软土地基处理技术在路桥施工中的应用

2023-07-30刘探勤

建材发展导向 2023年11期

刘探勤

(山西四建集团有限公司，山西太原 030006)

市政路桥工程施工过程中，软土地基较为常见，此类地基土质多为软性黏土或淤泥，如未能有效处理则可导致市政路桥工程的强度及稳定性降低，并可诱发桥梁工程变形或垮塌，严重威胁交通安全。现阶段，市政路桥工程施工中软土地基处理技术日趋多样化，施工人员需结合工程实际情况，合理选择适宜的技术方案，以提高软土地基的处理效果。

1 软土地基的特点分析

软土主要指孔隙比例大、压缩性强、抗剪强度低、含水量高的细粒土，多为湖沼、谷地、滨海等区域沉积的土壤。软土地基的主要特点如下：1)高压缩性。软土地基孔隙比大于1，容重偏小，含水量较大，土壤内部含有大量腐殖质及微生物，因此具有较高的压缩性，且长期无法达到稳定状态[1]；2)透水性较低。软土地基透水性较低，垂直层面透水性接近为0，排水固结难度较大，可导致市政路桥沉降时间延长；3)抗剪强度低。软土地基抗剪强度较低，需在施工前通过试验检查其抗剪强度是否符合相关标准要求[2]；4)流变性。软土地基具有较强的流变性，特定载荷作用下可持续产生变形，强度逐步降低；5)触变性。软土地基属于絮凝状沉积物，受外界扰动影响，其内部结构破坏，强度显著降低，极易产生沉降、侧滑等问题；6)不均匀性。软土地基在垂直方向及平面密度差异较大，如未能有效处理，可诱发不均匀沉降等问题。

2 软土地基处理的基本原则

市政路桥施工过程中，处理软土地基需遵循以下原则：1)依据市政路桥施工质量要求确定处理方案。不同市政路桥工程对平整度及稳定性的要求存在较大差异，针对高等级市政路桥工程需预先采取强力软土地基处理措施，最大程度上减少沉降等问题。针对低等级市政路桥工程，可采用加载等技术使软土地基发生沉降，待沉降结束后进行施工[3]。同时，施工人员也可依据市政路桥工程的形状选择适宜的处理措施，以提高处理效果；2)因地制宜。不同地区土质存在较大差异，施工人员需遵循因地制宜的原则处理软土地基。比如施工区域为粘性土，可采用压实技术处理，且在施工过程中需减少地基扰动，以维持地基的整体性。施工区域为砂性土，可采用震动压实、砂桩等挤压技术处理[4]。土层较浅的区域可采用换填技术，土层较深的区域可采用固结技术处理；3)充分考虑周边情况。施工人员需结合周边情况选择适宜的软土地基处理措施，以避免影响周边建筑稳定性。

3 市政路桥施工中软土地基处理技术

3.1 表层排水技术与深层排水技术

软土地基含水量较高，在处理过程中需采取有效的措施排除多余水分，以提升地基的整体承载力。表层排水技术可提升软土地基的稳定性与固结性能，具体操作中需在软土地基上合理布设砂垫层，砂垫层可对软土地基产生较大压力，配合采取排水措施，可显著降低软土地基的含水量，加速软土地基固结与沉降，确保施工作业的安全性与稳定性。深层排水技术也属于软土地基常用排水技术，施工人员需采用挤密技术及排水井将软土地基中的水分排水。具体操作中，施工人员需将挤密装置置入软土地基中，通过排水井将水分抽出，以加速地基排水固结。深层排水技术不得单独使用，需配合其他软土地基处理技术使用，以提升软土地基的稳定性[5]。

3.2 粉喷桩技术

粉喷桩技术操作过程中，施工人员需采用特点设备在软土地基适宜位置钻孔，通过压力作用将固化剂压至软土地基中，使软土地基中的水分与固化剂发生化学反应，继而降低软土地基的含水量，促进软土地基固结。粉喷桩技术采用的固化剂多为水泥与石灰，施工人员需合理控制掺入比，并依据桩强度选择水泥。如桩强度低于1.5MPa，可选择325号水泥，如桩强度高于1.5MPa，可选择425号以上水泥[6]。同时，为提升固化剂的流动性，施工人员可适量掺入石膏、硫酸钠、减水剂等材料，且在施工前需清理场地，保证作业空间充足，检测软土地基的含水量及土质，以便于合理选择固化剂，促进粉喷桩固化效果提升。

3.3 堆载预压法与真空预压法

堆载预压法需在市政路桥工程施工前采用不低于设计荷载的填土荷载，使软土地基预先完成固结与沉降，如软土地基强度符合设计要求后，施工人员可将荷载卸下，并修筑路面。堆载预压法可提升地基强度，避免工程投入使用后产生沉降，且施工过程中采用路堤填土为堆载，成本低廉，具有较高的推广价值，施工操作过程中，施工人员需分级分层施加荷载，严格控制加荷速率，以避免地基剪切损坏。堆载预压法操作相对简单，无需特殊施工材料与机械设备，但工期较长，为此可联合其他方法共同处理软土地基。

真空预压法需在软土地基内部设置塑料排水板或砂井，并在地面设置砂垫层，上方覆盖密封膜以隔绝空气。将真空装置与预先埋设于砂垫层中的吸水管道连接，抽出软土地基中的气体，排出膜内部的空气，使膜内外产生气压差，气压可作用于软土地基，继而提高地基强度。真空预压法无需使用堆载材料，预压时间较短，操作简单，无需大型机械设备，可应用于大面积施工中[7]。

3.4 反压护道法与搅拌桩法

反压护道法需在道路主路堤双侧填筑特定高度与宽度的护道，以提升路堤的稳定性，进而达到抗滑平衡的效果。反压护道法操作中，施工人员需控制护道高度为路堤填土高度的30%～50%，无需控制填土速率，可通过机械化的方式迅速完成路堤填筑，其主要缺陷为施工过程中土方量过大，占地面积较大[8]。

搅拌桩法属于软土地基胶结处理模式，施工人员需采用石灰、水泥等材料作为固化剂，利用深层搅拌机械强制搅拌深层软土与固化剂，通过软土与固化剂的理化反应，使软土地基固结形成水稳定性、强度、整体性符合要求的地基，继而减少地基沉降总量，提升其承载力。搅拌桩法可将软土地基转变为复合地基，桩与软土共同承担地表载荷，其主要特点为操作简便，施工耗时短，可实现深层软土地基的有效处理。

3.5 强夯法与换填垫层法

部分市政路桥施工区域地基以软弱粘性土为主，孔隙较大，含水量处于特定范围内，施工人员可采用重锤夯实地基。强夯法利用巨大冲击力作用于软土地基，可产生较大的冲击波与压力，使土体孔隙产生压缩，夯实点周边可形成排水通道，软土中的水分与气体可顺利排出，土体可在短时间内固结，地基压缩性显著降低，承载力显著提高[9]。

如软土地基中软弱土层厚度较小，施工人员可挖除软弱土层，填充强度及稳定性良好的材料，继而达到换填垫层的效果。换填垫层法最佳处理范围为2～3m，如厚度过大则需采取其他处理方法。

3.6 加筋路基法

如路堤沉降量较小，施工人员可利用土工布隔垫阻断路基与软土地基的测量位移，提升侧向约束力，进而降低应力，提升软土地基的稳定性及刚度，使表面载荷均匀分布，促进横向排水[10]。

3.7 化学加固法

化学加固法为市政路桥施工中常用的软土地基处理技术，施工人员需将水泥或其他类型的化学材料加入软土地基中，土体与加入的化学材料发生反应后，可排出内部水分与空气，形成承载力较高的复合地基，进而实现对粉土、淤泥粘土、粉质粘土、砂土等软土地基的有效处理。化学加固法主要包括粉喷桩、旋喷桩、水泥土搅拌法、注浆、硅化法等，硅化法主要采用水玻璃为主要成分的混合液加固软土，其主要特点为操作简便、加固速度快，但施工费用较高，如软土地基渗透系数偏小，则不建议采用该方案处理[11]。

4 市政路桥工程施工中软土地基处理技术应用实例分析

4.1 工程概况

某地区市政路桥工程为城市客运交通及沿江旅游主干道，地质勘查结果显示，施工区域存在大面积粉细砂、粉土、淤泥质黏土、砂质粉土、粉质粘土等，工程沿线局部区域需穿越江面，地势起伏，施工区域不规则分布垃圾场、鱼塘洼地等。施工区域地下水水位埋深为0.8～5.5m，高程为2～7.9m，地下水为潜水，地下土质分布不均，层间土厚度不一，土层呈交错分布。该工程施工区域约30%面积需实施回填，填土厚度均值为2m，局部填土最大厚度可达到4.5m，为确保工程质量，需采取有效的措施控制不均匀沉降与地基变形。

4.2 软土地基处理技术对比分析

结合该工程实际情况，需对局部软土地基实施加固处理，以确保地基沉降变形处于合理范围内。施工人员通过综合分析，提出采取石灰桩、水泥搅拌桩、超载预压与砂井固结、碎石桩、强夯法等技术处理软土地基，通过技术指标、工期及成本的对比分析如表1所示，决定采用碎石桩与强夯法处理软土地基。

4.3 软土地基处理技术

4.3.1 强夯法

强夯法主要优势为操作简便，处理效果良好，施工机械设备简单，施工材料用量少，适用范围广，费用低廉。强夯法可在短时间内将较大的冲击能量作用于软土地基，可实现砂土、杂填土、碎石土、粘性土的加固，可减少软土地基的压缩性，提升其强度。该工程施工过程中，施工人员预先挖除施工区域的淤泥，利用所在地区的砂性土、粉土实施分层回填，压实回填土并平整场地，设置排水沟。完成上述操作后实施强夯，夯点采用梅花状布置，间距为3m，夯垂为150kN。软土地基处理区域土层厚度为4m以上，需设定单点夯击能为1500kN/m，单点6～8击，完成操作后采用1200kN/m夯击能实施夯实处理，确保最后2次夯击软土沉降量为50mm以内。软土地基处理区域土层厚度为3～4m，需设定单点夯击能为1200kN/m，单点6～8击，完成操作后采用900kN/m夯击能实施夯实处理。

4.3.2 碎石桩法

碎石桩法可显著增加地基承载力，减少沉降量，提升地基抗滑稳定性，可有效处理人工填土、砂土及粉土。该工程部分区域浜土厚度为2.5m以上，有机质含量较高，软土中含有大体积石块，施工人员采用碎石桩加固地基。选用碎石桩材料为卵石、圆砾、角砾、碎石等硬质且含泥量较低的材料，材料直径控制为20～50mm。完成碎石成桩后，施工人员需挖除桩顶密度不达标的桩体，铺设砾石砂垫层并压实。