软土地基桥梁隧道施工技术改进研究

范玲玉

(甘肃省交通科学研究院集团有限公司 甘肃 兰州 730050)

桥梁隧道工程施工建设有着较高的难度，其现场作业会受到多种来自内部因素与外部因素的影响，不仅会在一定程度上加剧作业风险，还会影响隧道的稳定性。现阶段，大部分桥梁工程在建设过程中会遇到软土地基，地基承载力严重不足，无法保证桥梁隧道的稳定性要求与相关安全性标准。对此，为更好地实现桥梁隧道工程目标，建筑企业应高度重视施工建设过程中结构的加固性，进而提高工程整体施工效果。

1 软土地基及其特点

1.1 软土地基概述

软土地基通常是指一种土质在地层构造中的各个区域所占比例都较大，因为在不同地区土壤的内部都存在着很大的缝隙，所以土壤具有较高的黏性、较小的稳定性。由于外界的天然剪切力，在不同的地区土壤中所形成的地貌结构往往缺乏一致密度，尤其是在河床土壤岩层中由于受地下水的作用会使其增加一定的含水率。这样的土壤并不具备极高的荷载能力，无法达到大桥隧洞的建造达不到较高的技术要求。

1.2 软土地基特点

软土地基中土壤致密度比较差，其颗粒形态存在大的裂隙现象，一般含水量较大的地形低洼区域这类土壤居多。软土地基的土质在一般状况下的含水量都相对较大而处于暂停状态，如果不能妥善解决则极易出现沉降。要对施工方案进行调整完善，避免公路桥隧结构出现损坏，发生严重的安全事故。软土地基不仅具备这些特性，同时产生很大的灵敏度，一旦发生破坏，产生的应力就会出现不可逆的强度衰减情况。

2 软土地基对桥梁隧道工程的影响

2.1 容易造成路面侵蚀

由于软土地基具有特殊的结构性质，在桥梁隧道工程施工中如没有及时对软土地基进行相应处理，将会导致桥梁隧道的结构裂缝大大增多。一般情况下，在路桥隧道的施工过程中，其水泥、碎石都是必不可少的建材，但由于这两类建材的性质都相对特殊，抗雨水侵蚀的能力也相对薄弱，这就很容易造成在不同的建材基础上开展的路桥隧道工程中出现道路、桥面侵蚀严重的问题，尤其是降雨较多时，其路面、桥面会遭受到较为严重的侵蚀，进而造成大面积破碎。

2.2 造成桥梁基体变形

软土具有一定的流变性，这会让软土遭受长时间荷载作用后，即便处于荷载稳定的基础上，也会面临变形的情况。随着时间的流逝，土壤骨架黏滞蠕变越来越明显，这就势必随着软土地基的剧烈变化，根据工程实践经验证明，在土壤中熟料颗粒浓度较好的前提下，这种变化情况越来越明显。尽管在蠕变抗力的频率比较下，但土的剪应力值的不同也会对蠕变抗力频率产生一些干扰，所以在土木工程中应对土壤剪应力值、蠕变抗力频率间关系的研究给予高度重视。工程实践表明：当材料内部应力小于不排水或剪切能力的50%时，材料总体上是减速或蠕变，并维持在一定的情况下；上应力值超过了不排水剪切的70%以后，稳定蠕变速率就会维持在一定的条件上，而稳定蠕变则将逐渐上升，直到完全打破。但是，一旦在桥梁的施工中发生了软土地基情况，不仅必须重视排水胶结的作用，同时还必须加强对稳定性蠕变情况的分析工作，以便更合理地对桥梁基体的情况做出处理。

2.3 容易造成路面硬化

对于软土地基相关问题处理不当，会导致工程表面出现硬化问题。软土地基缺乏一定的稳定性，缺少强有力的抗载与抗压能力。同时，若建筑材料没有稳定性，将对水泥的稳定性产生干扰，造成水泥失去稳定性。如果在施工时使用了没有稳定性的水泥材料，极易造成工地路面发生大量的裂缝和硬化情况，严重危及工程的整体质量。

3 软土地基桥梁隧道施工技术

3.1 施工准备

根据软土地质的公路桥隧施工前应与实际施工现场情况有机地组合，从以下3个角度采取相应措施。

（1）实地记录，亦即利用一些较现代化的仪器对构筑物的现状进行详细的分析，并加以标注。标注基础施工在进行时，根据在软土地基上的建筑物结构与周围状况加以勘测，以便于判断存在的安全隐患，以及进行有关软土地基处理的技术措施等。（2）由于根据现场要求和采取正确的地基开挖技术，在进行软土地基的具体实施时存在着一定的技术问题，主要是由于软土地基的强度普遍较小，从而造成了这些设备无法正常进入施工现场。但通常条件下不同地块的规模也一般大，给建方所提供的临时便路又无法承载大中型的设备，从一定意义上又增加了机械设备配置的操作困难。以此为基础，进行软弱地基建设中，需要事先针对软弱基础的认真勘察设计，判断各项设备的强度，并选用最适合的措施技术。（3）对基础负荷水平可实施相应的控制。因为基础荷载测量与建筑质量和施工时间都存在着十分紧密的联系，所以当前触探仪一直是使用较为普遍的一类设备，可以对各地段基础荷载水平进行测量，但一旦在测量过程中出现了不能满足施工要求的地基承载能力，要及时向相关机构特别是设计部门进行反映，与施工测量相结合对方法进行处理。根据需要选择预处理方式，并进行二次测试，对数据认真录入，防止弄虚作假，使可能出现的潜在隐患得以合理预防，为桥隧工程建设效果和产品质量提供有效保证。

3.2 预处理施工技术

3.2.1 预支护

预支护通常也指在施工地基时进行适当的保护管理方法，在施工时的具体措施主要包括以下几个方面。

（1）管棚。在根据制定的施工图纸加强了施工控制后，在指定孔中安装了钢管的管棚，或使用管道注浆方法，若需要进行钢筋直径的补强，则可以将钢筋直径笼的放置在钢管上部，增加了钢筋直径强度，从而能够形成更加稳固的管挡结构，为管挡的围岩提供良好的支撑力，也因此减少了在施工过程中出现的坍塌现象。（2）小导管。由于在施工过程中的巷道围岩虽然软弱但存在着一定安全性问题，如管棚尺寸和结构上也存在着一定的局限性，所以在加固施工时通常都会采用较为简单的小导管方法，在巷道等保护围岩的施工上也较为普遍，只不过在技术层面上并没有太高的要求。（3）锚杆法方面。在公路桥隧施工中，如果发生了较大规模的施工塌方等危险情况时，最常见的技术方法便是锚杆法。

3.2.2 预加固

在预加固的施工中，采用地面注浆施工方法的工程比较常见，但实际施工中通常包括两类：一是地表注浆材料，通常使用于较大砂量的不同部位土质上，并需要特别注意泥浆问题；二是洞中钻孔注浆材料，即利用先进设备向洞道内灌注具有良好稳定性的胶状材料，填充应用的泥浆固化后能使巷道围岩硬度得以提高。

3.3 加固处理施工技术

3.3.1 挤密压技术

使用石灰浆填堵可以降低软土地质的含水率，并使土壤产生的病害得到及时处理。石灰浆和水因容易产生化学反应而迅速膨胀形成一定的挤压，起到挤压效果，使软泥提高承载能力。该工艺无须较多材料，简单灵活的方法获得应用。

3.3.2 分层填土工艺

分层填筑物技术，主要是在桥隧的施工过程中开挖软弱土质，以补充建筑材料满足施工需要，为建筑物增加了刚度。但由于在施工过程中部分软弱土土质发生了膨胀，因而降低了刚度，与当时对建筑物的施工规范规定出现了一些偏差，也因此减少了施工时要求安全系数的增加。但是，在施工过程中为使工程提高高度，避免建筑物产生倾斜，施工所用的换填砂石应具有符合施工需要的硬度、稳定性。该环节设计主要运用分层填土工艺，避免裂纹在换填时产生，给设计密度带来保证，使负荷水平有所提高。

3.3.3 表层排水技术

为避免软土地基桥梁隧道施工中的土质黏性影响工程，可对排水物质添设，使地基提高负荷。一般条件下，砾石作为增加的主要材料，形成砾石层对地表水排除非常有益，为工程建设奠定良好基础。另外，软土地基土层的冲刷作用可以有效防止土壤的沉降，给开挖效果带来保证。

3.3.4 塑料排水管处理工艺

在桥梁隧道项目的现场施工时，必须首先对软土地基进行处理，因为塑料排水管处理具有很多种不同的形式，使其在软土地基的设计时对于预压载荷的控制条件得以实现，在塑胶管内通过相应的气体、冷却水，提高软土地基的凝固效率。软土地基内的气体和水分的比相对偏大，因此采用排水板时要把土壤内产生的水分、气体排除于塑料管外，这样使土壤的实际承载力大大提升。

3.4 地基换填技术

桥梁隧道施工对软土地基进行换填处理时要确保所使用的换填材料符合建筑结构的施工要求。所谓的地基换填处理技术主要是指通过对土质进行换填来保证地基的基础强度与承载力度，从而提高桥梁隧道的总体力学性能。地基换填处理技术作为一项较为基础的处理技术，在设计换填方案时需依照土质勘查报告以及土壤质检报告进行综合的考量，设计出与桥梁隧道施工现场相符合的施工方案。施工单位要确保换填材料的相关性能符合换填需求，当换填材料进入施工现场时，相关人员应对其进行采样，并进行检验，保证所使用换填材料的力学性能，进而加强地基的基础质量。在工程施工的过程中，一旦出现不符合标准的土质层要及时挖出，之后将准备好的材料换填到原本的土质层位置上，通常是利用砂石、碎石这种稳定性较强的材料，最后将所换填的土质层进行压实，并通过灌砂法检验土质层的压实度。地基换填处理在一定程度上减少了软土地基对桥梁隧道结构所产生的影响。另外，由于地基换填的施工成本相对较高，所以施工单位应选择一些性价比较高的换填材料，以此降低施工成本，提高建筑资金的利用率，从而保证桥梁隧道整体的施工质量有所提升[1]。

3.5 强夯法

桥梁的工程对软土地基问题的解决方法中，强夯法一直都是非常有效的处理方法，在具体的工程建设作业中，大多会通过对软土地基的反复务实和锤打，来改变软土地基的稳定性，使软土地基的承载力大幅增强。在对软土地基的夯实处理时，通常需要借助专业的压路机和夯实设备来完成，土层内的物质孔隙就会减少，土壤也变得更加密实。随着强夯法在桥梁隧道软土地基处理领域中的普遍使用，从20世纪70年代开始才逐渐大量引进我国，尤其是在山西、天津等地的桥梁隧道建设中，使用效益更是突出，尽管工程的土壤处理成本相对偏低，但强夯法却一样面临着相应的技术应用限制，即使在土质黏性差和水分较大的软弱土壤上，通常也不宜采用这些土壤处理方法[2]。

3.6 表层排水技术

软土地基由于含水量过多而有着较低的结构强度，为了降低其含水量，提高结构强度，需要利用表层排水技术。表层排水技术的原理是在填筑浅表层软土路基前，在路基范围内开挖沟槽，并控制好横纵沟槽的间距，将地表水排出，从而达到减少浅表层软土含水量的目的。为了充分发挥出沟槽的排水作用，需要选择透水性好的材料进行回填，比如碎石和较大的沙砾等，确保路基施工达到要求后回填沟槽。这项施工方法具备简易、作业方便、成本低、效益突出的优点，可以短期内实现良好的排水效益。表层排水方法的实施要求与过程如下。

（1）进行场地勘察和准备，根据软土地基的厚度确定施工方法，提供建筑材料与机械设备。（2）最大程度地利用施工区域的坡度和自然地形，从而达到自然冲刷的效果，这样增加了排水沟的效果，同时避免沟槽淤阻，增加排水效率。沿着已施工路线的中间进行纵向盲沟，横向盲沟的长度要有10～15 m左右的高度，壕沟的深与宽度约为0.5～1 m。为了增强沟槽的排涝作用，应缩短沟槽的长度，防止在部分沟槽被拦截后对整体的排涝效果造成影响。（3）施工沟槽要尽量采用小型设备，防止过度破坏软土组织。在沟的下方敷设防水层，沟内安装排水系统[3]。

4 软土地基桥梁隧道施工技术改进措施

4.1 软土地基处理施工监测

为了提高桥梁隧道施工的中路堤施工的可靠性和安全性，必须对实际施工沉降情况做出准确预报，使沉降量控制在最适宜的范围内，而下降的重点应在实际路面中心、路肩、坡趾等的基底部位上，安装沉降板。另外，道路还必须进行稳定性检测，主要是进行对道路的边桩平面情况和土壤地表隆起量检测，每一段道路的纵向均按100～200 m 的长度设置了适当的检测断面，在桥梁的路口处也应设置了2～3 条检测断面。但需要注意的是，移动观测点一定要在设置路堤二侧挤，边沟外侧要和实际要求相结合，并与预测可能会出现滑裂面与地面实际切面的部位相结合设置对应的测点[4]。

4.2 加大施工勘测、塌方预防力度

防治地质隐患可以从根源上保证桥梁隧道建设的安全性，但这就必须加强施工勘察、塌方防治工作，主要可以通过以下几点来进行。

（1）加强桥梁隧道工程施工范围内的水文地质勘察工作。桥梁的工程在开始实施之前必须对建设区域内的水文数据资料情况进行全面了解，并以此当作重点制订科学、合理的施工方案，特别是对山区范围内的隧道桥梁施工，应对其地质的复杂性予以系统性考量。（2）对施工设计加以完善。造成施工塌方的不良事故有着诸多因素，最重要便是隧洞施工，隧道在施工过程中会实施开挖、爆破的各种作业，这种施工可能会改变地质构造从而导致坍塌。所以，在现场的施工活动中对于安全工作更加注意，确保开挖、爆破和现场施工进行的安全、正确。在进行爆破作业时，建设单位须及时进行支护工作[5]。

4.3 加强给排水施工技术

桥梁隧道工程在施工过程中，防排水工作占据着极为重要的地位，需要与营运排水工程进行联动。其桥梁隧道项目施工的防排水工作应遵循防、排、截等一系列全面治理的基本原则并加以落实。由于软土地基的硬度相对较小，承载力也相对较差，且内部含水率也偏高，因此必须与供水措施做好有效结合，在第一时间内把相应水分全部去除，以保证桥梁的基础施工质量达到相应标准。当大桥隧道工程人员在真正进行施工时，要结合现场地质、水文条件等实际情况，提出正确、合理的抗排水措施计划，并针对施工设备、施工方法等的具体状况，确定了没有对施工人员工作产生干扰的抗排水措施计划[6]。

4.4 加强胶结处理技术

软土地基桥梁的结构也需要采用胶结的处理工艺，通过选用胶结材料，可以提高软土地基的结构稳定性。当前最常用的胶结型建筑材料是混凝土，由于在建设活动中通过合理、正确地应用混凝土材料可以达到最有效的反应机理，因此目前采用胶结类建材的技术方法主要有二类，分别是混凝土搅拌桩、砂浆法。混凝土搅拌桩通常应用于含水率比较高的水泥结构中，在使用时能够达到良好的抗剪效果，但在实际应用工程中需要严格地把控水泥的数量，为了防止因数量不够而降低反应效率，需要完善的反应机理，其处理的效果才能够良好。对软土地基处理的应用，灌浆法主要是通过向软土地基中灌注胶结物质，使其在软土地基中产生优异的胶结性能，并借此来提高地基本身的稳定性。在应用灌浆法时，要合理配置灌浆材料，确保泥浆能在土体结构中发挥自身的价值。在实际的实践过程中，应对现场实际的情况进行综合分析，并实施对应的给排水工作。一旦要求做出改变，要适时对各方单位开展合作研究，确保场地给排水操作质量有效实现，确保软土地基处置项目顺利开展，保证地基的质量符合有关标准的要求[7-8]。

5 结语

综上所述，大桥隧道的施工情况较为复杂多变，在软土地基中选用合适的施工技术将显得尤为重要，这不仅直接关系工程效益与质量，也将对桥隧牢固性与行车安全造成一定程度的危害。该研究根据软土地基的结构特性，更深层次地研究了可行性的方法。针对软土地基道路桥隧建设的特殊情况，应深入开展相关技术研究工程，对软土地基结构的保护措施使其进一步增强了稳固度和承载力，同时探讨进一步提高结构施工技术的可行途径，为提高桥梁隧道工程建设质量和施工安全水平提供了有效保障。