軟土地質下公路橋梁的施工技術

熊兆華

(宜春通達路橋建設有限公司, 江西 宜春 336000)

軟土地質是一種常見的地質類型,土壤內水分含量通常在20%以上,部分區域內的土壤中水分含量甚至能夠達到80%。軟土地質的地基常常出現不均勻沉降現象,這一地質條件特征使得公路橋梁施工難度加大,很可能會造成橋梁的不均勻沉降問題,同時還會對施工安全造成不利影響[1]。同時,軟土的自身滲透能力較弱,與其他類型的土壤相比,其自身的固結速率比較慢。由于其滲透性差,導致土壤中有機質含量高,在雨中會產生大量氣泡,這就導致了土壤的排泄渠道里面會產生大量的氣體,從而對土壤的滲透性造成較大程度的破壞[2]。若不對其進行針對性處置,會造成軟土地基的強度無法滿足公路橋梁施工建設的要求。針對這一問題,施工人員需要在充分考慮公路橋梁施工項目的實際需求 基礎上,對施工方案或技術進行靈活選擇,從而確保公路橋橋梁的施工質量[3]。因此,提出軟土地質下公路橋梁施工技術及其應用。

1 工程概況

以宜萬同城快速通道公路橋梁建設施工項目為例,該項目總設計長度為55 km,路基寬度為25.4 m。公路橋梁設計為雙向六車道。橋梁部分要求橋涵的荷載等級為公路-I級,橋涵以及公路路基的地震基本烈度為7度。按照公路技術等級為一級公路的要求進行建設施工,其他技術指標均需要符合公路工程項目施工技術標準的要求。一級公路的技術標準為供汽車分向、分車道行駛,并部分控制出入、部分立體交叉的公路,該公路年平均日設計交通量為25 000～55 000輛。在對該項目覆蓋區域進行地質勘察后得出,多個路段存在軟土地質情況、軟土層較淺位置厚度在1.2～5.3 m,較深位置厚度在5.3～16.2 m[4]。為了確保施工質量,在施工前對軟土地質區域進行處理。

2 軟土地質下公路橋梁施工

2.1 現場勘察

由于軟土地質下公路橋梁施工涉及到多個環節,所以要從前期工作出發做好統籌工作,其中軟土地質條件現場勘察至關重要。由于施工現場地質存在一定差異性,因此需要根據公路橋梁施工現場的軟土地質特征,對其進行深入勘察,并根據勘查結果編寫地質報告以及制定施工處理方案等,按照處理方案設計引入不同的處理設備以及材料,保證后續使用的順利進行。采用鉆探技術和原位測試技術進行現場勘察,獲取軟土的埋藏條件、分布范圍和物理力學性質。

由于軟土地質的承載力不高,因此在對其進行鉆探過程中無法采用大型鉆探設備,所以此次勘察過程中所使用的設備應該具有易拆卸、結構簡單、性能可靠等多種特征。由于軟土地質滲透性較差,所以采用泥漿護壁鉆進以及干法相結合的方法實現鉆探。為了降低軟土取樣過程中對于周圍土體的擾動,提升采樣質量與效率,因此薄壁取土器直徑要>108 mm。在對公路橋梁施工中軟土地質進行鉆探之后,展開相關的原位測試,通過綜合比較二者所得結果,以保證勘察結果具備較高的科學性和可靠性。綜合考慮因素,利用十字板剪切、靜力觸探實驗等進行原位測試,其中利用十字板剪切實驗獲取軟土靈敏度、抗剪強度等參數,利用靜力觸探實驗獲取固結系數、軟土變形量等參數。

通過現場勘察,降低軟土地質下公路橋梁施工安全風險發生的概率,進而提高施工質量。

2.2 軟土地質砂墊層施工

在開展公路橋梁施工前,需要先完成對軟土地基的加固處理,結合不同軟土厚度設計不同的鋪設方案,對于較淺路段采用砂墊層鋪設方式,以提升該施工區域的承載力[5]。該方式通過均勻分散荷載,減小地基沉降和變形,從而有效提升地基的穩定性和承載能力。同時相比其他復雜和高成本的加固方法,砂墊層鋪設更簡單和經濟,在相對較短的時間內能夠實現良好的地基加固效果。此外,砂墊層鋪設方式也比較靈活,可根據軟土的厚度進行設計,適用于各種軟土地質情況。在此基礎上結合樁結構加固的方式促進該區域承載力的進一步提升。在明確不同區域的施工內容后,在進行砂墊層施工時,要對鋪筑材料進行合理選擇,并對其性能進行測試[6]。由于中粗砂物料自身的結構比較堅硬,并且具有良好的物理性能,因此,在公路橋梁施工中,砂墊層是以中粗砂為主,規格為0.25～2.0 mm,不允許摻雜草根等雜物,在進入工地之前必須對其進行嚴格的性能測試和各項檢查,確認符合要求后才能進入工地,以免出現材料質量問題,影響后續工程施工質量。

在確保粗砂材料的各項指標均符合進場要求后,通過驗槽作業,確定軟土地質區的特定土性。在完成驗槽操作后,先清除地基表層的浮土,然后檢查周圍有沒有異常的斜坡,相關材料檢驗合格后再進行砂墊層的鋪設[7]。圖1為砂墊層鋪設斷面結構示意圖。

圖1 砂墊層鋪設斷面結構示意圖

針對公路橋梁施工項目的實際情況,分層鋪筑,由深到淺依次進行。在鋪設第一層砂墊層時,不能隨意地向下鋪砂,以免影響整個墊層的穩定。同時,在每層填筑時,需要將厚度控制在15 cm以內。在鋪設過程中,還需要振動器設備作為輔助,對砂墊層上的材料反復搗實,以此能保證鋪設的整體質量。按照上述步驟,完成對所有砂墊層的鋪設。完成鋪設后,砂墊層的厚度應當控制在0.6～1.0 m范圍內,砂墊層邊沿與路堤邊緣距離應在0.5～1.0 m范圍內。在鋪設完全部墊層后,要對鋪設效果進行檢查,最后的砂墊層壓實系數不得<0.94。在驗收時,隨機選擇若干個檢查點,每一個檢查站至少檢查三次,以保證墊片的施工質量,確保軟土地基處理的效果。

2.3 深層水泥攪拌樁施工處理

在完成砂墊層的施工后,為了進一步保證施工質量,還需要進行水泥攪拌樁施工處理。水泥攪拌樁能夠形成堅實的混凝土柱,增加地基的承載力和穩定性,有效減小地基沉降和變形。同時該方法根據軟土深度進行鉆孔和攪拌施工,具備較好的靈活性。此外相對于傳統地基處理方法,水泥攪拌樁不需要大量挖土和運輸,減少了對環境的影響和資源消耗,使用的水泥也不會對環境造成污染。因此水泥攪拌樁是一種有效的軟土地質處理方法,能夠有效提高公路橋梁施工質量。

在開挖前,可以先將H型鋼打入,并保持2～3 m 的間隔。在基坑開挖后,將水平壓強集中于樁上,可有效地抑制土體的沉陷,從而保證軟弱地質的穩定性。針對水泥材料的選擇,根據上述公路橋梁實際情況,選用P·O 32.5普通硅酸鹽水泥材料即可[8]。為了確保軟土地質的加固質量,同樣需要在材料進場前對其進行質量檢驗,針對過期、受潮或結塊變形的劣質水泥,嚴格禁止其進入到施工現場。對進入到現場的材料也需要進行隨機抽樣,再送到實驗室進行測試,只有通過測試方可投入使用。深層水泥攪拌樁的施工,需要選擇具有良好可靠性且符合規范要求的施工設備作為輔助。針對較深區域的軟土地質條件區域,施工現場必須做到“三通一平”。在此基礎上,再按設計圖在施工現場進行放樣,并準確地確定每個攪拌樁的安裝位置[9]。放樣完成后,對放樣記錄內容進行匯總和匯報,待監理檢查合格后才能夠開展后續的施工。

在安裝的過程中,必須保證樁基水平且牢固。樁機攪拌器頭部和樁體位置要保持一致,通過線錘對樁結構的垂直度進行測定,并通過檢測確認后方可進行鉆孔。在安裝完畢后,選定施工區段進行試樁,分段長度為50 m,試樁數量為25根。試樁的過程中針對鉆孔速度、提升速度、攪拌速度等都需要進行嚴格的控制,并記錄試樁效果。獲取最佳的試樁效果后,將相應的參數設置作為最終方案并開始正式施工[10]。在施工中要嚴格按照試樁的速度進行,鉆速為1 m/min。進入預定位置后,采用壓漿泵進行注水,并進行1 min的攪拌。當底部混合均勻后,再進行提升,提升速度為0.8 m/min,同時保證在提鉆期間,灌漿和攪拌均勻。在距樁頂0.25 m時,必須反復噴漿,以保證樁身質量,并在距樁頂0.25 m后停止噴漿。為保證水泥漿與軟土均勻混合,一次攪拌結束后,應當采取同樣的方式進行二次攪拌。施工中還需要對設備運行時間、速度等進行記錄,每次記錄的時間間隔誤差不得超過5 s。若在這一過程中出現孔洞或其他突發情況,則必須馬上用土充填,待恢復正常后再進行噴漿,同時再次攪拌,兩次施工的搭接長度不能<1.0 m。

2.4 排水施工與反壓護道施工

在進行排水施工時,可采用中砂或粗砂材料,將埋設于軟土地質中的鋼管按自上而下的原則進行分層壓實,并在樁孔內填充砂石材料。如果在道路橋梁施工建設過程中遇到了黏性土壤,可以通過打樁的方法來構架壓實土層。在將砂粒充分填滿后就可以形成砂樁。由于軟土地質中水分含量高,如果排水措施不當,將會對公路橋梁結構的穩定產生不利的影響,從而導致崩塌。針對這一問題,采取垂直排水的方法,即在軟土地質上施加重力壓縮土壤中的水分,從而提高土體強度,以此達到更好的加固效果。在這一過程中需要注意的是,在安裝排水管道時,要確保其通暢,防止砂石阻塞排水管道,影響排水效果。在完成排水施工后,還需要進行反壓護道施工。施工中,需要在公路橋梁的兩邊各布置一條護道,護道的寬度和高度,都要根據具體的情況而定。采用護坡設計可以有效地改善公路橋梁的抗滑性能。采用逆壓護道施工技術,不需要考慮填土速度,可以充分利用機械在短時間內完成填筑。

3 施工效果分析

在完成上述施工后,為實現對軟土地質下公路橋梁施工效果的檢驗,將公路橋梁施工段沉降作為評價指標,選取6個已施工完成的分段,對其沉降值進行測定,并將各個分段沉降值與公路橋梁施工規定要求的沉降變化允許范圍對比,通過對不同分段沉降差值的分析,驗證施工質量。使用AR-SS-SZY02型道路工程沉降監測設備對各個施工分段沉降情況進行測定。表1為AR-SS-SZY02型號道路工程沉降監測設備的性能參數。

表1 AR-SS-SZY02型沉降監測設備的性能參數

使用具備上述性能的測量設備對各個施工分段沉降值進行測定,并將得到沉降數據匯總,繪制成如圖2所示的曲線圖。

圖2 公路橋梁施工各分段沉降值記錄

從圖2可以看出,六個分段的沉降值均沒有超過沉降容許值的上限,各個分段的沉降變化均在規定要求范圍內。再針對各個分段的沉降變化分析,最大沉降出現在第3分段,其沉降值為6 mm,最低沉降出現在第1分段,其沉降值為5 mm,沉降差值為1 mm,也在合理范圍內,未出現沉降不均勻現象。

4 結束語

為解決軟土地質下公路橋梁施工中存在的沉降值較大、沉降不均勻的問題,提出對軟土地質較淺的區域,在軟土表面鋪設砂墊層,增加地基的穩定性和承載能力;對軟土地質較深的區域,選擇了水泥攪拌樁施工方式,在地基中形成混凝土樁,增強了地基的穩定性和承載能力,以減小沉降的發生。同時結合排水施工和反壓護道施工等措施,提高施工質量和地基的穩定性。