公路橋梁施工中軟土地基施工技術(shù)研究

蔡文輝、蘆斐

（撫州市公路事業(yè)發(fā)展中心樂安分中心，江西 樂安 344300）

0 引言

軟土地質(zhì)在近海平原、內(nèi)陸江河地區(qū)較為常見，由于軟土地質(zhì)的主要組成部分為軟土、泥沙以及淤泥等物質(zhì)，所以軟土地質(zhì)具有易變形、易塌陷的物理性質(zhì)。在部分公路橋梁工程的建設(shè)中，如果預(yù)期規(guī)劃的公路施工路線經(jīng)過軟土地質(zhì)區(qū)域，公路路基的建設(shè)必然會受到軟土地質(zhì)的影響，導(dǎo)致公路橋梁的建設(shè)缺少穩(wěn)定性。在不改變預(yù)期公路施工計劃的前提下，施工單位必須合理應(yīng)用軟土地基施工處理技術(shù)，預(yù)防軟土地質(zhì)對工程施工造成的影響，保障公路橋梁的建設(shè)質(zhì)量。

1 軟土地基特征分析

軟土地質(zhì)具有土壤強度低、壓縮度高的特征，由于軟土地質(zhì)在國內(nèi)各地區(qū)的分布較為廣泛，所以工程研究將軟土地質(zhì)進行詳細的分類，并得出“不同軟土類型會對工程的建設(shè)與實施產(chǎn)生不同的影響”的結(jié)論，如表1 所示。軟土地質(zhì)主要集中分布在河湖、沿海等地區(qū)，軟土地質(zhì)條件施工現(xiàn)場的地基被稱為軟土地基。結(jié)合《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）的內(nèi)容可以了解到，軟土地基的土壤孔隙率通常超出1.0%的標準，與表格中統(tǒng)計的“沉積軟土空隙較多、粒徑較小”的關(guān)鍵特征相符合。除此之外，《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）將土壤孔隙率大于1.5%的土質(zhì)分類為淤泥土（軟土地質(zhì)之一），對應(yīng)表格中統(tǒng)計的南方山區(qū)、丘陵地區(qū)軟土地質(zhì)。從軟土地基的影響來看，由河灘淤泥沉積造成的軟土地質(zhì)呈帶狀分布的特征，大多數(shù)聚集在山谷等地區(qū)，所以在部分山區(qū)公路工程的修建過程中，軟土地基無法支撐山區(qū)公路路基的重量，導(dǎo)致各個路基支撐點出現(xiàn)受力不均的問題，受力較大路段出現(xiàn)路基沉降的現(xiàn)象。因此，不同的軟土地質(zhì)特征存在差異，在處理軟土地基的施工過程中，施工單位需要將軟土地基的屬性信息作為依據(jù)，制定針對性的工作技術(shù)方案。

表1 軟土類型及特征信息分析

2 軟土地基對公路橋梁施工造成的影響

2.1 引發(fā)路堤變形

公路路堤的變形離不開外力因素的影響，除了交通流量之外，地基穩(wěn)定性不足導(dǎo)致的縱向下沉力同樣會引發(fā)公路路堤的變形。圖1 中的案例證實了軟土地基對路堤變形產(chǎn)生的影響。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，圖1中的路堤類型為軟土地區(qū)路基，公路路基的主要材料為半剛性建材。在該地區(qū)環(huán)境因素影響下，由軟土填筑的路堤土方柔度較高，難以承受超過18.6t 的交通負載以及半剛性材料的公路路基自重。事發(fā)后通過數(shù)據(jù)模型分析得出，路基與路堤出現(xiàn)協(xié)同變形的機理為軟土地基壓縮后造成的沉降，沉降的縱向深度在7.8～10.6cm 之間。所以，在軟土地基條件下，公路路堤存在沉降變形的隱患。

圖1 軟土地基造成的路堤變形

2.2 軟土地基影響公路路基的壓實與固結(jié)

從軟土地基的土壤性質(zhì)來看，雖然軟土地質(zhì)的土壤層含水量較高，普遍大于土壤液限，但土壤大多以淤泥、泥沙等成分為主，所以軟性土的透水性不佳。在公路工程的鋪筑施工中，施工單位通常需要使用壓路機等設(shè)備鋪筑公路路基，軟土地基在此工作過程中所受應(yīng)力會大幅度提高，導(dǎo)致軟土層受到內(nèi)部水壓的影響，產(chǎn)生較大的空隙。空隙中涌出的水分會影響鋪筑混合料的固結(jié)，也會降低路基壓實的密實度，使公路路基在固結(jié)后出現(xiàn)較大的內(nèi)部空隙，容易在公路投入正常運營后，路基內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松動的問題。

3 軟土地基施工技術(shù)的應(yīng)用

3.1 軟土地基滲漏處理技術(shù)的應(yīng)用

從一般的軟土地基施工案例中可以了解到，正常固結(jié)后的軟土層壓縮系數(shù)達到1.5～4.5MPa，導(dǎo)致軟土層內(nèi)部水壓上升，造成土層地基滲漏的問題。對此，施工單位通常根據(jù)軟土地基土層的滲透情況，采取對應(yīng)的滲漏處理技術(shù)，改善土層的滲漏問題。例如，舟山市某城市公路工程的建設(shè)中，施工單位基于現(xiàn)場軟土地基的性質(zhì)與實際情況，采取多種軟土地基的滲漏處理辦法。首先，由于靠近水庫區(qū)域的軟土地基黏土比例較高，所以，在安排水庫圍堰施工作業(yè)后，施工單位采用重筑黏土鋪蓋的方法，在公路軟土地基處修建單層的黏土地層，增強公路地基的防滲漏效果。其次，針對滲漏現(xiàn)象較為嚴重的軟土地基路段，施工單位采用建筑混凝土防滲墻的方式，在地基防滲層的基礎(chǔ)上，建造不透水性的防滲墻，墻體采用水泥灌漿的方式筑成，防滲漏效果十分可觀。最后，結(jié)合GIS 技術(shù)獲取施工現(xiàn)場地質(zhì)信息，施工單位在承壓水較多的位置建造混凝土壓滲臺，通過提高負載來減少軟土地基孔隙水壓力，提高軟土地基的抗剪強度及密度。

3.2 排水固結(jié)技術(shù)在軟土地基施工中的應(yīng)用

排水固結(jié)法在天然軟黏土地基的處理工作中應(yīng)用較為廣泛，針對軟黏土比例較高的施工地段，施工單位需要妥善應(yīng)用排水固結(jié)技術(shù)，改善施工場地的地理面貌，為公路橋梁工程的建設(shè)提供保障。從排水固結(jié)技術(shù)的技術(shù)原理來看，該技術(shù)通過豎向排水體的安裝，提高負載壓力，使軟土地基中的水分從孔隙中排出。在該技術(shù)的作用下，軟土地基會逐漸發(fā)生沉降，土壤也因水分流失而逐漸固結(jié)，便于在固化后的土壤上實施工程施工。如圖2 所示，通過安插復(fù)合排水帶（豎向排水體），使軟土地基淤泥層的水分通過孔隙及排水帶排出，經(jīng)過一定的時間后，區(qū)域內(nèi)的軟土地基會逐漸向硬土層同化，并解決施工路段的兩大問題：一是軟土地基的沉降已經(jīng)在排水固結(jié)期間完成，完工后的公路路段不會在使用的過程中出現(xiàn)較大的沉降差；二是固結(jié)后的軟土地基具有較高的抗剪強度，地基的整體承載力及穩(wěn)定性得到大幅度提高，公路工程的建設(shè)便不需要擔(dān)心地基承載力不足。從排水固結(jié)技術(shù)的適用性來看，由于技術(shù)的使用需要安裝排水體設(shè)施，所以排水固結(jié)技術(shù)更適用于處理黏性土、淤泥質(zhì)土，具有較高的應(yīng)用價值。

圖2 排水固結(jié)技術(shù)剖面圖分析

3.3 碎石樁填充處理技術(shù)的應(yīng)用

碎石樁填充處理技術(shù)是一種兼具經(jīng)濟性與高效性的施工處理技術(shù)，在處理公路工程的軟土地基時，該技術(shù)使用本地的施工建材或自然材料進行軟黏土的處理，并達到預(yù)期的施工處理效果。首先，碎石樁填充處理技術(shù)的應(yīng)用需要充足的設(shè)計數(shù)據(jù)，其中包括軟土地基的面積置換率、復(fù)合地基承載力、樁間土承載力、樁體單位截面積等。其次，結(jié)合施工設(shè)計中統(tǒng)計的數(shù)據(jù)信息，施工單位需要在軟土地基路段的外圍設(shè)置護樁，對軟土地基進行振搗打孔，并填充碎石類材料，減少軟土地基軟黏土、淤泥等成分的比例，從而提高軟土地基的穩(wěn)定性。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）的要求，碎石樁填充處理技術(shù)的應(yīng)用過程需要控制砂卵石的含泥量、單體粒徑、填充厚度等因素，才能夠確保填充后軟土地基的相對硬層更加穩(wěn)定。

3.4 高壓噴射填充技術(shù)的應(yīng)用

在部分公路橋梁的裂縫處理工作中，應(yīng)用高壓噴射填充技術(shù)填充裂縫空隙，能夠起到修繕公路橋梁設(shè)施的作用。而在現(xiàn)代公路橋梁的施工建設(shè)中，高壓噴射填充技術(shù)也被用于加固軟土地基，取得了十分可觀的工作效果。在實際的施工作業(yè)中，施工單位使用鉆孔設(shè)備，在施工路段的軟土地基中打孔，再使用噴射機向孔內(nèi)噴射混凝土泥漿、輕質(zhì)填料漿液等材料，噴射后的材料產(chǎn)生固結(jié)，軟土地基的整體結(jié)構(gòu)就能達到均衡狀態(tài)，抗壓、抗剪強度也會有所提高，如圖3 所示。高壓噴射填充技術(shù)在本質(zhì)上與碎石樁填充技術(shù)有共通之處，但高壓噴射填充后的混合料塊體密度更高，更適合用于含水量較高的軟土地基。

圖3 高壓噴射填充技術(shù)原理示意圖

4 優(yōu)化軟土地基處理效果的措施

4.1 應(yīng)用路面結(jié)構(gòu)一體化的工程設(shè)計方法

在特殊的施工條件下，由于公路的面層、夾層以及路基等結(jié)構(gòu)并非統(tǒng)一的整體，所以如果公路結(jié)構(gòu)的其中一層出現(xiàn)斷裂或者凹陷等問題，其他的結(jié)構(gòu)層也會發(fā)生不可預(yù)估的損傷。特別是在軟土地基的地質(zhì)條件下，公路路基承受的負載過高，壓力無法通過軟土地基得到轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致路段的結(jié)構(gòu)逐次損壞。對此，施工單位應(yīng)當(dāng)使用路基、路堤與路面一體化的工程結(jié)構(gòu)組合方法，保障公路結(jié)構(gòu)層次的整體性與穩(wěn)定性，增強公路設(shè)施與軟土地基之間的適應(yīng)性。

首先，施工單位應(yīng)當(dāng)控制好軟土地基的公路結(jié)構(gòu)設(shè)計指標。例如：在公路路面的指標設(shè)計中，應(yīng)使用無機結(jié)合料鋪筑穩(wěn)定層，使用瀝青混合料鋪筑面層，借此控制公路路面因低溫出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象；在公路路堤的設(shè)計中，采取后背方填筑等方式，控制公路沉降量的變化；在路基的軟基處理中，采用固化處理法、堆載預(yù)壓法等方法，控制公路沉降速率，實現(xiàn)公路施工指標的一體化控制。其次，根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計規(guī)范》（DB33/T 904—2013），施工單位需要預(yù)防施工后出現(xiàn)的不均勻沉降問題，如果沉降中心點的高度超過總量的0.5%，應(yīng)采取修補和養(yǎng)護措施，其他未達到沉降量標準的沉降中心點需要按照公式（1）進行計算，如果計算結(jié)果仍未達到總量的0.5%，則判定為可忽略的工后沉降點。完成公路一體化建設(shè)后，公路設(shè)施的受力情況為“各層共同受力”，有利于避免因軟土地基支撐力不足導(dǎo)致的公路變形問題。

式（1）中：D表示沉降量；L 表示由于剪切變形而產(chǎn)生的附加沉降。

4.2 控制路堤填筑高度、優(yōu)化填料的使用

在軟土地基條件的影響下，公路與橋梁的施工會受到縱向承載力的影響，出現(xiàn)路面層或路基縱向位移的情況。如果將公路路堤、路基以及路面的沉降量作為工程施工的主要變量，可以影響該變量的因素則包含路堤填筑高度和路堤填料的使用。所以，施工單位必須結(jié)合施工現(xiàn)場的軟土地基條件的實際情況，合理地控制路堤的填筑高度與路堤填料的選擇，優(yōu)化公路工程路堤的建設(shè)效果。

以蘭州市某城市公路的路堤建設(shè)研究為例，在施工計劃過程中，施工單位分別將路堤填充高度、路堤填料設(shè)為變量，在相同車輛荷載力的作用下，觀察一段時間內(nèi)的公路路基、路面與路堤的最大沉降量，得出表2 所示的研究數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)當(dāng)中可以看出，盡管四種方案中使用的施工填料不同，但數(shù)據(jù)中反饋的統(tǒng)一規(guī)律為：填筑的高度越高，路面、路基以及路堤的最大沉降量都會隨之增加。但從同一種公路填筑方案的最大沉降量變化幅度來看，采用輕質(zhì)填料進行填筑的公路沉降變化更加穩(wěn)定，很少出現(xiàn)沉降點不均勻的問題。而且，盡管輕質(zhì)填料公路的填筑高度達到12m，材料也未產(chǎn)生明顯的塑性變形。因此，在軟土地基條件下進行公路及橋梁的施工時，施工單位需要嚴格把控填筑高度與公路填料的選擇，緩解軟土地基柔性較大的問題，優(yōu)化工程的建設(shè)效果。

表2 不同填筑方案的數(shù)據(jù)比對（200kPa 負載變化范圍內(nèi)的差異沉降量）

5 結(jié)語

總的來說，避免軟土地質(zhì)對公路橋梁施工造成的影響，是施工單位乃至工程行業(yè)需要重視的核心任務(wù)。在現(xiàn)代施工技術(shù)高度發(fā)達的背景下，合理地采用軟土地基處理施工技術(shù)，能夠改善公路橋梁施工場地的地質(zhì)條件，減少軟土地基對公路橋梁設(shè)施建設(shè)的影響。所以，隨著公路橋梁工程建設(shè)水平的不斷發(fā)展，施工單位及工程研究人員需要不斷總結(jié)軟土地基條件下的施工技術(shù)，發(fā)揮智能化信息技術(shù)、勘探技術(shù)及管理技術(shù)的優(yōu)勢，打造出全新的公路工程技術(shù)應(yīng)用體系，為公路橋梁工程的建設(shè)注入新的活力。