公路桥梁施工中软土地基施工技术的应用分析

2022-11-02卢宏

运输经理世界 2022年12期

卢宏

（景德镇市公路事业发展中心，江西景德镇 333000）

0 引言

当前，我国许多地质构造较为复杂的地区对于公路的建设需求较大，建设质量要求较高。比如，东南沿海地区的水域较多，建设一条公路可能需要同时建设许多公路桥梁，而当地的地基多为难以利用的软土地基。软土地基的强度较低，含水性能较强，比较容易沉降，对公路桥梁施工增加了不小的难度。为了更好地保障公路桥梁的稳定性和承载能力，施工单位要选择合适的方法对软土地基进行相应的处理。如果处理不当极易导致地基产生大面积沉降，造成公路桥梁断裂或者坍塌，严重危害人民群众的出行安全。因此，研究公路桥梁施工中软土地基施工技术的应用具有十分重要的意义。

1 软土地基的特点及危害

1.1 软土地基的特点

软土地基是指强度低、压缩量较高的软弱土层，大多分布在河湖等水系密布的地区。其具有以下几种特点：一是压缩性高。软土的间隙比较大，含有丰富的水分，而且土里还有许多微生物，使得其压缩性比较强，一般情况下难以保持长期稳定的状态。二是渗透性比较差。软土地基土壤大多具有一定的黏性，存水能力较好，所以对应的透水性就较差，几乎无法透水，对其进行处理时难度非常大。三是软土地基具有触变性。许多软土的形态呈现出絮凝状，且具有一定的结构强度，当受到来自外部的力量后，强度便会有所降低，甚至会变成稀释状态。软土地基在受到外部压力后，会出现侧面溢出的情况，便是触变性的表现。

1.2 软土地基的危害

软土地基的特点决定了其会对公路桥梁产生比较严重的危害。根据相关研究表明，软土地基产生的危害大致可以分为两种：一是浸水沉降问题。软土地基本身的含水量较大，公路桥梁的基底会出现浸泡在水中的情况，水分渗入地基，土壤中的水分饱和，加上建筑物本身和路面行驶的车辆向地基施加了一些压力，导致路面产生沉降问题。二是剪切拉裂问题，软土地基本身的抗剪强度较差，相应地也会降低公路桥梁的抗剪强度，导致公路桥梁很难承载路面车辆行驶带来的压力，进而使得地基内的土向侧边滑动，引发路堤坍塌问题。以上两种问题不仅严重影响了公路桥梁的运输安全，也大大增加了公路桥梁维护的难度和成本。

2 软土地基处理技术在公路桥梁工程施工应用中存在的问题

2.1 处理技术的发展受到工程机械的制约

近些年来，我国各种施工机械在不断更新换代，但是部分公路桥梁工程施工时仍采用一些老旧的机械设备，严重制约了新型处理技术的应用，使得公路桥梁的施工质量无法得到很好的提升。一旦施工中应用的机械设备比较落后，很可能降低软土地基的处理效果，甚至埋下一些安全隐患，降低公路桥梁整体工程的质量和稳定性。

2.2 施工人员未能充分分析软土地基的具体情况

软土地基的类型和公路桥梁修建的地理位置是选择处理技术的重要影响因素。针对施工环境的不同选择不同的施工技术和方式，如果没有因地制宜地选取施工技术，就会给软土地基处理带来比较大的困难，出现处理不到位的情况，因此施工人员要具体问题具体分析。比较常见的公路桥梁软土地基有两种：一种是黏性地基，采用压实技术的效果较好；另一种是砂性地基，采用挤密技术的效果较好。结合施工地点软土的类型和地理位置，选择合适的施工技术，并制定科学合理的处理方案，可以高质量地完成软土地基的处理。

2.3 工程设计不合理降低软土地基的处理效果

科学的工程设计方案可以最大限度地克服软土地基给工程建设带来的弊端，如果设计方案不合理会造成更大的危害。对于公路桥梁工程设计方案来说，这种影响在缓和过渡段的设计中表现最为明显。公路桥梁的建设具有明显的分段性，不同施工段的土质的力学性能有所不同，造成地基之间的强度不完全一致。为了将地基之间顺利地连接，需要设计建造一些缓和过渡段。但是过渡段的设计难度较大，一旦地基之间不能顺利连接，公路桥梁断裂或者坍塌的风险会大大增加。所以，对公路桥梁的设计需要格外重视。某公路桥梁的软土地基设计示意图如图1 所示。

图1 某公路桥梁的软土地基施工设计示意图（单位：km）

2.4 影响软土地基处理效果的其他要素

软土地基的处理效果不仅由所用处理技术决定，还会受到许多外部因素的影响。一是新建公路桥梁的周边环境。例如，引道和路堤的大小和质量会影响公路桥梁的承载力，如果路堤的建设不到位，便会对公路桥梁的地基产生负面影响。二是建造期间的温度。目前大部分公路桥梁的主要建设材料都是混凝土，受温度影响比较大，如果在公路桥梁的建设期间，早晚温差比较大，路面非常容易开裂，降低公路桥梁的整体质量和使用年限。三是公路桥梁建造的等级因素。我国按照桥梁的长度将桥梁划分为四个等级，对每一种桥梁都有明确的建设要求，等级越高的公路桥梁对于软土地基处理效果的要求越高。

3 软土地基处理技术的应用原则

在施工开始之前，技术人员要仔细了解软土地基的勘察报告，对施工场地的情况、地基的力学指标、土层和地质的分布等情况做到胸有成竹，并据此确定合适的处理技术和方案。在施工时，要遵循先重后轻、先高后低的原则，使重量较大的建筑物利用自身重力完成一部分沉降，而且要在现场做好场地固化管理，严格控制建材的堆放面积，防止因建材堆放不合理而引起的地基变形。最后是要做好施工后的保护工作，控制加荷速度，不宜在短时间内达到或者超过规定的荷载。

4 软土地基处理技术在道路桥梁施工中的应用

4.1 砂垫层处理技术

对于一些软土厚度较浅的地基，首选砂垫层处理技术，主要操作过程是在地基表面铺设垫层，或者清理地基的软土层，然后将稳定性较高的土或者石块回填到地基中夯实振密。这种技术不但可以减轻软土地基的沉降程度，还可以加速软土地基的排水固结。但是选用砂垫层处理技术要注意以下几点：一是在施工前要确定砂垫层的宽度和厚度。根据公路桥梁沉降控制的需求，既要达到规定的承载力要求，又要具备足够的宽度防止砂垫层向两侧溢出。二是换土层的厚度，避免扰动下卧土层。在使用机械挖掘软土时，可以留有一定高度的软土采用人工挖掘的方式进行清理。三是回填材料必须具有良好的振实加密性能，避免含泥量高的材料进入施工现场。所以，施工单位必须严把材料采购关，确保施工中用到的原材料均符合国家相关的质量要求。四是在施工完成后，要及早进行下道工序的操作，否则，要及时进行围挡和遮盖。

4.2 化学加固处理技术

化学加固处理技术指的是运用特制的机械设备，将石灰、水泥或者其他的化学材料与软土进行混合，产生的化学反应可以有效吸收软土地基中的水分，提高地基的抗压性能。而且，化学材料和软土混合后形成的土层可以有效防止水分渗透和地基沉降，为后续公路桥梁的修建奠定了良好的基础。化学加固处理技术的适用范围较广，但是对于有机质含量较高以及硫酸盐含量高的土层，其加固效果较差。常见的化学加固处理技术有以下几种：一是硅化加固处理技术，是指通过金属灌注管将硅酸钠溶液注入地基，或者将硅酸钠和氯化钙先后分别注入地基，成本较高。二是碱液加固处理技术，是指将碱液注入地基，碱液和土发生化学反应后，土壤自行胶结，从而增强了软土地基的稳定性。为了提高处理效果，可以将碱液的温度适当升高后，再将其注入软土地基。三是电化学处理技术，是指在软土地基中插入一些金属电极杆，并导入直流电流，让地基中的水分从阴极排走，从而提高土壤的固结程度。但是这种技术过于昂贵，要先进行测试，才可大面积投入使用。此外，在应用以上几种化学加固处理技术时，需要注意的是，确保地基内没有大石块、树根以及管线等障碍物，以免降低处理效果。

4.3 排水固结技术

排水固结技术是指在软土地基中设置竖向排水井，然后在地基表面进行施压，让软土地基中的水分通过竖向排水井流出，降低土层里的孔隙比，提高地基的强度和固结程度。因为软土地基的土质本身具有胶结功能，所以通过排水碾压的方式使得软弱泥自动横向固结到一起，进一步提高了地基的抗剪度。该技术可以使沉降提前完成，所以经常被用在软土地基的土质具有一定的黏性以及土体饱和的情况，如沼泽或者淤泥质土等，一些软土地基的渗透性较差，则不适用。

4.4 管桩加固技术

4.4.1 碎石桩处理技术

碎石桩处理技术是指将地基中的部分软土用碎石桩进行替换。这种处理技术比较简单，工程量比较少，施工成本也比较低。在采用这种处理技术时，首先要划定需要处理的土层范围，运用钻机或者爆破的方式打孔。其次，向孔内填入碎石，并进行压实形成碎石桩，和原有的软土地基融合，提升地基的承载能力。在实际操作过程中发现，碎石桩处理法对于提高土壤的排水能力以及控制沉降速度等方面具有显著的效果。

4.4.2 混凝土桩技术

混凝土桩技术是指在施工现场桩位上钻孔，然后在孔内灌注混凝土凝结成桩体。这种技术适用于多种软土地基，而且不受生产模具的影响，可以建造直径更大的桩体，增强软土地基的稳定性。此外，施工产生的噪声和震动较小，对周围环境的影响较低，缺点是在泥水中灌注混凝土，成型后的桩体质量难以控制。

4.4.3 钢筋混凝土预应力管桩技术

钢筋混凝土预应力管桩技术是指采用锤击、静压等技术将预制桩放置到指定的位置。该技术具有较强的技术优势，在增加地面稳定性系数等方面也有着十分突出的成效，可以在保证工程质量的同时，缩短施工周期。此外，该技术还可以提高公路桥梁施工的机械化程度，规避因为施工环境潮湿带来的混凝土质量不稳定的情况，降低受力导致的变形概率，大大提高施工质量。

4.5 强力夯实技术

强力夯实技术是指应用强夯机器设备将重锤提升到一定的高度，然后让重锤自由落下，把地基中的软土夯实，这是最经济、最有效且处理速度快的一种技术，适用范围较广。工作原理是重锤对软土地基产生相应的动应力，土壤在重锤的冲击力下也会产生压力和冲击波，使土壤之间的间隙变小，形成自然的排水通路，方便软土地基中的水顺利排出，使土壤快速进入固结状态。但是在采用强力夯实技术时要注意以下几点：一是加强安全保障措施，保证施工人员的安全。二是施工时尽量避开冬季，以免影响施工效果。三是在施工过程中，会产生地基震动，虽然对周围的建筑没有损伤，但是其噪声会影响居民的日常生活，因此要注意建设地点距离居民区至少间隔50m 以上。

4.6 加固塑料排水板技术

加固塑料排水板技术是在我国兴起的一项新型处理技术，是指将特制的塑料板芯和滤膜形成渗水孔的塑料板，用插板机插入土中，然后在其上部施加压力，让地基中的水分沿着塑料排水管排出。但是采用该技术要注意，场地必须保持整洁，防止杂物堵塞渗水孔。该技术具有断面较小，施工时对地基的扰动较小，质量容易控制，成本较低等特点。采用该技术处理软土地基前后的对比图如图2 所示。

图2 软土地基处理前后的排水路径对比示意图

4.7 加筋处理技术

加筋处理技术是指在地基的土层中加入具备一定刚性的物质，以改善地基的力学性能，增强其稳定性和承载能力，通常被用在沉降量较低的区域。加筋处理技术对于各种地基的适应性较强，具有较好的抗震效果。但是在应用加筋处理技术时，要注意节约能源和环境保护，避免因为地基处理工作，污染周边的水资源。要严格把控原材料的质量，防止因为金属材料锈蚀或者聚合材料老化，影响软土地基的处理效果。