軟土地基中道橋工程的不均勻沉降成因與防控

吳井奎

摘要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，各地區(qū)之間的聯(lián)系日益密切，經(jīng)濟一體化成為未來的大勢所趨。同時在城市化逐步成為主流的社會大背景下，道橋建設不僅起到了緩解交通壓力的作用還代表了一個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平。我國道路橋梁分布廣泛數(shù)量多，為兼顧社會經(jīng)濟效益與公民的人身安全，工程建設部門應針對道橋建設中常見的軟土地基不均勻沉降問題提出有效的解決措施。

關鍵詞：軟土地基;道橋工程的不均勻沉降;成因與防控

引言：道橋建設體現(xiàn)了一地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展程度，在經(jīng)濟一體化的社會背景下，各地區(qū)之間的往來支撐著經(jīng)濟的穩(wěn)步增長。但是在道路橋梁投入使用后，常會出現(xiàn)許多問題如地面沉降和裂縫等，給政府帶來大量的后期維護費用的同時對通行的居民的人身財產(chǎn)安全構成威脅。因此工程建設部門根據(jù)交通載荷對公路的影響，通過開展一系列的模型試驗研究軟土地基沉降的成因，減少危險事故的發(fā)生。

1自然環(huán)境因素的影響，制定地基土的物理性能指標

國家的經(jīng)濟發(fā)展使得基礎設施進入到建設的高潮期，交通建設作為一地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展程度的指向標，起到疏通兩地之間的經(jīng)濟往來，承接人口轉移的重要作用。近年來，國家對道橋工程的建設和養(yǎng)護費用投資呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢，建設力度空前前所未有?，F(xiàn)在我國的橋梁建設技術和配套設施的水準已躍居世界第二。但是由于我國幅員遼闊，生態(tài)環(huán)境復雜多樣的特點，道橋在投入使用后受到自然環(huán)境因素的影響常出現(xiàn)軟土路基不均勻導致的沉降問題，致使道路的通行度下降，管理部門的后期養(yǎng)護監(jiān)管費用大大增加。我國地質環(huán)境多樣，大部分高道橋不可避免的要途徑軟土地區(qū)。軟土區(qū)存在著含水量和空隙大的特點，在受到大質量的貨車經(jīng)過時往往會出現(xiàn)路基不穩(wěn)或大幅沉降的現(xiàn)象。

例如針對由自然環(huán)境因素變化導致的軟土路基沉降的問題，管理部門要在規(guī)劃時對地基土的物理性能設置一定的標準，減少使用后軟土路基的沉降幅度。道路橋梁的施工對工程地質有較高的要求，原有土地中含有軟土層或地基土的特性不同都會造成一定程度的路基沉降變形。首先在設計階段，設計師應兼顧使用效益與經(jīng)濟效益在縮減成本的同時延長公路的使用壽命。設計者要在將要建設橋梁的地段，劃分區(qū)域建立檢測點檢查土質情況。如在我國沿海地區(qū)建設跨海大橋，土壤長期受到海水的侵蝕，地下水水位高，多陰雨天氣導致地基土的含水量大于國內的其他地區(qū)。所以設計者要依據(jù)本地區(qū)的具體情況進行規(guī)劃，延長跨海大橋的使用周期。在近海地區(qū)對軟土層進行排水和填縫，提高路基的載荷能力。其次，為方便施工單位開展工作，國家應制定統(tǒng)一的地基土物理性能指標給建設質量提供一個明確的標準。管理部門派出專門的人員，在我國幾大有代表性的氣候區(qū)如南方沿海地區(qū)，西北內陸地區(qū)，東北地區(qū)和青藏地區(qū)等開展土質檢測工作，就地基土的含水量，縫隙大小，載荷程度等方面進行記錄并生成全國地基土分布情況圖。根據(jù)當?shù)鬲毺氐淖匀画h(huán)境特點，在保障道路橋梁通行質量的基礎上制定地基土物理性能指標，施工方在建設過程中可以參考該標準對土質在擁有一定了解的基礎上采取科學的防沉降措施。全國的統(tǒng)一標準有助于工程建設的高速度與高質量，有效規(guī)避由地基土帶來的路面龜裂沉降問題的發(fā)生。

2路基側向移位的影響，合理布置路基沉降點

由于經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的需要，道橋工程建設已經(jīng)成為國家當前的重點工作之一。道路橋梁的通行質量反映了一個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展程度，經(jīng)濟繁榮地區(qū)的城市化水平高，經(jīng)濟貿易交往是其主要的經(jīng)濟支柱，人口流動較為普遍所以對橋梁，公路交通的需要比其他地區(qū)更大。除了地基土的次固結沉降，還有固結沉降和側向位移引起的沉降兩種。固結沉降通?？梢栽谠O計階段依據(jù)國家制定的地基土物理性質指標，進行合理規(guī)劃規(guī)避固結沉降風險的發(fā)生。而在側向變形與路面載荷的共同作用下土質的剪應力和固有的抗剪強度引發(fā)路基沉降一般是瞬時性的，所以在路面的外載荷增長速度過快時側向變形的問題就會加深。同時側向變形還與施工速率有關，過快的速度會使填土載荷超過自身的承受能力。

例如針對路基側向位移的問題，管理部門要合理布置路基沉降點控制施工速率使其在地基土的承受范圍之內。首先，工程建設部門要控制施工速度使其處于一個合理的范圍內，通過減少路面的外載荷增長變化速率降低瞬時變形發(fā)生的可能性。施工人員憑借以往的建設經(jīng)驗與地基土物理性質指標對本地區(qū)軟土路基的基本情況進行一定的掌握。施工人員采取構建道路模型的方式在施工前開展速率模擬實驗。技術人員利用計算機設定出一套程序，只需將軟土地基土的厚度，含水量等數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，就可以得出最佳的施工速率和最大外載荷強度，只要在這個限額內施工就可以實現(xiàn)兼顧成本與質量的目的。需要注意的是沉降點的設置應具有廣泛代表性，盡可能的覆蓋整個軟土路基保障測定結論的準確度。除此之外，還要控制填土速率與排水速率，在二者之間利用測定系統(tǒng)尋求一個平衡點，基本做到填土與排水同時進行處于動態(tài)平衡的狀態(tài)。

3道橋軟土厚度對沉降的影響，應用軟土路基沉降的一般規(guī)律

我國幅員遼闊，橫向由沿海到內陸跨越多個干濕地帶，縱向上由南到北歷經(jīng)多個溫度帶，自然環(huán)境復雜多樣對道橋建設提出了更高的要求。道橋的通行量直觀的反映出一地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展程度，所以為保障經(jīng)濟的穩(wěn)步增長與公民的人身財產(chǎn)安全，工程建設部門應在對軟土路基的全面掌握后，減少軟土路基的沉降幅度。路面載荷是影響軟土路基變化的關鍵因素，當軟土厚度越大，在遇到大質量的貨車經(jīng)過時，就可以阻擋部分壓力的向下傳導，地基土內的水分不會因此被排出，空隙保持相對穩(wěn)定此時沉降變化幅度較小。

例如針對道橋軟土層厚度不同的問題，工程建設部門要依據(jù)軟土路基沉降的一般規(guī)律提高排水性能。首先，當遇到軟土層較薄壓強傳導性能強的情況時，施工人員可以選擇采用，換土墊層的方式增加軟土層的厚度，為排水留下充足的時間。常見的有機械換土法，砂墊層法，爆破擠淤法等。都是通過改變地基土的物理性質后加厚地基土層的方式，保持含水量的相對穩(wěn)定使空隙中的水分充足，載荷強度更大。除此之外，施工人員還可以選擇使用綜合治理方法，如砂墊層與固節(jié)水法有機結合在加厚軟土層的同時，將其中的液態(tài)水通過改變其特性的化學方法固化提高其載荷的強度減少側向變形的發(fā)生;填土預壓法是要求施工人員在進行填土工作室，改變以往的流程，把填土環(huán)節(jié)拆分為多個填壓環(huán)節(jié)輪流開展。具體操作為利用大質量的滾輪模式大體積的貨車等在軟土層的表面來回滾動，加速軟土層中水分的下滲。之后再覆蓋上一層砂土并用大體積滾輪進行新一輪的排水壓實，反復此項工作直至填滿整個開挖路段。用這種方式鋪設的道橋，軟土層自身的含水量少，受到多次擠壓空隙小，缺少了側向變形的必備條件。

總結：本文針對道橋在長期使用后常出現(xiàn)的軟土路基沉降的問題從其主要影響因素自然環(huán)境，路基側向移位和路堤填筑三個方面入手開展有針對性的沉降試驗分析，得出路基沉降的一般規(guī)律并就結論進行整改，對我國道橋工程建設具有一定的指導作用。保障道橋的通暢度有助于經(jīng)濟的穩(wěn)步增長，減少危險事故的發(fā)生率和管理部門后期的維護費用。

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