軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用研究

馬浪

（中交三公局橋梁隧道工程（北京）有限公司，北京 100011）

1 引言

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年我國公路總里程接近530 萬km，公路密度為55.01 km/100 km2，全國四級及以上等級公路里程超過500 萬km。未來各地經(jīng)濟(jì)持續(xù)提升，需要施工質(zhì)量更高的公路橋梁滿足地區(qū)原材料輸入、產(chǎn)品輸出需求，軟土地基施工技術(shù)是常見的公路橋梁施工技術(shù)，對其展開詳細(xì)研究有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。

2 軟土地基的內(nèi)涵

軟土地基是由黏土、粉土等松軟土，或是一些有機(jī)質(zhì)土等構(gòu)成，其擁有以下特點(diǎn)。

第一，高壓縮性。軟土孔隙比超過1，含水量偏大，重度偏小。同時(shí)，軟土中存在許多微生物、腐殖質(zhì)，具有良好的壓縮性能。在其他條件不變的基礎(chǔ)上，軟土塑限值越高，壓縮性越高。

第二，透水性低。相比于其他土層，軟土透水性偏差，難以獲得更好的排水固結(jié)效果，在建筑工程中表現(xiàn)為建筑工程需要花費(fèi)更長的時(shí)間達(dá)到預(yù)期的沉降效果。而且，在對軟土地基增加負(fù)荷初期，會(huì)出現(xiàn)偏高的孔隙水壓力，會(huì)對建筑工程地基強(qiáng)度造成負(fù)面影響。

第三，觸變性。如果軟土沒有受到外力影響，結(jié)構(gòu)沒有被破壞時(shí)，擁有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。但是將外力施加在軟土之上，原本的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，軟土強(qiáng)度也會(huì)快速降低，這種性質(zhì)即為觸變性。在建筑工程施工中，會(huì)施加給軟土地基不定時(shí)、不定幅度的振動(dòng)荷載，會(huì)出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)、沉降等情況。

第四，流變性。在外界負(fù)荷持續(xù)影響軟土的情況下，軟土變形幅度會(huì)隨著時(shí)間延長而逐漸擴(kuò)大。特別是在一些堤岸、碼頭等建筑工程中，軟土地基將成為影響建筑工程后續(xù)使用穩(wěn)定性的重要因素[1]。

3 公路橋梁軟土地基施工技術(shù)的重要性

因?yàn)檐浲恋鼗陨泶嬖谕临|(zhì)松軟、含水量偏多的特點(diǎn)，造成土層縫隙偏大，如果沒有對這個(gè)問題進(jìn)行妥善處理，會(huì)在公路橋梁正式投入應(yīng)用后，土層水分長時(shí)間持續(xù)性向土層外進(jìn)行揮發(fā)，造成軟土地基的土壤顆粒密度持續(xù)提升，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的沉降，降低公路橋梁的安全性。而且，軟土地基的土壤顆粒還有一定的變形趨勢，會(huì)讓原本相對穩(wěn)定的土塊出現(xiàn)位移情況，讓公路橋梁表面形成裂縫，增加維護(hù)養(yǎng)護(hù)成本。對于公路橋梁項(xiàng)目，要讓軟土地基施工技術(shù)發(fā)揮最大的應(yīng)用效果，需要嚴(yán)格遵循以下原則。

第一，因地制宜。公路橋梁設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)施工區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)因素、水文條件，選擇合適的軟土地基處理方式，提升公路橋梁的建設(shè)質(zhì)量?？睖y人員要對施工區(qū)域的軟土地基分布情況做充分勘測，確認(rèn)軟土分布范圍、土層深度，再將相關(guān)數(shù)據(jù)信息提供給設(shè)計(jì)人員，并使用最匹配的軟土地基施工技術(shù)。除此之外，設(shè)計(jì)人員還需要對公路橋梁的施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)預(yù)估，提供與之匹配的應(yīng)對策略，保障公路橋梁順利施工。

第二，經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)人員與管理人員需要做好公路橋梁的線路布局作業(yè)，合理控制施工成本支出，減少人力、物力等重要資源的投入量，既可以讓公路橋梁獲得更高的施工質(zhì)量，也可以幫助當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸系統(tǒng)保持良好的工作狀態(tài)，助力地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2]。

4 軟土地基施工技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

本文選擇堆載預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、加筋法等幾種常見的軟土地基施工技術(shù)，詳細(xì)分析各自的應(yīng)用要點(diǎn)。

4.1 堆載預(yù)壓法

第一步，前期準(zhǔn)備。在施工前需要充分清理施工區(qū)域的地表水，如果施工區(qū)域的工作墊層不滿足填筑施工標(biāo)準(zhǔn)，還需要額外鋪設(shè)土工布等，注意土工布之間要有10 cm 的縫合接頭搭接寬度。

第二步，搭設(shè)塑料排水板。根據(jù)堆載預(yù)壓法施工標(biāo)準(zhǔn)搭設(shè)塑料排水板，以排水砂墊層的表層作為參考對象，要讓塑料排水板高出參考對象約0.2 mm。同時(shí)，要保證塑料排水板足夠的鋪設(shè)面積，以距離整個(gè)軟土地基施工區(qū)域邊緣0.2 m 為鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[3]。還需要注意，做好中砂墊層的標(biāo)高測量工作，進(jìn)而明確場地的沉降情況。在搭設(shè)處理后，需要對排水板斷口黏性土做充分的清理工作，通過砂礫土進(jìn)行回填，保證水在不進(jìn)孔洞的情況下，可以順利排入砂墊層內(nèi)部。如果套管角度出現(xiàn)偏差，需要進(jìn)行調(diào)整，保證套管豎直向偏差小于1.5%。如果排水板長度超過墊層長度，超出部分大于20 cm，對排水板進(jìn)行截?cái)嗵幚?，保證排水板和排水墊層中間沒有過多間隙，從而提高排水質(zhì)量。

第三步，濾管施工。在一般施工條件下，可以使用直徑為63 mm 的軟式透水管進(jìn)行濾管施工作業(yè)，需要將透水管體進(jìn)行打孔，并在外側(cè)包裹足夠?qū)訑?shù)的透水濾布，禁止在施工現(xiàn)場對透水管做二次加工處理?？梢愿鶕?jù)實(shí)際施工情況，將鋼管、硬塑料管等和透水管進(jìn)行連接，需要在應(yīng)用前檢測選擇的連接管件，是否擁有超過1 MPa 的抗壓強(qiáng)度，對于連接部分，要求長度不得小于10 cm，并使用鉛絲對連接部分充分扎緊。再將透水管和出膜彎管進(jìn)行連接，并在連接位置鋪設(shè)密封膜，使用射流泵和出膜彎管進(jìn)行連接。建議采用密封膜+土工布+密封膜的模式，進(jìn)一步提升濾管密封效果。密封溝要超過不透水層頂面以下50 cm，完成密封膜鋪設(shè)作業(yè)后，需要將素黏性土進(jìn)行回填，防止出現(xiàn)漏氣情況。

第四步，堆載預(yù)壓施工。對密封膜做25 d 的真空預(yù)壓抽氣后，開展后續(xù)的堆載預(yù)處理。需要先將一層土工布鋪設(shè)在密封膜上，再將粒徑小于3 cm 的砂礫土堆載于土工布上，要求堆載高度超過0.5 m，最后分層填筑粒徑小于5 cm 的砂礫土。結(jié)束填筑作業(yè)后，要做碾壓處理，以土體壓實(shí)系數(shù)超過0.95 作為碾壓標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，要將土方分層填筑高度控制在0.3～0.5 m，可以根據(jù)堆載回填標(biāo)高對填筑高度進(jìn)行調(diào)整。在堆載作業(yè)過程中，需要保護(hù)抽真空設(shè)備，做好排水工作。在達(dá)到卸荷標(biāo)準(zhǔn)后，停止真空設(shè)備運(yùn)行，并在卸載后開展十字板剪切試驗(yàn)，確認(rèn)軟土地基的實(shí)際承載性能[4]。

4.2 強(qiáng)夯法

第一步，前期準(zhǔn)備。對軟土地基的淤泥質(zhì)土做充分清理，再完成砂礫黏土回填相關(guān)操作?？梢詰?yīng)用分層回填的方式，每層厚度控制在40～50 cm，做好壓實(shí)處理。通常情況下，需要應(yīng)用20 t 振動(dòng)壓路機(jī)開展壓實(shí)活動(dòng)，要求密實(shí)度最低為93%。在應(yīng)用強(qiáng)夯法之前，需要對地下管線分布情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，設(shè)計(jì)強(qiáng)夯法應(yīng)用方案，預(yù)防破壞地下管線。

第二步，設(shè)備選擇。提升機(jī)選擇50 t 的履帶式起重機(jī)，夯錘選擇直徑在2.2～2.4 m，重量為165 kN（16.5 t）的鑄鋼錘，配置140 W 推土機(jī)，以及水準(zhǔn)儀、起重機(jī)具等設(shè)備。

第三步，強(qiáng)夯參數(shù)。在應(yīng)用強(qiáng)夯法處理軟土地基時(shí)，需要明確各類因素，如處理深度，合理控制處理深度。比如，應(yīng)用16.5 t 夯錘時(shí)，需要讓第一次夯擊位置和第二次夯擊位置保持10 m 的距離，并確保擁有5～6 m 的處理深度。在實(shí)際施工中，建議使用2 遍點(diǎn)夯+1 遍滿夯的施工模式。在2 遍點(diǎn)夯作業(yè)中，布點(diǎn)區(qū)域?yàn)? m×5 m 的正方形，讓所有布點(diǎn)保持梅花形布置；在滿夯作業(yè)中，需要讓所有夯錘印總面積大于夯錘底面積的25%底面積[5]。

第四步，點(diǎn)夯相關(guān)事宜。每個(gè)夯點(diǎn)需要連續(xù)夯擊6～8 次，兩遍點(diǎn)夯的時(shí)間間隔需要控制在14 d 以上。

第五步，試夯。對于點(diǎn)夯，單擊夯擊能量要達(dá)到2 500 kN·m，做好每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊距離控制，需要控制在5 cm 以內(nèi)。對于滿夯單擊夯擊能量要達(dá)到1 000 kN·m，每個(gè)夯點(diǎn)要進(jìn)行2～3 次夯擊。要對整個(gè)軟土地基施工區(qū)域進(jìn)行充分分析，從中選擇3個(gè)典型夯點(diǎn)開展試夯作業(yè)，并確定強(qiáng)夯法參數(shù)。

第六步，夯擊作業(yè)。先進(jìn)行點(diǎn)夯處理，需要對各個(gè)夯點(diǎn)進(jìn)行定位放線，明確夯點(diǎn)位置，測量場地。起重機(jī)需要移動(dòng)到指定位置，把夯錘牽引至足夠高度，通過夯錘的自重與重力勢能，對夯點(diǎn)做夯擊作業(yè)。如果因坑底不平出現(xiàn)夯錘歪斜情況，則要做好坑底的修補(bǔ)作業(yè)，在多次夯擊處理后，讓坑底達(dá)到預(yù)期控制標(biāo)準(zhǔn)。滿夯處理的前期操作和點(diǎn)夯處理相同，但是要在一個(gè)夯點(diǎn)達(dá)到夯擊數(shù)次后，將起重機(jī)移動(dòng)到待夯點(diǎn)與已夯點(diǎn)搭接25%的區(qū)域，再次進(jìn)行夯擊，最后使用壓路機(jī)對施工場地進(jìn)行碾壓處理。如果夯擊施工區(qū)域和周圍建筑物距離較近，需要在施工區(qū)域外圍開挖一條寬度為1 m，深度為2.5 m 的防振溝，避免夯擊作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)影響周邊建筑物原有穩(wěn)定性。

4.3 加筋法

第一步，前期處理。對軟土路基的地表水做充分清理。

第二步，鋪設(shè)第一層墊層。對于砂礫墊層，建議使用中粗砂+河卵石作為鋪設(shè)材料。對于中粗砂，其粒徑應(yīng)在0.075～4.75 mm，對于河卵石，其粒徑應(yīng)在4.75～47.5 mm。建議將砂礫混合料的最大干密度控制在2.21 g/cm3左右，含水量控制在4.6%左右，并要求含泥量低于3%。在拌和砂礫混合料時(shí)，需要預(yù)先將材料充分潤濕，再根據(jù)設(shè)計(jì)配合比添加材料砂拌和?？紤]到大多數(shù)加筋法使用平地機(jī)對砂礫混合料做攤鋪處理，攤鋪寬度需要比公路橋梁寬度略大。在均勻攤鋪后，使用振動(dòng)壓路機(jī)對砂礫混合料做充分碾壓，要求路面壓實(shí)度超過93%。

第三步，鋪設(shè)有紡?fù)凉げ?。結(jié)束砂礫層鋪設(shè)作業(yè)后，需要檢查其壓實(shí)度是否達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，檢查是否存在碎石、塊石等。確認(rèn)符合要求后，對公路橋梁開展全斷面的有紡?fù)凉げ间佋O(shè)作業(yè)。先將土工布做拉直處理，避免出現(xiàn)扭曲、重疊等情況，讓土工布可以緊貼砂礫層。如果土工布存在破損情況，需要通過移動(dòng)式縫合機(jī)進(jìn)行修補(bǔ)處理。對于土工布的連接位置，則要通過移動(dòng)式縫合機(jī)做縫合處理，并讓縫接線距保持在15 cm以下。兩張土工布縫合前，需要保持超過30 cm 的疊合長度[6]。

第四步，鋪設(shè)第二層墊層。為提升有紡?fù)凉げ紤?yīng)用性能，需要對有紡?fù)凉げ歼M(jìn)行充分檢查，再使用輕型推土機(jī)鋪設(shè)第二層砂礫層。在第二層砂礫層攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，無論是公路橋梁正常通行的車輛，還是施工場地應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備，僅提供沿路堤軸線方向的行駛條件?？梢韵葢?yīng)用后卸式卡車，將填料沿著土工布進(jìn)行卸載，以此建立一條簡單的交通便道，方便運(yùn)料車后續(xù)行駛。填料卸下最大高度不得超過1 m，避免大量填料集中在局部位置，造成已形成的墊層坍塌情況。整個(gè)施工以先兩側(cè)、后中間的方式進(jìn)行，要讓整個(gè)施工面保持“U”形。壓路機(jī)需要先完成靜壓，保證公路橋梁擁有施工方案標(biāo)準(zhǔn)的平整度后，再進(jìn)行后續(xù)的壓實(shí)作業(yè)。

第五步，鋪設(shè)土工格柵。使用加強(qiáng)型GSZ40-40 雙向鋼塑格柵進(jìn)行鋪設(shè)，并要求兩張土工格柵最低疊合長度為15 cm。土工格柵需要緊貼砂礫層，如果土工格柵存在翹曲情況，則要通過合適方法，將土工格柵固定在砂礫層上。

5 結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)軟土地基施工技術(shù)在路橋工程中的應(yīng)用，對于提升道路橋梁建設(shè)質(zhì)量有重要意義。在工程建設(shè)實(shí)踐中，需要根據(jù)公路橋梁施工標(biāo)準(zhǔn)以及工程實(shí)際情況，結(jié)合軟土地基施工技術(shù)要點(diǎn)，研究并優(yōu)化軟土地基施工技術(shù)應(yīng)用效果，制訂科學(xué)的軟土地基施工技術(shù)應(yīng)用方案，保證公路橋梁建設(shè)安全高效推進(jìn)，推動(dòng)路橋建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。