软土地质下公路桥梁的施工技术

熊兆华

(宜春通达路桥建设有限公司, 江西 宜春 336000)

软土地质是一种常见的地质类型,土壤内水分含量通常在20%以上,部分区域内的土壤中水分含量甚至能够达到80%。软土地质的地基常常出现不均匀沉降现象,这一地质条件特征使得公路桥梁施工难度加大,很可能会造成桥梁的不均匀沉降问题,同时还会对施工安全造成不利影响[1]。同时,软土的自身渗透能力较弱,与其他类型的土壤相比,其自身的固结速率比较慢。由于其渗透性差,导致土壤中有机质含量高,在雨中会产生大量气泡,这就导致了土壤的排泄渠道里面会产生大量的气体,从而对土壤的渗透性造成较大程度的破坏[2]。若不对其进行针对性处置,会造成软土地基的强度无法满足公路桥梁施工建设的要求。针对这一问题,施工人员需要在充分考虑公路桥梁施工项目的实际需求 基础上,对施工方案或技术进行灵活选择,从而确保公路桥桥梁的施工质量[3]。因此,提出软土地质下公路桥梁施工技术及其应用。

1 工程概况

以宜万同城快速通道公路桥梁建设施工项目为例,该项目总设计长度为55 km,路基宽度为25.4 m。公路桥梁设计为双向六车道。桥梁部分要求桥涵的荷载等级为公路-I级,桥涵以及公路路基的地震基本烈度为7度。按照公路技术等级为一级公路的要求进行建设施工,其他技术指标均需要符合公路工程项目施工技术标准的要求。一级公路的技术标准为供汽车分向、分车道行驶,并部分控制出入、部分立体交叉的公路,该公路年平均日设计交通量为25 000～55 000辆。在对该项目覆盖区域进行地质勘察后得出,多个路段存在软土地质情况、软土层较浅位置厚度在1.2～5.3 m,较深位置厚度在5.3～16.2 m[4]。为了确保施工质量,在施工前对软土地质区域进行处理。

2 软土地质下公路桥梁施工

2.1 现场勘察

由于软土地质下公路桥梁施工涉及到多个环节,所以要从前期工作出发做好统筹工作,其中软土地质条件现场勘察至关重要。由于施工现场地质存在一定差异性,因此需要根据公路桥梁施工现场的软土地质特征,对其进行深入勘察,并根据勘查结果编写地质报告以及制定施工处理方案等,按照处理方案设计引入不同的处理设备以及材料,保证后续使用的顺利进行。采用钻探技术和原位测试技术进行现场勘察,获取软土的埋藏条件、分布范围和物理力学性质。

由于软土地质的承载力不高,因此在对其进行钻探过程中无法采用大型钻探设备,所以此次勘察过程中所使用的设备应该具有易拆卸、结构简单、性能可靠等多种特征。由于软土地质渗透性较差,所以采用泥浆护壁钻进以及干法相结合的方法实现钻探。为了降低软土取样过程中对于周围土体的扰动,提升采样质量与效率,因此薄壁取土器直径要>108 mm。在对公路桥梁施工中软土地质进行钻探之后,展开相关的原位测试,通过综合比较二者所得结果,以保证勘察结果具备较高的科学性和可靠性。综合考虑因素,利用十字板剪切、静力触探实验等进行原位测试,其中利用十字板剪切实验获取软土灵敏度、抗剪强度等参数,利用静力触探实验获取固结系数、软土变形量等参数。

通过现场勘察,降低软土地质下公路桥梁施工安全风险发生的概率,进而提高施工质量。

2.2 软土地质砂垫层施工

在开展公路桥梁施工前,需要先完成对软土地基的加固处理,结合不同软土厚度设计不同的铺设方案,对于较浅路段采用砂垫层铺设方式,以提升该施工区域的承载力[5]。该方式通过均匀分散荷载,减小地基沉降和变形,从而有效提升地基的稳定性和承载能力。同时相比其他复杂和高成本的加固方法,砂垫层铺设更简单和经济,在相对较短的时间内能够实现良好的地基加固效果。此外,砂垫层铺设方式也比较灵活,可根据软土的厚度进行设计,适用于各种软土地质情况。在此基础上结合桩结构加固的方式促进该区域承载力的进一步提升。在明确不同区域的施工内容后,在进行砂垫层施工时,要对铺筑材料进行合理选择,并对其性能进行测试[6]。由于中粗砂物料自身的结构比较坚硬,并且具有良好的物理性能,因此,在公路桥梁施工中,砂垫层是以中粗砂为主,规格为0.25～2.0 mm,不允许掺杂草根等杂物,在进入工地之前必须对其进行严格的性能测试和各项检查,确认符合要求后才能进入工地,以免出现材料质量问题,影响后续工程施工质量。

在确保粗砂材料的各项指标均符合进场要求后,通过验槽作业,确定软土地质区的特定土性。在完成验槽操作后,先清除地基表层的浮土,然后检查周围有没有异常的斜坡,相关材料检验合格后再进行砂垫层的铺设[7]。图1为砂垫层铺设断面结构示意图。

图1 砂垫层铺设断面结构示意图

针对公路桥梁施工项目的实际情况,分层铺筑,由深到浅依次进行。在铺设第一层砂垫层时,不能随意地向下铺砂,以免影响整个垫层的稳定。同时,在每层填筑时,需要将厚度控制在15 cm以内。在铺设过程中,还需要振动器设备作为辅助,对砂垫层上的材料反复捣实,以此能保证铺设的整体质量。按照上述步骤,完成对所有砂垫层的铺设。完成铺设后,砂垫层的厚度应当控制在0.6～1.0 m范围内,砂垫层边沿与路堤边缘距离应在0.5～1.0 m范围内。在铺设完全部垫层后,要对铺设效果进行检查,最后的砂垫层压实系数不得<0.94。在验收时,随机选择若干个检查点,每一个检查站至少检查三次,以保证垫片的施工质量,确保软土地基处理的效果。

2.3 深层水泥搅拌桩施工处理

在完成砂垫层的施工后,为了进一步保证施工质量,还需要进行水泥搅拌桩施工处理。水泥搅拌桩能够形成坚实的混凝土柱,增加地基的承载力和稳定性,有效减小地基沉降和变形。同时该方法根据软土深度进行钻孔和搅拌施工,具备较好的灵活性。此外相对于传统地基处理方法,水泥搅拌桩不需要大量挖土和运输,减少了对环境的影响和资源消耗,使用的水泥也不会对环境造成污染。因此水泥搅拌桩是一种有效的软土地质处理方法,能够有效提高公路桥梁施工质量。

在开挖前,可以先将H型钢打入,并保持2～3 m 的间隔。在基坑开挖后,将水平压强集中于桩上,可有效地抑制土体的沉陷,从而保证软弱地质的稳定性。针对水泥材料的选择,根据上述公路桥梁实际情况,选用P·O 32.5普通硅酸盐水泥材料即可[8]。为了确保软土地质的加固质量,同样需要在材料进场前对其进行质量检验,针对过期、受潮或结块变形的劣质水泥,严格禁止其进入到施工现场。对进入到现场的材料也需要进行随机抽样,再送到实验室进行测试,只有通过测试方可投入使用。深层水泥搅拌桩的施工,需要选择具有良好可靠性且符合规范要求的施工设备作为辅助。针对较深区域的软土地质条件区域,施工现场必须做到“三通一平”。在此基础上,再按设计图在施工现场进行放样,并准确地确定每个搅拌桩的安装位置[9]。放样完成后,对放样记录内容进行汇总和汇报,待监理检查合格后才能够开展后续的施工。

在安装的过程中,必须保证桩基水平且牢固。桩机搅拌器头部和桩体位置要保持一致,通过线锤对桩结构的垂直度进行测定,并通过检测确认后方可进行钻孔。在安装完毕后,选定施工区段进行试桩,分段长度为50 m,试桩数量为25根。试桩的过程中针对钻孔速度、提升速度、搅拌速度等都需要进行严格的控制,并记录试桩效果。获取最佳的试桩效果后,将相应的参数设置作为最终方案并开始正式施工[10]。在施工中要严格按照试桩的速度进行,钻速为1 m/min。进入预定位置后,采用压浆泵进行注水,并进行1 min的搅拌。当底部混合均匀后,再进行提升,提升速度为0.8 m/min,同时保证在提钻期间,灌浆和搅拌均匀。在距桩顶0.25 m时,必须反复喷浆,以保证桩身质量,并在距桩顶0.25 m后停止喷浆。为保证水泥浆与软土均匀混合,一次搅拌结束后,应当采取同样的方式进行二次搅拌。施工中还需要对设备运行时间、速度等进行记录,每次记录的时间间隔误差不得超过5 s。若在这一过程中出现孔洞或其他突发情况,则必须马上用土充填,待恢复正常后再进行喷浆,同时再次搅拌,两次施工的搭接长度不能<1.0 m。

2.4 排水施工与反压护道施工

在进行排水施工时,可采用中砂或粗砂材料,将埋设于软土地质中的钢管按自上而下的原则进行分层压实,并在桩孔内填充砂石材料。如果在道路桥梁施工建设过程中遇到了黏性土壤,可以通过打桩的方法来构架压实土层。在将砂粒充分填满后就可以形成砂桩。由于软土地质中水分含量高,如果排水措施不当,将会对公路桥梁结构的稳定产生不利的影响,从而导致崩塌。针对这一问题,采取垂直排水的方法,即在软土地质上施加重力压缩土壤中的水分,从而提高土体强度,以此达到更好的加固效果。在这一过程中需要注意的是,在安装排水管道时,要确保其通畅,防止砂石阻塞排水管道,影响排水效果。在完成排水施工后,还需要进行反压护道施工。施工中,需要在公路桥梁的两边各布置一条护道,护道的宽度和高度,都要根据具体的情况而定。采用护坡设计可以有效地改善公路桥梁的抗滑性能。采用逆压护道施工技术,不需要考虑填土速度,可以充分利用机械在短时间内完成填筑。

3 施工效果分析

在完成上述施工后,为实现对软土地质下公路桥梁施工效果的检验,将公路桥梁施工段沉降作为评价指标,选取6个已施工完成的分段,对其沉降值进行测定,并将各个分段沉降值与公路桥梁施工规定要求的沉降变化允许范围对比,通过对不同分段沉降差值的分析,验证施工质量。使用AR-SS-SZY02型道路工程沉降监测设备对各个施工分段沉降情况进行测定。表1为AR-SS-SZY02型号道路工程沉降监测设备的性能参数。

表1 AR-SS-SZY02型沉降监测设备的性能参数

使用具备上述性能的测量设备对各个施工分段沉降值进行测定,并将得到沉降数据汇总,绘制成如图2所示的曲线图。

图2 公路桥梁施工各分段沉降值记录

从图2可以看出,六个分段的沉降值均没有超过沉降容许值的上限,各个分段的沉降变化均在规定要求范围内。再针对各个分段的沉降变化分析,最大沉降出现在第3分段,其沉降值为6 mm,最低沉降出现在第1分段,其沉降值为5 mm,沉降差值为1 mm,也在合理范围内,未出现沉降不均匀现象。

4 结束语

为解决软土地质下公路桥梁施工中存在的沉降值较大、沉降不均匀的问题,提出对软土地质较浅的区域,在软土表面铺设砂垫层,增加地基的稳定性和承载能力;对软土地质较深的区域,选择了水泥搅拌桩施工方式,在地基中形成混凝土桩,增强了地基的稳定性和承载能力,以减小沉降的发生。同时结合排水施工和反压护道施工等措施,提高施工质量和地基的稳定性。