基于公路橋梁施工的軟土路基施工技術(shù)研究

焦安迪

（山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

《2022 年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，當(dāng)前我國公路里程已經(jīng)達(dá)到了535.48 萬km，其中高速公路里程為17.73 萬km，全國公路交通網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍大幅度提升。然而，在公路橋梁建設(shè)過程中，經(jīng)常會(huì)遭遇軟土路基問題。軟土路基通常指一些強(qiáng)度較低的軟弱土層，具有滲透性差、壓縮性高、含水量大等一系列特性。同時(shí)，軟土路基也是引發(fā)道路塌陷、開裂、錯(cuò)位等病害的主要因素，對(duì)交通安全形成極大威脅。針對(duì)這一情況，公路橋梁施工單位在進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)時(shí)需要積極采取有效手段對(duì)其進(jìn)行處理，同時(shí)嚴(yán)格把控現(xiàn)場作業(yè)期間的各項(xiàng)操作細(xì)節(jié)，以有效提高工程質(zhì)量。

1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目起訖樁號(hào)為K69+316—K85+938，為雙向四車道設(shè)計(jì)，路基寬度為25.5m，總長度為16.62km，通行速度為100km/h，其中包含一段長為10.02km 的連接線道路，路基施工要求以深挖高填為主，預(yù)計(jì)填方量為164.7m3，挖方量超過679.1m3。通過對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行前期調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目具有線路覆蓋長、建設(shè)規(guī)模大、環(huán)保要求高、施工工期緊、涵蓋專業(yè)廣等一系列特點(diǎn)，特別是沿線地質(zhì)構(gòu)成較為復(fù)雜，勘測結(jié)果顯示合同段K69+230、K74+890、K77+130 三處路段均為軟土路基，且公路沿線還有橋梁項(xiàng)目。地質(zhì)勘測結(jié)果如表1 所示。

表1 K69+316—K85+938 路段的地質(zhì)勘測結(jié)果

2 軟土路基處理方案

2.1 加固方案選擇

該項(xiàng)目在具體實(shí)施過程中，出于施工范圍、周期、成本、進(jìn)度、質(zhì)量等多方面因素考量，擬定采用強(qiáng)夯置換工藝對(duì)現(xiàn)場軟土路基路段進(jìn)行處理，以確保有效提高工程施工質(zhì)量，為后續(xù)的公路橋梁施工奠定良好基礎(chǔ)。

在結(jié)合現(xiàn)場前期勘測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場技術(shù)人員決定采用5.5m 與6.5m 兩種規(guī)格的置換墩進(jìn)行軟土加固，其間要求成墩直徑至少為3m。在進(jìn)行置換墩布設(shè)的過程中，要求其處理范圍需要延伸至路堤坡腳線以外3m 左右，同時(shí)以成墩中心為標(biāo)準(zhǔn)，控制樁間距大小為5m，樁與樁之間需要保持正三角形排列形式。用于置換回填的材料應(yīng)采用粗顆粒碎石，具體粒徑需要以錘頭和地面的接觸范圍為標(biāo)準(zhǔn)，最大不可超過重錘底部直徑的20%，且需要保證粒徑在300mm 以上的石料占比不可超過填料總量的30%。在回填作業(yè)之前需要對(duì)材料進(jìn)行性能測試，保證其含泥量控制在10%以下，材料硬度需要符合現(xiàn)場施工要求。強(qiáng)夯置換作業(yè)后的路基強(qiáng)度要求如表2 所示。

表2 強(qiáng)夯置換作業(yè)后路基強(qiáng)度要求

2.2 施工參數(shù)計(jì)算

2.2.1 錘頭規(guī)格

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2002)要求，置換樁的計(jì)算直徑可以參照錘頭直徑的110%～120%進(jìn)行計(jì)算。該項(xiàng)目在制訂施工方案時(shí)要求單樁直徑為3m，因此經(jīng)過換算可以將錘頭規(guī)格設(shè)置為直徑2.5m 的圓形夯錘。此外，為了保證強(qiáng)夯施工質(zhì)量，要求錘底與作業(yè)面之間的靜接地壓力值不得小于80kPa。因此結(jié)合夯錘與地面之間的接觸面積，可以確定錘頭重量應(yīng)保持在40t 左右，如此才能夠獲得理想的施工效果[1]。

2.2.2 夯錘落距

夯錘落距數(shù)值直接影響著重錘單次夯擊能夠影響的最大深度，因此工作人員需要根據(jù)現(xiàn)場加固需求合理計(jì)算其相關(guān)數(shù)值，以確保獲得最佳施工效果。在參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，可采用式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式（1）中：H 為重錘單次夯擊最大影響深度的計(jì)算值；α為當(dāng)前土質(zhì)條件下的修正系數(shù)，此次施工過程中設(shè)定值為0.5～0.75；ω 為重錘產(chǎn)生的能量；h 為重錘落距。由于已經(jīng)確定重錘規(guī)格為直徑2.5m 的圓形夯錘，重量為40t，因此根據(jù)施工設(shè)定方案進(jìn)行計(jì)算，確定現(xiàn)場單次夯擊需要影響的最大深度值至少為8m，經(jīng)過公式進(jìn)一步計(jì)算可以確認(rèn)，在施工期間需要保持夯錘落距在15～20m 之間，單次夯擊能不得小于6000～8000kN·m。

2.2.3 夯擊方案

在現(xiàn)場作業(yè)過程中，夯擊次數(shù)不足會(huì)影響路基加固效果，使其無法達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求；然而，夯擊次數(shù)過多則會(huì)誘發(fā)土層液化現(xiàn)象，并導(dǎo)致單樁周圍地面隆起，從而降低路基處理質(zhì)量。因此，在制訂現(xiàn)場施工計(jì)劃時(shí)，要求路基累計(jì)夯沉量數(shù)值達(dá)到樁身長度的150%～200%，同時(shí)最后兩次的夯沉量數(shù)值不可超過150mm。在隨機(jī)選取試點(diǎn)展開試夯后，決定控制單點(diǎn)夯擊次數(shù)為20～30 次，完成第一遍作業(yè)之后需要間隔14～21d 進(jìn)行第二遍夯實(shí)作業(yè)。要求完成夯實(shí)之后的路基土層中不可存在孔隙水壓力，同時(shí)對(duì)于部分滲透性較差的路基路段，需要適當(dāng)減少夯擊次數(shù)，以防止路基土出現(xiàn)翻漿軟彈現(xiàn)象。

2.3 夯前準(zhǔn)備工作

在確定各項(xiàng)強(qiáng)夯基本參數(shù)之后，工作人員需要著手展開現(xiàn)場處理工作。

首先，對(duì)場地進(jìn)行初步整平，采用人工配合機(jī)械的方式將路基表面的石塊、垃圾等殘留雜物運(yùn)送至場外指定地點(diǎn)。

其次，為了避免設(shè)備在作業(yè)期間由于路基失穩(wěn)導(dǎo)致偏移、傾斜現(xiàn)象，應(yīng)使用置換料對(duì)場地進(jìn)行加固修整，以確保其能夠滿足現(xiàn)場施工要求。

最后，為了確保作業(yè)期間各項(xiàng)施工參數(shù)能夠得到精準(zhǔn)控制，技術(shù)人員應(yīng)使用水平儀、全站儀、GPS 定位系統(tǒng)等測量設(shè)備建立現(xiàn)場平面控制網(wǎng)，要求控制網(wǎng)規(guī)格至少為90m×90m，隨后按照18m 間距分別設(shè)置橫向與縱向的水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)。并以此為基準(zhǔn)記錄現(xiàn)場標(biāo)高以及每個(gè)墩位的高程數(shù)據(jù)[2]。

2.4 排水施工

在強(qiáng)夯作業(yè)展開之前對(duì)現(xiàn)場地下水過高的區(qū)域進(jìn)行排水處理，以避免影響路基加固質(zhì)量和引發(fā)施工安全事故。該項(xiàng)目工作人員在經(jīng)過現(xiàn)場考察之后，決定采用鋪設(shè)砂墊層與塑料排水管的方式降低現(xiàn)場土層的含水量，具體措施如下。

首先，現(xiàn)場作業(yè)人員提前在作業(yè)面表面挖設(shè)排水溝渠，一方面將地表水及時(shí)引流到作業(yè)面以外；另一方面配合抽水設(shè)備加快現(xiàn)場排水進(jìn)度。在清除地表水之后，在路基表面設(shè)置一層0.6～1m 厚的砂石墊層，確保能夠借助孔隙壓力將土層中的水分排出。為了保證現(xiàn)場施工質(zhì)量，要求鋪設(shè)砂墊層所用的材料應(yīng)為中粗砂，水平滲透系數(shù)需要控制在5×10-3cm／s，最大含泥量不可超過5%。且為了防止水分回流，需要在墊層表面加鋪一層黏土，以提高土層排水效果。

其次，工作人員提前制作正方形排水板，其表面按照0.9m×0.9m 間隔布設(shè)PVD 塑料管材。隨后使用插板機(jī)將排水板插入地下18m 左右，要求排水板垂直度誤差控制在1.5%以下，地表裸露長度為600mm，與作業(yè)面邊界距離不可小于0.5m。在插板過程中，施工人員需要盡可能減少排水板回帶現(xiàn)象，一旦回帶距離超過500mm，則需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)插操作，并且需要保證路基排水作業(yè)期間現(xiàn)場回帶數(shù)量不可超過總量的5%。

2.5 夯擊作業(yè)

完成現(xiàn)場處理之后，工作人員可以正式展開現(xiàn)場夯擊作業(yè)。該項(xiàng)目采用800 型液壓履帶式強(qiáng)夯機(jī)，夯錘最大落距為20m。在設(shè)備抵達(dá)現(xiàn)場指定位置之后，工作人員需要對(duì)其底座進(jìn)行固定，避免設(shè)備工作過程中出現(xiàn)位移，隨后檢測設(shè)備脫鉤與滑輪組件是否能夠正常工作，確認(rèn)無誤之后方可正式展開作業(yè)。在夯擊過程中，工作人員需要時(shí)刻檢測錘頭落下的垂直度，避免發(fā)生傾斜錯(cuò)位現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)夯點(diǎn)偏差過大，除了需要及時(shí)進(jìn)行矯正之外，還需要將夯坑傾斜位置填平重新施工。同時(shí)，工作人員需要在設(shè)備起吊鋼絲繩上做好標(biāo)記，確保每次提錘的最大誤差范圍不超過200mm。

在連續(xù)夯擊直至夯坑形成之后，工作人員需要立刻清除夯坑周圍被擊出的軟土，并檢測夯坑規(guī)格是否符合施工要求。在確認(rèn)各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之后，可以分2～3 次向坑內(nèi)投入填料，每次回填厚度需要保持在2.5～3m 之間，確保夯坑始終保持2m 以上的深度余量。在這一過程中，工作人員需要嚴(yán)格控制每一夯坑的填料數(shù)量，通常每個(gè)置換墩填料量應(yīng)為39～46m3，預(yù)計(jì)完成施工后的地面抬高值為0.93～1.09m。

3 特殊路段軟土路基處理方案

除了常規(guī)路段之外，施工過程中還存在部分特殊路段的軟土路基處理需求。需要施工人員根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況靈活制訂施工計(jì)劃，以有效提高施工質(zhì)量。該項(xiàng)目在施工期間采取了以下措施。

3.1 橋臺(tái)路基施工

合同段K80+480—K80+620 為橋梁工程，全長140m，由于所處地勢環(huán)境較為特殊，因此在進(jìn)行路基處理的過程中需要采取其他方案，以確保提高橋梁施工效果，避免后期出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象。

為此，在現(xiàn)場作業(yè)過程中，該項(xiàng)目采用了滲水性較為出色的填筑材料配合部分高強(qiáng)度輕量化工業(yè)廢料進(jìn)行臺(tái)背回填，避免橋梁在施工過程中受自身重量影響而出現(xiàn)沉降過快的現(xiàn)象。并且在臺(tái)背填筑過程中，該項(xiàng)目工作人員采用橋涵兩側(cè)同步作業(yè)的方式，以確保精準(zhǔn)控制填筑標(biāo)高參數(shù)，避免在后期出現(xiàn)不均勻沉降的問題。除此之外，橋臺(tái)回填應(yīng)采用分層填筑模式，回填厚度控制在30cm，完成壓實(shí)作業(yè)之后剩余攤鋪厚度以25cm 為宜。在臺(tái)背施工的同時(shí)，需要設(shè)置一道0.15m 厚的無砂混凝土滲水墻，并沿墻體底部安裝多個(gè)水平滲水管，以控制臺(tái)后過渡段的含水量，并進(jìn)一步提高橋臺(tái)路基的穩(wěn)定性。

3.2 橫向半填半挖地段

項(xiàng)目K74+950 為陡坡路段，整體坡度較大，在對(duì)其路基部分進(jìn)行處理的過程中需要采用橫向半填半挖施工。具體實(shí)施期間需要重點(diǎn)展開路面壓實(shí)施工，以避免路基部分出現(xiàn)縱向裂縫。

為此，該項(xiàng)目工作人員在現(xiàn)場施工期間采用了臺(tái)階拼接工藝，沿半填斷面設(shè)置臺(tái)階，每層臺(tái)階寬度控制在2m 左右，同時(shí)保持橫坡數(shù)據(jù)為1∶25～1∶5，并向臺(tái)階內(nèi)側(cè)制造2%～4%的傾斜坡度。隨后在現(xiàn)場回填的過程中，工作人員以填方最終高度為準(zhǔn)，設(shè)置2 道土工格柵（回填高度超過6m 的需設(shè)置3 道），隨后采用分層回填工藝進(jìn)行填筑施工。回填方案如表3 所示。

表3 K74+950 橫向半填半挖路段路基回填方案

3.3 低填淺挖路段處理

標(biāo)段內(nèi)合計(jì)有8 處低填淺挖路基，其中低填路段在進(jìn)行路基處理時(shí)需要在路床基礎(chǔ)上超挖300mm 以上，隨后向其基底部分填入碎石，并保證其壓實(shí)率為94%以上；淺挖路段需要超挖800mm，對(duì)路基進(jìn)行壓實(shí)后填筑碎石，并控制其壓實(shí)率為96%。

施工過程中工作人員需要首先確認(rèn)作業(yè)面的中樁與邊位線，并以此為參照將作業(yè)面劃分為5m×6m的單元格，按照預(yù)計(jì)方案完成路基處理與回填之后，現(xiàn)場作業(yè)人員使用225D-3 振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)作業(yè)面進(jìn)行壓實(shí)，要求設(shè)備最大行進(jìn)速度控制在3km/h，作業(yè)期間需要保持強(qiáng)振數(shù)值為33.7t，弱振數(shù)值為18.2t，靜壓不得小于80kg/cm3。為了保證施工質(zhì)量，需要使用水準(zhǔn)儀等設(shè)備全程進(jìn)行作業(yè)面標(biāo)高控制。

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過對(duì)公路橋梁項(xiàng)目軟土路基施工技術(shù)展開深入研究，強(qiáng)調(diào)在施工過程中不僅需要嚴(yán)格控制施工參數(shù)，還需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況靈活調(diào)整技術(shù)方案，以有效提高施工質(zhì)量，為人們創(chuàng)造理想的交通出行條件。