桥梁工程中软土地基施工存在问题及处理技术分析

陈浩

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 100000）

0 引言

桥梁工程作为关键的基础设施，其稳定性和安全性至关重要。然而，在软土地基施工中，常常遭遇一系列挑战与问题。例如，软土的黏性和低抗剪强度会导致桥梁的稳定性受到影响，软土的压缩性会引发桥梁高程变化等不良影响。此外，软土地基的不均匀性会使桥梁施工变得更加复杂[1-2]。因此，了解桥梁工程中软土地基施工存在的问题，并采取相应的处理技术，是确保桥梁工程成功的关键。

1 桥梁工程中软土地基的特点及危害

1.1 土质特性与危害

软土的土质特性包括黏性大、抗剪强度低、压缩性强等，这些特性会给桥梁施工带来多重挑战。首先，黏性大的土质在开挖时容易失稳和坍塌，给施工带来危险。其次，抗剪强度低意味着软土容易发生剪切破坏，会对桥梁的稳定性造成威胁。最后，由于软土的压缩性强，施工中容易引发沉降问题，导致桥梁的高程发生变化，从而影响整个工程的安全性和可靠性。如果不充分考虑软土的土质特性，施工过程中可能会产生土体坍塌、基础沉降、结构不稳定等问题，甚至会引发事故，威胁工程安全施工以及工程项目的稳定性[3]。

1.2 水分变化的影响及危害

软土地基水分含量波动大，且容易受降雨和地下水位的影响。水分变化会直接影响土壤的性质和力学特性，进而影响施工的顺利进行和工程的稳定性[4]。一方面，水分含量的增加会使软土体积膨胀，导致土体变得松散，失去稳定性；另一方面，过多的水分会使土壤流失，加剧坍塌和侧方分层的风险。由此可见，不合理的水分管理会导致土体变形、流失和不稳定，严重时可能破坏工程基础，影响整个桥梁工程的安全性和稳定性。

1.3 沉降和变形及危害

软土地基施工常常伴随着较大的沉降和变形，这是因为软土的荷载传递能力较差，桥梁和设施的荷载会使软土产生显著的变形和沉降，对工程的稳定性和使用寿命造成影响[5]。一方面，沉降和变形都会引起桥梁的高程变化，进而影响桥梁的水平位置和行车平稳性；另一方面，沉降和变形会影响工程的功能性和安全性。由此可见，沉降和变形会导致桥梁结构的破坏、位移和不稳定，影响其使用寿命和安全性，还会造成维修成本的增加，甚至可能导致桥梁无法正常使用。

2 桥梁工程中软土地基施工存在的问题

2.1 软土薄厚不均

软土地基施工中的一个显著问题是土层的薄厚不均。软土地基不同区域的土层厚度往往存在较大差异，这也给桥梁工程的稳定性和安全性造成了影响。不均匀的土层厚度可能导致荷载分布不均匀，进而影响桥梁的整体承载能力，而且，不同区域的土层厚度差异会导致不同区域的沉降速率不同，进而造成桥梁结构的不平衡沉降，严重时可能导致桥梁变形和损坏[6]。因此，在软土地基施工中，充分了解土层薄厚不均的情况，并采取相应的施工措施尤为重要。

2.2 压实程度有限

在桥梁工程中，软土地基施工中的另一个显著问题是其压实程度有限。常规的压实方法在软土中难以形成足够的密实度，这一问题可能导致软土地基的承载能力不足，从而影响桥梁的稳定性和荷载承载能力。软土的流变性和高水分含量会对压实过程产生影响，使其在有限时间内难以获得足够的密实度，密实度不足会导致软土地基的承载能力不稳定，荷载传递效果差，可能引发桥梁的不稳定变形和沉降[7]。因此，针对软土地基的压实问题，需要采取特殊的压实技术和加固措施，以提高软土的密实度，确保桥梁的稳定性和安全性。

2.3 工程设计存在的问题

在桥梁工程中，不合理的设计会带来很多严重后果。例如，如果设计人员未充分考虑软土地基的特性，导致设计不合理，施工过程中可能会遇到难以克服的施工难题，影响施工进度和质量，施工后还可能出现难以预期的变形、沉降问题，从而影响工程的长期稳定运行[8]。

3 桥梁工程中软土地基处理技术

3.1 加载换填法

在桥梁工程中，加载换填法是软土地基的处理技术之一。这种方法在软土地基的防治工作中具有重要的应用价值。加载换填法，又称为“加压法”或“高压预压法”，是通过在软土地基上施加荷载同时进行土体置换，以达到提高地基承载力和稳定性的目的。在软土地基处理过程中，加载换填法的关键在于充分考虑土体特性和施工参数。首先，需要对软土地基进行详细的地质勘测和土力学分析，以了解其土层性质、承载能力等关键参数。其次，在施工过程中应选择合适的材料，如通过砂石等替代一定深度内的软土层，从而提高地基的强度和稳定性。最后，在施工过程中施加预定荷载，进行充分压实，促进原土壤与新材料的结合，以实现地基的加固，提高稳定性。

加载换填法的优点之一是效果显著且相对快速。通过施加荷载和置换材料，软土地基可以在较短的时间内得到较大程度的加固和改良，从而提高桥梁工程的整体稳定性。此外，该方法也相对经济，因为其在实施过程中能够充分利用原有土体和替代材料。然而，加载换填法也需要综合考虑多种因素。在选择置换材料时，需要确保其与软土地基具有较好的相容性，以避免因材料不一致产生质量问题。另外，需要精确控制荷载施加过程，以防止过大的荷载导致地基沉降过大或不稳定。因此，在施工过程中，需要进行严密的监测和调整，以确保施工达到预期效果。

3.2 抛石挤淤法

在桥梁工程中，另一种常用的软土地基施工处理技术是抛石挤淤法，这种方法对软土地基的防治具有良好的应用效果。在河流、湖泊附近等区域，软土地基经常受到水流的冲刷，甚至直接浸泡在水中，这样的条件下容易出现软土地基稳定性差的问题。抛石挤淤法通过投放石块并挤压软土，以实现地基加固和稳定的目的。在软土地基表面投放一定规模的石块，然后利用重型机械或振动设备对石块进行挤压，能够使其逐渐淤积，并与软土地基紧密结合，以此提高地基的抗剪强度和承载能力，从而使其能够有效应对水流冲刷和湿地条件的侵蚀和影响。

抛石挤淤法的优点在于适用范围广、可形成稳定的结构、阻止水流对软土的进一步侵蚀，保持地基的稳定性。此外，由于使用天然石块作为加固材料，因此抛石挤淤法还具有环保优势，施工过程不会对环境造成污染。

然而，抛石挤淤法在实施过程中也需要注意一些问题。首先，需要合理选择石块的类型、大小并进行合理分布，以确保其能够在软土中形成稳定的结构。其次，需要精确控制挤压过程，以避免过度挤压导致地基变形或不稳定。最后，需要对投放石块的位置和深度进行仔细考虑，以达到最佳加固效果。

4 桥梁工程中软土地基处理技术的应用

4.1 排水技术

软土地基因含水量高、具有流变特性，容易引起沉降、变形以及稳定性问题。通过排水技术，可以减少软土中的孔隙水，降低土壤的液态性，提高土体的抗剪强度和稳定性。这是因为排水可以减小土体的有效应力，增加土体的内摩擦角，从而提高土壤的抗剪强度。此外，通过排水还可以降低土壤的液态限度，减少流变性，从而减缓沉降和变形。

在桥梁工程中利用排水技术进行软土地基处理时，首先需要进行详细的地质勘测和土力学分析，以了解软土地基的土层结构、含水量等。其次，应基于这些数据，设计合适的排水方案，选择合适的排水设施和方法。常见的排水方法包括水平排水、垂直排水和压水排水。再次，根据设计方案进行排水系统的建设，包括挖掘排水沟、安装排水管道、设置排水井等。同时，施工过程中需要进行实时监测，监测地基水位和孔隙水压力的变化，以确保排水系统的有效性。最后，在排水技术施工完成后，需要对加固效果进行评估。可通过实时监测数据和实际的沉降、变形情况来判断排水技术的实际效果。如果软土地基的沉降和变形减缓，地基稳定性得到改善，说明排水技术取得了预期的效果。

4.2 换填管埋法

在桥梁工程中，利用换填法对桥梁工程地基进行加固处理，是一种有效的应对策略。这种方法的核心在于通过替换和把控软土地基，确保在一定程度上提升桥梁地基的整体质量，同时改善软土地基的性质，以此解决软基问题。与仅仅改善土质不同，换填管埋法直接对软土进行替换，具有便捷性的特点，并且其对土质的要求并不高，适用于不同程度软质土层，并能够产生较强的治理效果。

对于相对单薄的软土层，这一方法的效果尤为明显。在这种情况下，替换的新土可以更充分地与原土层相互作用，提供更稳定的基础，同时通过管埋方式进行施工，有助于保持土体的一致性，减少不稳定因素的产生。实践中，首先要对软土地基进行详细的勘察与分析，确定软土的性质、深度、稳定性等参数，并根据不同的软土情况，选择适合的新土材料，确保其能够与原土较好地结合。其次，进行施工准备工作，包括清理原土表面，准备管道等施工设备。再次，进行换填施工时，应将新土材料逐层填充到软土地基中。在填充过程中，要注意控制填土的厚度，确保每层填土的均匀性和紧实度，以避免后续产生不稳定问题。最后，使用管道将新土与原土连接起来，在此过程中可通过管埋的方式，有效地将土体固定在一起，以提供更稳定的基础。

4.3 合成材料加固技术

合成材料加固施工技术的核心思想在于利用高强度、高耐久性的合成材料，与软土地基相互作用，以提升地基的稳定性和承载能力。合成材料通常包括土工格栅（Geogrid）、土工格栅加筋土（Geogrid Reinforced Soil）等。具体应用时，首先进行材料选择，土工格栅、土工格栅加筋土等都是常见的选择，这些材料具有卓越的抗拉强度、刚度和耐久性，能够在软土地基中形成稳定的增强层。选择合适的合成材料时，需要考虑地基的特点、工程需求以及材料的匹配性。其次，根据具体的工程要求和地基情况，制订合成材料加固施工的详细方案。方案设计应考虑合成材料的布置方式、层次和密度以及与软土的相互作用。在施工工艺方面，可以采用将合成材料与软土混合、覆盖或填充的方式，形成稳定的增强体系。再次，在施工过程中，需要进行实时监测，以评估合成材料的加固效果。具体应监测软土地基的沉降、变形、孔隙水压力等变化，以及合成材料的分布情况。最后，加固施工完成后，需要进行长期维护和管理，以确保合成材料的加固效果更持久。同时，定期检查软土地基的状态，监测可能出现的变化，及时进行修复和维护，以保障工程的长期安全运行。

4.4 地下注浆技术

利用地下注浆技术改良软土地基的力学性质是一种富有创新性的方法，其融合了现代工程材料和施工技术，能够改变软土地基的原有性能，从而提升工程可靠性，具体应用如图1 所示。

图1 地下注浆技术应用

首先，通过地下注浆技术，可以在软土地基微观结构中引入固化材料，类似于在微观层面上为地基构筑出一种强化网络。具体做法是在软土地基中钻孔，然后通过高压注浆设备将固化材料注入孔洞。固化材料在与软土相互作用后逐渐凝固，形成微观颗粒之间的桥接，从而提高土体的内聚力和抗剪强度。

其次，地下注浆技术可以实现对地基的局部强化，集中加固可能存在弱点或变形较大的区域。具体做法是在软土地基的局部区域内钻孔，并通过注浆将固化材料注入，形成一个强化带。这种做法类似于给地基的关键部位“穿”上一层坚固的“护甲”，从而提升地基的整体承载能力和稳定性。

最后，地下注浆技术可用于控制软土地基的变形，实现对变形的预控。具体做法是在地基中注入特定的固化材料，这些材料在与软土反应后会发生体积膨胀，从而使土体产生一定的胀缩变形。通过控制固化材料的注入量和位置，可以实现地基的有序胀缩变形，从而减少不均匀沉降和变形，提高工程的稳定性。

5 结语

软土地基施工问题会对桥梁工程的可靠性和稳定性造成不利影响，综合采取一系列方法及措施，能够有效应对软土地基施工中的各种挑战，确保桥梁工程安全、稳定、可靠地运行，如采用加载换填法和抛石挤淤法等方法，以加固软土、提升土壤的力学性质。此外，应对软土地基施工中的工程设计问题予以关注，从源头上预防质量问题的发生。