地基中的软弱材料挤压出来，然后用挖机挖出即可。这样的挤压过程相当于材料置换，也就是用抛填的质地坚硬的材料，置换软土地基中的软弱土层，从而达到加固软土地基的目的。挤淤法和换填法有异曲同工之妙，核心本质都是发生材料的交换，但挤淤法的施工量更小，不需要将软弱土层全部挖出，直接挤压即可[1]。

3 桥梁施工软土地基处理的具体技术应用

处理桥梁工程中的软土地基，能够使用的技术形式有很多。接下来主要围绕钻孔灌注桩技术，对软土地基处理施工的具体技术应用进行分析。

3.1 工程概况

在某地一个高速公路项目中，涉及8 座桥梁的建设，这8 座桥梁均遭遇了软土地基情况，为了加固软土地基，采取钻孔灌注桩技术进行处理，8 座桥梁一共设计了199 根桩体，其中有94 根位于水中。在桩体直径方面，有三类不同直径的状态，分别是1.5m、1.8m和2m，混凝土等级为C25。

3.2 施工准备

应用钻孔灌注桩技术，需要在施工前先做好一系列准备工作。

第一，搭建钻孔平台。应用钻孔灌注桩技术需要通过钻机进行钻孔作业，因此需要搭建好作业平台。在该工程中，由于桩体直径大，更需要搭建起稳定的平台，确保钻孔施工可靠。尤其是对于水中部分的桩体，需要设置围堰，排除水流，创造施工条件。搭设钻孔平台时，要确保平台水平，钻机钻头竖直朝下。

第二，制备泥浆。在钻孔灌注桩施工中，为了在钻孔过程做好对孔壁的保护，还需要使用泥浆进行护壁。泥浆一般由黏土、水和添加剂混合制作而成，制备过程中需要控制好黏土塑形、水的pH 值等，同时要注意控制黏土的粒径。此外，泥浆需要施工开始前制备好。

第三，做好测量放样。由于该工程设计中灌注桩数量较多，在施工之前，需要结合设计图纸，依靠测量仪器，在施工现场进行测量定位，确定桩体点位，然后放样做好标记。

第四，埋设护筒。为了确保桩孔钻孔施工的质量，还需要埋设护筒。因为桩体直径大，加上软土地基的影响，在钻孔过程中很容易对周围土层形成扰动，影响钻孔质量。这就需要埋设护筒，规制钻孔施工，阻隔其对周围土层的影响。护筒内径需大于桩体直径200mm，护筒顶部要超过施工平台30～50cm，并保持护筒和桩体的中心线重合。

第五，制备混凝土。施工工程中需要使用大量混凝土，这些混凝土材料也需要事先制备好。这就需要联系专业的搅拌站，做好配合比设计，并严格依照配合比制备混凝土。

3.3 钻孔作业

做好相关准备工作后，进入正式的施工环节，钻孔施工是关键环节。钻孔作业主要分为钻孔和清孔两个环节。

第一钻孔。钻孔施工开始前，需要先检查钻机，校正钻机的参数，确保钻机状态处于正常情况。然后，钻机操作人员进入平台，开启泥浆泵，将泥浆灌入护筒内为护壁打下基础。之后，低速开动钻机，一般控制在正常速度的1/3，以低速让钻头逐步进入土层，并保持稳定。钻头进入1m 深度之后，再提高转速，逐步达到正常速度。需要注意的是，在钻孔施工过程中并不是一直往下钻，而是需要和提钻结合，也就是向下钻进一定距离，就往上提钻，将钻头切削的土体带出来，再往下钻进。这样做的目的在于尽可能清除切削的土体，减少砖孔内的泥渣。不仅如此，在钻孔施工的全过程中，需要时刻保持对倾斜度的监测与控制，要将倾斜度控制在1% 以内，如果发现倾斜度偏大，要及时调整。

第二清孔。钻孔过程会导致桩孔内产生大量泥渣，因此要做好清孔施工。清孔之前，要先对桩孔进行测量，如深度、孔径等，确保转孔尺寸达到设计标准。清孔施工主要是清理孔内的泥渣，孔底残渣厚度需要控制在50mm 以后。

3.4 安置钢筋笼

灌注桩桩体的主体结构是钢筋笼，由于该工程的桩体直径大，相应的钢筋笼的直径也很大，整体重量较大，因此无法实现整体加工，需要进行分段制作。事先在预制场分段制作钢筋笼，然后运输到施工现场，通过焊接方式进行组装。之后，利用起吊设备，将钢筋笼吊起放入桩孔。吊装操作应选在无风条件下进行，避免钢筋笼在吊装过程中出现晃动，并且要固定好钢筋笼。吊装时，要找出钢筋笼中心，并根据护桩找出桩位中心，保证钢筋笼定位时钢筋笼中心与桩位中心重合。将钢筋笼完全放置到桩孔内以后，利用焊接方式固定钢筋笼，为后续环节的施工提供保障。

3.5 灌注混凝土

灌注混凝土是最后的施工环节，需要将大量混凝土灌注到桩孔内和钢筋笼一起形成桩体。一般采用泵送的方式进行灌注[2]。这需要搭建灌注平台，做好导管安设。导管一端连接泵设备，另一端伸入桩孔内。导管从钢筋笼中间穿过，竖直向下接近孔底，距离孔底50cm 即可。开启设备，利用泵送，通过导管将混凝土注入孔内。需要注意，在将混凝土注入孔内的同时，要相应提升导管，让混凝土液面和导管之间始终保持50cm 的距离。混凝土灌注施工要实现超灌，超出标高50～100cm。凝结之后，直接铲除超过标高的部分即可。此外，灌注混凝土施工时要确保匀速，尽可能保证一次成型，这样灌注桩的整体性能会更好，能够达到更高的成桩质量。