橋梁施工中的軟土地基施工技術(shù)研究
2016-06-06
道路橋梁是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要動脈，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。橋梁施工中影響質(zhì)量的因素非常多，尤其是來自地質(zhì)方面的因素，對橋梁施工安全的影響是最大的。我國幅員遼闊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，施工過程中可能會遇到很多不可預(yù)見的問題，其中軟土地基就是施工過程中的難題之一。軟土地基土質(zhì)黏性比較低，施工過程中遇到軟土地基時(shí)，應(yīng)對其進(jìn)行特殊處理，以保證滿足施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
1 軟土地基的特征
1.1 形變特征
1.1.1 非線性與非彈性。在受到壓應(yīng)力或拉應(yīng)力作用時(shí)，鋼筋和混凝土?xí)S著應(yīng)力而逐漸增大，材料形變呈現(xiàn)線形變化。在一定應(yīng)力限度內(nèi)，材料除掉應(yīng)力以后是可以恢復(fù)到原來形態(tài)的，這就是線性變化。將應(yīng)力去除以后，材料不能恢復(fù)到原來的形態(tài)，這就是非彈性變化，又叫塑形變化。軟土也具備這方面的性質(zhì)，大量工程實(shí)踐證明，軟土受到應(yīng)力作用時(shí)，線性變化是非常短暫的，因此通常人們認(rèn)為軟土變化呈非線性，同時(shí)其形變呈現(xiàn)出非彈性特點(diǎn)。軟土地基非線性與非彈性特點(diǎn)的存在使其受到應(yīng)力影響以后的變化難以預(yù)測，這為施工帶來了很多困難。
1.1.2 各向異性。軟土結(jié)構(gòu)經(jīng)過了多年沉淀以后才得以形成，黏土內(nèi)部分層非常明顯。地質(zhì)學(xué)知識告訴我們，這種沉淀軟土結(jié)構(gòu)中，每層都代表著一個(gè)年代的地質(zhì)條件，同層土質(zhì)基本相同，所以在軟土結(jié)構(gòu)中每層橫向上都存在各向同性特點(diǎn)。但是，軟土不同層次間結(jié)構(gòu)都是不同的，因此軟土結(jié)構(gòu)從縱向上來看呈現(xiàn)各向異性特點(diǎn)。
1.1.3 塑形體積應(yīng)變。軟土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空隙非常大，不同方向施加應(yīng)力以后，軟土顆粒位置會被調(diào)整，空隙被壓縮，結(jié)構(gòu)之間更加緊密，經(jīng)過這樣的壓縮以后，結(jié)構(gòu)始終保持原來的形狀，不會恢復(fù)到原來的形狀，這種情況下如果軟土地基處理不當(dāng)，就不能通過載荷的減輕進(jìn)行調(diào)整，必須對其展開重新的處理，這就要求施工必須一次性成功。
1.2 軟土工程特征
1.2.1 抗剪強(qiáng)度低。軟土的土質(zhì)非常松軟，這種土質(zhì)很難抵抗剪應(yīng)力的作用，該特點(diǎn)直接決定了在承受較大荷載位置上的沉降非常明顯，同時(shí)荷載小的地方沉降比較低，因此出現(xiàn)了路面裂縫等問題。
1.2.2 含水量高，滲透性小。軟土是一種經(jīng)過長時(shí)期沉淀形成的，其含水量達(dá)到了37%～72%，可以將其看作是流動土質(zhì)，經(jīng)過大量工程實(shí)踐證明，軟土的滲透性非常小，因此以其為地基的結(jié)構(gòu)，其含水量非常高，加上難以滲透，這無疑為地基排水施工增大了難度。
1.2.3 結(jié)構(gòu)性。在軟土形成方式的影響下，軟土結(jié)構(gòu)非常明顯，這種結(jié)構(gòu)一旦被破壞，可能會對整個(gè)軟土結(jié)構(gòu)造成影響，那么整個(gè)結(jié)構(gòu)會呈現(xiàn)出流動狀態(tài)，所以在軟土地基施工構(gòu)成中應(yīng)注意不能對軟土過分?jǐn)_動。
2 軟土地基在橋梁施工中的影響因素
2.1 施工環(huán)境帶來的影響
環(huán)境因素對橋梁工程建設(shè)的影響非常大，由于不同地區(qū)的地質(zhì)情況不同，施工技術(shù)在適用性上也存在一定的差別。黏性和砂性是兩種橋梁軟土地基形式，其中黏性地基中利用實(shí)壓技術(shù)比較合理，這項(xiàng)技術(shù)可以起到鞏固地基結(jié)構(gòu)的作用，同時(shí)還能有效避免路基內(nèi)部擾動問題的出現(xiàn)；砂性地基利用擠密技術(shù)比較合理，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)可以對松散地基結(jié)構(gòu)帶來的相關(guān)問題進(jìn)行解決。同時(shí)，在選擇施工技術(shù)時(shí)還要充分考慮土層厚度，如果軟土地基土層厚度較小，那么施工過程中應(yīng)重點(diǎn)對表層進(jìn)行處理，如果軟土地基土層厚度較大，應(yīng)該重點(diǎn)進(jìn)行排水與沉降等方面問題的處理。
2.2 橋梁等級帶來的影響
對于不同等級的橋梁我國做出了不同的規(guī)定，由于軟土地基直接影響著橋梁的整體質(zhì)量，因此橋梁等級也會對軟土地基施工造成一定影響。具體說來，橋梁等級和這種影響是成正比的關(guān)系，因此橋梁等級越高，對施工的要求也就越高，通常情況下軟土地基沉降應(yīng)該將重點(diǎn)放在施工階段的控制上，合理選擇異常情況的應(yīng)對措施，例如利用排水固結(jié)技術(shù)可以有效抑制沉降問題的發(fā)生。等級低的橋梁工程不需要選擇該技術(shù)，只需要進(jìn)行路面鋪設(shè)，待沉降完成以后重新進(jìn)行橋梁鋪設(shè)即可。
2.3 工程設(shè)計(jì)帶來的影響
軟土地基施工中很多問題都是可以利用工程設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)避的，所以工程設(shè)計(jì)也是軟土地基施工的重要影響因素。尤其是對于橋梁工程來說，在緩和過渡帶設(shè)計(jì)中這一點(diǎn)體現(xiàn)得尤為明顯，要想順利連接不同強(qiáng)度路基，必須設(shè)計(jì)緩和過渡段。但是在路基上設(shè)計(jì)緩和過渡帶存在一定困難，如果沉降量過大，橋梁可能會出現(xiàn)開裂、坍塌等問題，所以在設(shè)計(jì)工作中必須充分結(jié)合實(shí)際質(zhì)量要求和環(huán)境特性進(jìn)行設(shè)計(jì)（圖1為某橋梁軟土地基施工設(shè)計(jì)圖，單位：km，供參考）。
2.4 現(xiàn)場施工帶來的影響
在橋梁施工過程中，軟土地基施工是一個(gè)重要模塊，它不僅會受到現(xiàn)場施工措施的影響，同時(shí)其他施工環(huán)節(jié)也會對其產(chǎn)生影響。一些施工技術(shù)的選用由于受到周圍環(huán)境的較大影響，如果不能對這些技術(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，很多設(shè)計(jì)方案將會得不到落實(shí)，因此，軟土地基施工質(zhì)量也會受到影響。此外，施工過程中會利用很多大型的機(jī)械設(shè)備，設(shè)備運(yùn)輸及使用過程中都可能會對軟土結(jié)構(gòu)造成破壞，因此，應(yīng)在施工過程中對這種現(xiàn)象進(jìn)行抑制。
3 軟土地基施工技術(shù)的應(yīng)用分析
3.1 表層排水技術(shù)
之所以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高，軟土結(jié)構(gòu)含水量過高是其中一個(gè)重要原因，軟土地基施工可能會用到表層排水技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)在工程中應(yīng)用以后，結(jié)構(gòu)含水量會明顯降低，同時(shí)地基滲透能力、應(yīng)力承受能力會得到相應(yīng)提高。由于該技術(shù)操作起來比較簡單，只需要對排水溝進(jìn)行挖掘，排出地基內(nèi)部的地表水，完成排水以后進(jìn)行合理填埋，因此近年來得到了廣泛應(yīng)用。近年來，一些橋梁軟土地基工程中也使用孔管來完成表層排水工作，其排水效果非常好，但是值得注意的是，這項(xiàng)排水技術(shù)必須有過濾材料的保護(hù)才能切實(shí)執(zhí)行。 3.2 排水固結(jié)技術(shù)
軟土地基在施工過程中通常會用到排水固結(jié)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可以充分滿足施工排水、加固兩方面的要求，這項(xiàng)技術(shù)需要在開始施工之前應(yīng)用，其施工原理在于利用軟土地基上對荷載的預(yù)加，實(shí)現(xiàn)軟土結(jié)構(gòu)碾壓的目的，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不僅可以將其中水分排除出去，同時(shí)在荷載作用下還能適當(dāng)增加密度。然而這項(xiàng)技術(shù)也有其弊端，在實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)的排水效率并不高，需要增設(shè)垂直排水柱才能保證排水固結(jié)的效率。雖然這項(xiàng)技術(shù)和粘性軟土地基的適用性非常好，但是單獨(dú)使用時(shí)能效非常有限，需要和填土法、加載法等配合應(yīng)用。
3.3 混合劑技術(shù)
軟土地基中混合劑技術(shù)的應(yīng)用過程非常簡單，然而其應(yīng)用范圍卻受到了極大的限制：只能應(yīng)用于表層軟土、軟土必須為黏性土質(zhì)、黏土應(yīng)具有一定黏度。只有滿足了以上三方面條件，才能在軟土地基中添加混合劑，這樣表層密度將會得到明顯提高，同時(shí)抗壓縮能效也會得到增強(qiáng)。
3.4 加載技術(shù)
這項(xiàng)技術(shù)是對軟土地基沉降進(jìn)行控制的一種有效手段，該技術(shù)的應(yīng)用可以提前預(yù)加載荷，規(guī)避橋梁施工過程中由于地基沉降而帶來的危害。具體來說共有增加總壓和降低間隙水壓兩種加載方式，其中增加總壓法通過鋪墊密質(zhì)土壤使土壤重力壓迫地基，實(shí)現(xiàn)加載的目的，而降低間隙水壓法是利用大氣壓來提升軟土結(jié)構(gòu)固結(jié)速度。這里需要提到的一點(diǎn)是，加載技術(shù)并不能完全將施工中的軟土地基沉降消除，只能有效降低沉降的幅度，但是從總體上來看對施工來說具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。
3.5 擠密技術(shù)
很多橋梁工程地基的地質(zhì)都非常惡劣，其中很大一部分為厚度極大的軟土或者濕陷性黃土，通常一般的施工技術(shù)是不能在這種土質(zhì)中應(yīng)用的，然而擠密技術(shù)卻可以很好地應(yīng)對這種土質(zhì)，當(dāng)樁孔形成時(shí)側(cè)向擠壓，可以利用砂石、碎石來代替素土、灰土，將其制成直徑較大的密實(shí)樁，這些材料基本上都可以在當(dāng)?shù)孬@得，擠密的總體效果比較好，近年來這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用頻率比較高。
4 結(jié)語
綜上所述，軟土地基施工過程中，施工人員應(yīng)該對軟土結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分了解，不同的軟土地基應(yīng)選擇不同的施工方案，這樣才能保證軟土地基的穩(wěn)定性，為橋梁質(zhì)量提供保證。軟土地基施工環(huán)境非常多變，這就要求施工技術(shù)人員靈活地結(jié)合實(shí)際情況選擇施工技術(shù)，以保證軟土地基在橋梁工程中的施工質(zhì)量。
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作者簡介：韓偵（1983-），男，河南信陽人，中鐵十一局第二工程有限公司工程師，研究方向：工程施工。
