软基加固技术在道路桥梁施工中的应用分析

2023-11-21黎梓峰

运输经理世界 2023年23期

黎梓峰

（北京市政路桥股份有限公司，北京 101100）

0 引言

道路桥梁作为现代城市交通的重要组成部分，其安全性和稳定性对于行车和行人的安全至关重要。然而，由于地质条件和自然环境等原因，往往会出现软基问题，给道路桥梁的设计和施工带来很大挑战。为了提高道路桥梁的稳定性和承载能力，软基加固技术应运而生。软基加固技术是指在软土地基或不稳定地基上，采用一定的方法和措施对地基进行改造或强化，从而提高地基的承载力、抗沉降能力和稳定性的技术。

1 软土地基特征及危害

淤泥、淤泥质土及天然强度低、压缩性高、透水性小的土统称为软土。这些土都具有天然含水量较高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、强度低等特点，通常形成于河流、湖泊、海岸线等水体侵蚀、淤积过程中，由淤泥、淤泥质土、水下沉积的饱和软黏土为主，组成的软土在我国南方广泛分布，由于其特殊的物理性质和结构特征，软土地基在工程建设中常常会带来很多问题和挑战。

1.1 孔隙度高

软土地基的孔隙度通常在30%～80% 之间，这意味着软土地基内部的孔隙结构较为松散，孔隙较大，渗透性能较差。在道路桥梁施工中，软土地基的孔隙度高会带来多方面的危害。首先，软土地基孔隙度高会导致其稳定性差[1]。在施工过程中，如果未采取适当的措施，软土地基易发生坍塌、滑坡等问题。在长期使用过程中，也容易发生不稳定问题。特别是在建造桥梁和建筑物时，软土地基的稳定性差可能导致倾斜或变形，对桥梁和建筑物的使用寿命和安全性产生不良影响。其次，软土地基孔隙度高还会导致其承载能力低。道路桥梁的设计和施工都需要考虑地基的承载能力。而软土地基的孔隙度高意味着其密实度低，承载能力较差，对道路桥梁的使用寿命和安全性造成危害。再次，软土地基孔隙度高会影响其排水能力。由于软土地基孔隙度高，内部水分容易聚集，排水性能较差，增加地基的湿度，进而导致软化和变形等问题。对于道路桥梁施工来说，影响其使用寿命和安全性。最后，软土地基孔隙度高还会导致土壤的沉降问题。在建造道路桥梁时，由于施工荷载的作用，软土地基会发生较大的压缩变形，导致道路桥梁沉降，严重的沉降问题不仅会影响交通安全，还会导致道路桥梁的寿命缩短[2]。

1.2 含水量高

由于软土地基含水量高，当施工车辆和机械在其上行驶或施工时，会产生较大的压实作用，导致土体排水能力下降，进而使得软土体的抗剪强度降低，出现不稳定的情况。此外，软土地基在含水状态下容易出现液化现象，即土体在受到一定荷载作用时，失去支撑力变成液态，严重时会导致土体塌陷和沉降。液化现象的发生不仅会影响施工安全，还会对道路桥梁的使用寿命产生影响[3]。另外，软土地基的含水量高还会影响道路桥梁的稳定性。由于软土地基在湿润环境下容易软化，因此建造在其上的道路桥梁很容易发生沉降、变形，甚至失稳，不仅会影响道路桥梁的使用寿命和安全性，还会增加维护和修复成本。

1.3 抗剪切能力差

软土地基的抗剪强度一般较低，通常在0.1～0.5MPa，是其物理性质及成因所决定的。当道路桥梁建造在软土地基上时，施工所施加的荷载会作用于地基土体，使其发生剪切变形。当荷载超过土体的抗剪强度极限时，就会出现剪切破坏。这种剪切破坏形式可能是整体的、局部的、倾斜的或者错动的，严重时甚至会导致道路桥梁垮塌，危及施工安全。在软土地基上建造道路桥梁时，若不采取措施进行加固，就会出现较大的变形和沉降，严重时甚至导致道路桥梁不稳定或倾斜，影响使用寿命和安全性[4]。

1.4 压缩性高

在承受荷载时，软土地基会发生较大的压缩变形。这一特征会对道路桥梁施工产生不利影响。软土地基的压缩性高会导致建造在上面的道路桥梁产生沉降。随着时间的推移，沉降会导致道路桥梁的高程发生变化，进而影响行车安全和运输效率。特别是对于高速公路等需要保证平整度的道路，沉降问题会更加严重。在使用过程中，荷载会不断地作用于软土地基上，使其产生压缩变形。如果这种变形超过了设计允许的范围，道路桥梁的使用寿命就会缩短。另外，由于软土地基容易发生变形，一旦出现问题，修复起来就比较麻烦。需要采用特殊的施工技术和材料，也会增加维护成本。此外，在道路桥梁建设过程中，需要对软土地基进行加固处理，以保证其能够承受荷载，不仅增加施工的难度，也会增加工程的投资成本。

2 软基加固技术在道路桥梁施工中的应用

2.1 置换加固技术

置换加固技术是一种较为简单和高效的技术，其适用范围相对较窄，主要适用于土层较薄、荷载集中、地下水位较高、施工时间有限等条件下的软基。该加固技术的具体步骤包括测量、挖掘、处理基底、填料和压实等环节。相较于其他软基加固技术，置换加固技术可以较为彻底地改善软土地基的承载能力，提高道路桥梁的稳定性和安全性。此外，填料通常是比较坚硬的材料，可以有效防止地基沉降和变形，延长道路桥梁的使用寿命。然而，该技术也存在一些缺点，如需要耗费较长的施工时间和高昂的施工成本，可能对周围环境造成一定的影响。因此，在实际应用时，需要综合考虑加固技术的适用性和经济性，选择合适的施工方案。在道路桥梁施工中，置换加固技术是一种常见且有效的软基加固技术，可以在改善软土地基的同时保证工程的质量和安全[5]。

2.2 垂直排水固结法

垂直排水固结法是通过排水和固结作用，改善软土地基的工程性质，提高承载力和稳定性（见图1）。具体而言，施工时，首先在软土地基中安装一定深度和间距的垂直排水管道，然后通过注入固结材料，使管道内外的水压差逐渐增大，导致软土孔隙水向管内流动，并通过管道排出。在排水的同时，固结材料被均匀注入土体，填充孔隙空间，固结土体。随着固结材料的硬化，形成一个坚固的地基，增加道路桥梁的承载能力和稳定性。优点在于能够较为有效地降低软土地基的含水量和压缩性，提高其承载能力和稳定性。同时，该方法具有施工便利、效果稳定和经济性高的特点，适用于软土地基较为深厚的情况。但是，垂直排水固结法也存在一些缺点，如固结效果受到地质条件和孔隙分布的影响较大，施工时需要注意控制固结材料的注入量和速度，避免引起地基下沉和不均匀变形等问题。此外，该方法需要考虑地下水位和地下管线等因素，以免影响周围环境和设施的安全性。

图1 排水固接组成系统

2.3 塑料排水板加固技术

塑料排水板加固技术是一种利用高密度聚乙烯（HDPE）制成的排水板，改善软土地基的加固技术。其原理是通过排水板在软土地基上形成的通道，将地下水引入排水板内部，利用板上的小孔让水经过滤材过滤，排到排水沟中，从而降低软土地基的含水量，提高地基的承载力。首先，在施工前，需要清理软土地基的表面，并将表层土壤挖掉。其次，将塑料排水板按照设计要求铺设在软土地基表面，并将板与板之间通过连接件连接起来。在排水板的两端或四周设置排水管，以便将排出的地下水导入排水沟。在排水板上铺设过滤材料，防止杂质堵塞排水通道。最后，在过滤材料上覆盖一层保护层，保护排水板免受损坏。塑料排水板加固技术的优点在于施工简单、快捷、低成本，同时还能够较好地降低软土地基的含水量，提高地基的承载力。但是，该技术也存在一些缺点，如对排水板的材料质量要求较高，同时还需要考虑排水板在使用过程中可能受到的挤压变形等因素，因此在具体的施工过程中需要注意施工质量的把控。

2.4 土工织物加固技术

通过在软土地基表层铺设土工织物来提高地基的承载力和稳定性。这种加固技术的适用范围相对广泛，通常适用于软土地基较浅，不需要进行大幅度提升的情况。在具体应用中，可以根据地质条件和工程要求，选择不同种类和规格的土工织物，如聚酯非编织土工布、聚丙烯土工布等。同时，也需要根据实际情况，确定土工织物的铺设方式和加固厚度，通常需要进行现场测试和调整。首先，土工织物材料具有良好的透水性和透气性，能够有效地排水和降低地基的孔隙水压，从而提高地基的稳定性和承载能力。其次，土工织物施工工艺简单，施工效率高，可以快速地完成大面积的加固工作，同时减少施工过程中的土方开挖和垃圾处理等问题，降低施工成本。再次，土工织物具有良好的耐久性和抗老化性能，能够长期保持稳定的加固效果，延长道路桥梁的使用寿命。最后，土工织物加固技术具有环保和可持续发展的特点，与现代社会的可持续发展理念相符合，符合国家环保政策。

2.5 现浇混凝土管桩加固技术

现浇混凝土管桩加固技术适用于软土地区、含水层较深或存在土层间隔较大的地区。由于其具有一定的抗侧向剪切能力和抗压强度，因此在处理软基方面具有一定的优势。另外，现浇混凝土管桩加固技术有效控制施工过程中的地面沉降和变形，延长道路桥梁的使用寿命。现浇混凝土管桩施工步骤包括：准备工作—钻孔—安装钢筋笼—现浇混凝土—确认桩顶标高以及填补孔口。在施工前，需要确定好管桩的位置、孔径和长度，并对施工现场进行检查，确保地面平整，没有杂物、障碍物等。在钻孔过程中，需要使用先进的钻掘设备，以确保孔洞的质量和效率。安装钢筋笼后，将混凝土从孔顶灌注至钢筋笼顶部，通过振捣等措施，使混凝土与钢筋笼紧密结合。浇筑完成后，需要确认桩顶标高，并进行调整，最后填补孔口以确保管桩的稳定性和密实度。现浇混凝土管桩具有施工周期短、强度高、抗震性能好等优点，被广泛应用于桥梁、隧道、水利工程等领域。

2.6 水泥搅拌桩加固技术

水泥搅拌桩加固技术的原理是通过在软土地基中加入水泥等粉状材料作为固化剂，并利用特殊的深层搅拌机械对原桩位的土进行强制性的搅拌混合，从而形成柱状固体，提高地基的承载力和抗沉降能力。具体来说，在搅拌过程中，水泥等粉状材料与土壤混合，使土颗粒间形成良好的结合，形成一个强度较高的复合地基。同时，在搅拌过程中，还产生大量摩擦热，使土体周围的水分蒸发，使水泥与土壤更好地结合，形成硬壳层效应，提高土的稳定性和强度指标。此外，在水泥搅拌桩的施工过程中，采取多种措施来确保加固效果。例如，在选择搅拌桩的深度和直径时，需要结合地基情况、设计要求和材料特性等综合考虑，以确保加固效果的最优化。在施工过程中，还需要对搅拌桩的深度、直径、间距、搅拌速度、搅拌时间等参数进行精细控制，以确保搅拌桩的密实性、强度和稳定性。通过这些措施，水泥搅拌桩加固技术可以有效地提高软土地基的承载力和抗沉降能力，从而为道路桥梁等工程提供可靠的支撑。

2.7 强夯加固技术

强夯加固技术是一种利用动能产生的超重力和振动作用，在软基地层中形成固体土层的加固技术。其原理在于通过重锤落击，将钢板、钢管或钢筋，以超过松散地基的自重，使其下沉，产生巨大的能量。通过反复落击和重力的作用，将土体压实成为固体土层，达到提高地基的承载力和改善地基沉降性能的目的。在施工过程中，需要充分勘测和分析地基土层的性质、厚度、含水量等，以确定合适的强夯参数和设备选型。落锤的重量和高度需要严格控制，以确保强夯能量的合理利用。对于较厚土层，需要采取分层施工，根据实际情况选择不同的落锤重量和次数。强夯加固后，需要进行灌浆密实，以提高加固效果和均匀性。在施工过程中，还需要充分考虑振动和噪声对周边环境和建筑物的影响，采取相应的措施减少影响。强夯加固的适用范围广泛，特别适用于压缩模量低、含水量高、颗粒细小的松软土层，如河道滩涂、沼泽湿地、砂地、砂质土等。对于不宜采用钻孔灌注桩等常规处理方法的地区，如场地狭小，附近有建筑物、管线等影响和限制严重的地区，强夯加固是一种较为理想的加固技术。