软土地基施工技术在公路桥梁施工中的应用分析

2022-10-18谭波儿

运输经理世界 2022年10期

谭波儿

（江西交投咨询集团有限公司，江西南昌330006）

0 引言

软土一般指土壤内部含水量较大、压缩性较高、承载能力较低的土地类型，且在可塑性方面呈现出较强的黏性。这类土地类型主要存在于我国的东部沿海及南方地区，这些区域属于平原地区，常年遭受雨水冲击，且森林覆盖面积较少，水分子直接渗透进土壤深层，进而形成软土。在施工前的准备阶段，工作人员应当做好调查工作，尽量规避软土地段，但在实际施工期间，还是会存在区域性软土无法避免的情况，所以需要对其进行技术性处理。处理主要的目的为降低软土地土壤内的空隙间距、降低压缩性、增强抗剪强度、提高固结系数、缩减固结时间、增加抗扰动性、减少透水性等。通过对软土地进行以上方面的优化，可以使软土与施工要求相匹配，从而避免施工过程中及公路桥梁后续应用过程中可能会产生的各种问题。

1 软土地基施工技术在公路桥梁施工中应用的现状

近年来，我国的基础设施建设速度越来越快，建设规模越来越大，很多地区在公路桥梁施工过程中不可避免地会遇到软土，如果不对软土地基进行合理处理，不仅会影响公路桥梁的顺利施工，还会缩减公路桥梁的使用寿命，威胁行车安全。调查数据显示，在世界范围内因对软土地基处理不当所引发的工程事故的比例非常大，且存在大规模人员伤亡案例。对此，对软土地基处理技术进行研究与应用分析，成为现阶段路桥施工设计人员的一个重点研究方向。在实际的公路桥梁施工过程中对软土地基进行处理，需要根据实际情况进行针对性地选择处理技术。目前，常用的软土地基处理方法有换填垫层法、抛石挤淤法、强夯技术、化学加固法、真空预压法、砂石桩处理法。通过对以上六种软土地基处理技术的合理应用，可以实现地基的稳固、长久使用，满足公路桥梁施工对地基的要求。

2 软土地基施工技术在公路桥梁施工中的具体应用

2.1 换填垫层法

若施工建设区域存在大片不均匀软弱地基，为保证建筑地基结构的强度与抗渗透能力，施工人员可使用高强度、低压缩性的建筑材料对原有的地基土层进行置换，在形成缓冲区的基础上，实施强夯作业。为进一步提高软土地基的承载能力，施工团队应采取逐层铺设、逐层夯实的作业方式，质检手段也要针对换填材料的不同而合理调整。换填垫层方法主要是对整个软土地基层的土壤进行替换，在实际应用中成本较高，但效果最为显著。由于部分区域的土壤严重疏松，想要有效提升公路桥梁地基的硬度，最直接、有效的方式就是对目标软土基层的土壤进行更换。换填垫层法主要适用于软土区域面积较小、厚度较低的情况。如果软土的整体面积较大，就不适宜使用换填垫层法，若是强行使用不仅无法保证处理效果，还会增加工程地基处理的支出费用，会降低工程的整体经济效益；如果软土的厚度在0～2m的范围，便可以对整体进行换填。换填垫层的操作过程比较简单，选择符合公路桥梁施工要求的土壤，将软土全部挖出进行替换即可。在路堤高度处于极限高度的两倍时，软土层一般非常薄，此时进行其他土壤类型的换填工作十分困难，因此可选择在软土层内添加钢筋、硬质板等材料，进而提高软土的硬度。换填垫层施工应尽量避开雨季，因为雨水会侵蚀及冲刷已经填埋的土壤，使软土地基处理效果大打折扣。若无法避开雨季，可以选择砂砾垫层，并在填土与基底之间设置一层排水面，使雨水能在地基土缝隙中被快速排出，提高土壤的固结速度，如此整个地基的承载能力会得到大幅度提升。并且，设置排水层可以避免公路桥梁在使用过程中产生自然沉降，能够延长公路桥梁的使用寿命，提高其安全性。特别需要注意的是，在换填垫层施工中，应控制填土垫层的速度，避免施工速度不当导致填土垫层中的土壤密度不均匀。此外，在砂砾垫层材料的选择上，应注意选择颗粒直径在5mm以内、含泥量在5%以内的洁净粗砂，这样能有效避免垫层出现软土化的趋势，进而保证处理后的土体固结系数。

2.2 抛石挤淤法

当软土地基层处于沼泽或水下时，则不适宜采取换填垫层法，会使施工变得十分困难，且会大大增加工程预算。针对此种情况，若是软土层厚度在4m以下，软土层表面没有硬壳且含水量超过液限，可以通过路堤的自重将软土挤压排出。如果遇到排水较为困难的情况，可以使用抛石挤淤的方法。抛石挤淤法的主要原理是通过软土地基失稳来实现对目标软土层的置换，从而使公路桥梁的地基直接接触正常土壤，提升整个地基的承载力及稳定性。抛石挤淤法最主要的特点是，无需抽取软土上的水源、不需要清理淤泥，施工速度非常快且工程造价较低，但抛石挤淤法也存在处理过后的地基承载力下降快，自然沉降系数较大的情况，主要是因为对目标软土层进行置换之后，周围的环境仍然会对公路桥梁的地基产生侵蚀作用，从而产生新的软土层。因此，在应用抛石挤淤法的过程中不仅要对地基进行加固，避免周围环境影响其强度，还应在软土层的中部进行抛石作业，逐渐向两边延伸，逐渐挤出淤泥，该操作方式能对淤泥进行较为彻底的置换，从而提升整个路基的强度。抛石挤淤的施工流程为：施工准备，确定目标区域位置与大小；准备石料；抛石；平整作业；石块表面碾压作业；检测软土层的置换质量；反滤层施工。

2.3 强夯技术

强夯技术主要是通过相应的机械设备实现对整个软土层的猛烈冲击，从而使软土层的物理结构发生明显的变化，改变软土层的强度、密度、收缩缝隙等。但在实际应用强夯技术的过程中，对使用条件有一定的要求，只有软土的含水量在38%以下才能使用，否则强行使用强夯法并不能有效改变软土的物理结构，这就要求施工单位在强夯法使用之前对软土层的含水量及气体情况等进行全面的检测。施工单位在明确掌握了软土层地质的数据信息后，应针对性地采取必要的基础强化手段，改变区域原有地质土层的结构，提高其整体的稳定性与承载能力。现阶段，强夯法是软土层施工作业中最为常见的工程手段，实施过程十分简便，夯实效果良好，且成本投入较少，适用范围较广。应用强夯法的过程中，施工单位需要结合实际的工程要求及具体的岩土勘察资料完善设计与规划。开展强夯作业时，施工单位需做好对强夯作业各项相关参数的试验与设计，并实时关注施工区域土层的变化情况，对已完成强夯作业的区域进行检测，避免强夯施工作业存在遗漏与失误。强夯技术实际施工流程见图1。

图1 强夯技术施工流程

期间要注意，切忌一开始就使用重型车辆进行碾压，逐步提升重量才可以将蕴含在土壤中的水分及气体充分排出。经检测，土壤中的水分及气体含量降低之至5%以下时，可停止碾压工作。

2.4 化学加固法

化学加固法的类型主要有：粉喷桩、旋喷桩、注浆、硅化法等。采用化学加固法处理软土地基时，应针对目标软土层选择硅酸钠溶液，主要原则是选择浓度适宜、黏性较小的类型，使其能够快速渗入软土空隙，硅酸钠溶液与黏土相互凝结，软土在其中主要起到黏结剂的作用。此举能有效提高软土的硬度，填充软土土壤内部的空隙，进而改变软土层的性质。化学加固的原理为：将浓度10%～15%的硅酸钠溶液与浓度为2.5%的氯化钠混合，形成混合溶液，溶液中的钠离子会与软土中水溶液盐类中的钙离子产生互换的化学反应，即在软土颗粒表面形成硅酸凝胶薄膜，从而有效促进软土颗粒之间的连接，并填充颗粒之间的空隙，使软土层经过处理之后能够形成良好的抗水性及稳定性，降低目标软土层的渗水性能，消除湿陷，提升其整体承载能力。该方法主要适用于地下深度不超过3.9m的软土层，如果软土层的深度过大，溶液就无法有效渗透，加固效果也会大打折扣。相较于其他软土地基处理方法，化学加固法的应用不是十分广泛，主要是因为化学元素或多或少会对土壤造成不同程度的破坏。因此，在进行软土地基处理时，施工团队需要综合考量多方面因素，慎重决定是否适合采用化学加固法。

2.5 预压处理法

现阶段，我国建筑工程在实施过程中不仅要考虑地质因素的影响，更要对施工区域原有的地下埋管及其他地下基础工程进行具体的勘察与分析，尤其是城市内部的建设项目，很多施工区域无法使用强夯法进行作业。因此，为提高软土地基处理效果，很多施工单位采用预压处理技术来强化软土地基结构。预压处理技术有多种类型，以真空预压模式为例，其借助真空压差减压，对施工区域地层进行强化，将地层中原有的水体排出，该模式的整体作业投入成本较低，处理效率很高，且工艺技术可控性强。该方法主要是在目标软土层中设置竖向排水通道，然后在软土层表面铺设砂垫层，在初期使用不透气的薄膜进行覆盖。借助抽气机使薄膜下形成真空状态，且真空所形成的负压会沿着竖向排水通道向下方传递，土体与竖向排水通道之间的不等压状态又会使负压向土体中传递，在负压的作用之下，软土颗粒缝隙之间的水会逐渐渗透到竖向排水通道，从而达到排水固结、强度土体增强的效果。真空预压法具有施工安全、工期短、费用低、对环境影响较小的特点，且能有效改变软土地基的性质，有效保护原有地基的完整性，从而被广泛应用在公路、桥梁、机场、工业及民用建筑的施工中。使用真空预压对软土层进行加固的过程中，可能会产生垂直沉降及侧面的水平位移。因此，在实际应用之前应通过全面的测量及分析，明确预压处理技术的应用是否会对周围已有建筑、公路、桥梁等形成影响。真空预压施工流程见图2。

图2 真空预压施工流程

2.6 砂石桩处理法

砂石桩处理法也是一种较为成熟的软土地基处理手段。采用砂石桩处理法，借助专业的机械设备与砂石材料，可将地基土体压实，从而提高土层的整体承载能力。简单而言，砂石桩处理技术以提高土层密度为主要目标，可快速完成对松散砂土、丝质土以及填土区的处理，可削减原有土层的压缩能力与孔隙比。施工单位采取砂石桩处理技术时，应注意对建设区域周边环境与建筑物的具体分析，一旦发现隐患应及时进行调整施工方案，针对地质情况的具体变化采取相应的补偿手段，从而保证工程建设质量与效率。水泥粉煤灰碎石桩形成的复合地基可大幅度提高软土地层的承载能力，大大降低钢材与水泥材料的消耗，能有效控制工程造价。应用水泥粉煤灰碎石桩进行软土地基处理要做好前期的试验工作，检查桩体质量，若桩体自身存在质量问题，则难以起到预期的工程效果。