熊兆華

(宜春通達(dá)路橋建設(shè)有限公司, 江西 宜春 336000)

軟土地質(zhì)是一種常見的地質(zhì)類型,土壤內(nèi)水分含量通常在20%以上,部分區(qū)域內(nèi)的土壤中水分含量甚至能夠達(dá)到80%。軟土地質(zhì)的地基常常出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象,這一地質(zhì)條件特征使得公路橋梁施工難度加大,很可能會(huì)造成橋梁的不均勻沉降問題,同時(shí)還會(huì)對施工安全造成不利影響[1]。同時(shí),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(jié)速率比較慢。由于其滲透性差,導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)含量高,在雨中會(huì)產(chǎn)生大量氣泡,這就導(dǎo)致了土壤的排泄渠道里面會(huì)產(chǎn)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(jìn)行針對性處置,會(huì)造成軟土地基的強(qiáng)度無法滿足公路橋梁施工建設(shè)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(xiàng)目的實(shí)際需求 基礎(chǔ)上,對施工方案或技術(shù)進(jìn)行靈活選擇,從而確保公路橋橋梁的施工質(zhì)量[3]。因此,提出軟土地質(zhì)下公路橋梁施工技術(shù)及其應(yīng)用。

1 工程概況

以宜萬同城快速通道公路橋梁建設(shè)施工項(xiàng)目為例,該項(xiàng)目總設(shè)計(jì)長度為55 km,路基寬度為25.4 m。公路橋梁設(shè)計(jì)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(shù)等級為一級公路的要求進(jìn)行建設(shè)施工,其他技術(shù)指標(biāo)均需要符合公路工程項(xiàng)目施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。一級公路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)交通量為25 000～55 000輛。在對該項(xiàng)目覆蓋區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察后得出,多個(gè)路段存在軟土地質(zhì)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(zhì)量,在施工前對軟土地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行處理。

2 軟土地質(zhì)下公路橋梁施工

2.1 現(xiàn)場勘察

由于軟土地質(zhì)下公路橋梁施工涉及到多個(gè)環(huán)節(jié),所以要從前期工作出發(fā)做好統(tǒng)籌工作,其中軟土地質(zhì)條件現(xiàn)場勘察至關(guān)重要。由于施工現(xiàn)場地質(zhì)存在一定差異性,因此需要根據(jù)公路橋梁施工現(xiàn)場的軟土地質(zhì)特征,對其進(jìn)行深入勘察,并根據(jù)勘查結(jié)果編寫地質(zhì)報(bào)告以及制定施工處理方案等,按照處理方案設(shè)計(jì)引入不同的處理設(shè)備以及材料,保證后續(xù)使用的順利進(jìn)行。采用鉆探技術(shù)和原位測試技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場勘察,獲取軟土的埋藏條件、分布范圍和物理力學(xué)性質(zhì)。

由于軟土地質(zhì)的承載力不高,因此在對其進(jìn)行鉆探過程中無法采用大型鉆探設(shè)備,所以此次勘察過程中所使用的設(shè)備應(yīng)該具有易拆卸、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等多種特征。由于軟土地質(zhì)滲透性較差,所以采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)以及干法相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)鉆探。為了降低軟土取樣過程中對于周圍土體的擾動(dòng),提升采樣質(zhì)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(zhì)進(jìn)行鉆探之后,展開相關(guān)的原位測試,通過綜合比較二者所得結(jié)果,以保證勘察結(jié)果具備較高的科學(xué)性和可靠性。綜合考慮因素,利用十字板剪切、靜力觸探實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行原位測試,其中利用十字板剪切實(shí)驗(yàn)獲取軟土靈敏度、抗剪強(qiáng)度等參數(shù),利用靜力觸探實(shí)驗(yàn)獲取固結(jié)系數(shù)、軟土變形量等參數(shù)。

通過現(xiàn)場勘察,降低軟土地質(zhì)下公路橋梁施工安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率,進(jìn)而提高施工質(zhì)量。

2.2 軟土地質(zhì)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(jié)合不同軟土厚度設(shè)計(jì)不同的鋪設(shè)方案,對于較淺路段采用砂墊層鋪設(shè)方式,以提升該施工區(qū)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(wěn)定性和承載能力。同時(shí)相比其他復(fù)雜和高成本的加固方法,砂墊層鋪設(shè)更簡單和經(jīng)濟(jì),在相對較短的時(shí)間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的地基加固效果。此外,砂墊層鋪設(shè)方式也比較靈活,可根據(jù)軟土的厚度進(jìn)行設(shè)計(jì),適用于各種軟土地質(zhì)情況。在此基礎(chǔ)上結(jié)合樁結(jié)構(gòu)加固的方式促進(jìn)該區(qū)域承載力的進(jìn)一步提升。在明確不同區(qū)域的施工內(nèi)容后,在進(jìn)行砂墊層施工時(shí),要對鋪筑材料進(jìn)行合理選擇,并對其性能進(jìn)行測試[6]。由于中粗砂物料自身的結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)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(guī)格為0.25～2.0 mm,不允許摻雜草根等雜物,在進(jìn)入工地之前必須對其進(jìn)行嚴(yán)格的性能測試和各項(xiàng)檢查,確認(rèn)符合要求后才能進(jìn)入工地,以免出現(xiàn)材料質(zhì)量問題,影響后續(xù)工程施工質(zhì)量。

在確保粗砂材料的各項(xiàng)指標(biāo)均符合進(jìn)場要求后,通過驗(yàn)槽作業(yè),確定軟土地質(zhì)區(qū)的特定土性。在完成驗(yàn)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(guān)材料檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行砂墊層的鋪設(shè)[7]。圖1為砂墊層鋪設(shè)斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 砂墊層鋪設(shè)斷面結(jié)構(gòu)示意圖

針對公路橋梁施工項(xiàng)目的實(shí)際情況,分層鋪筑,由深到淺依次進(jìn)行。在鋪設(shè)第一層砂墊層時(shí),不能隨意地向下鋪砂,以免影響整個(gè)墊層的穩(wěn)定。同時(shí),在每層填筑時(shí),需要將厚度控制在15 cm以內(nèi)。在鋪設(shè)過程中,還需要振動(dòng)器設(shè)備作為輔助,對砂墊層上的材料反復(fù)搗實(shí),以此能保證鋪設(shè)的整體質(zhì)量。按照上述步驟,完成對所有砂墊層的鋪設(shè)。完成鋪設(shè)后,砂墊層的厚度應(yīng)當(dāng)控制在0.6～1.0 m范圍內(nèi),砂墊層邊沿與路堤邊緣距離應(yīng)在0.5～1.0 m范圍內(nèi)。在鋪設(shè)完全部墊層后,要對鋪設(shè)效果進(jìn)行檢查,最后的砂墊層壓實(shí)系數(shù)不得<0.94。在驗(yàn)收時(shí),隨機(jī)選擇若干個(gè)檢查點(diǎn),每一個(gè)檢查站至少檢查三次,以保證墊片的施工質(zhì)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(jìn)一步保證施工質(zhì)量,還需要進(jìn)行水泥攪拌樁施工處理。水泥攪拌樁能夠形成堅(jiān)實(shí)的混凝土柱,增加地基的承載力和穩(wěn)定性,有效減小地基沉降和變形。同時(shí)該方法根據(jù)軟土深度進(jìn)行鉆孔和攪拌施工,具備較好的靈活性。此外相對于傳統(tǒng)地基處理方法,水泥攪拌樁不需要大量挖土和運(yùn)輸,減少了對環(huán)境的影響和資源消耗,使用的水泥也不會(huì)對環(huán)境造成污染。因此水泥攪拌樁是一種有效的軟土地質(zhì)處理方法,能夠有效提高公路橋梁施工質(zhì)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(qiáng)集中于樁上,可有效地抑制土體的沉陷,從而保證軟弱地質(zhì)的穩(wěn)定性。針對水泥材料的選擇,根據(jù)上述公路橋梁實(shí)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(zhì)的加固質(zhì)量,同樣需要在材料進(jìn)場前對其進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),針對過期、受潮或結(jié)塊變形的劣質(zhì)水泥,嚴(yán)格禁止其進(jìn)入到施工現(xiàn)場。對進(jìn)入到現(xiàn)場的材料也需要進(jìn)行隨機(jī)抽樣,再送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(guī)范要求的施工設(shè)備作為輔助。針對較深區(qū)域的軟土地質(zhì)條件區(qū)域,施工現(xiàn)場必須做到“三通一平”。在此基礎(chǔ)上,再按設(shè)計(jì)圖在施工現(xiàn)場進(jìn)行放樣,并準(zhǔn)確地確定每個(gè)攪拌樁的安裝位置[9]。放樣完成后,對放樣記錄內(nèi)容進(jìn)行匯總和匯報(bào),待監(jiān)理檢查合格后才能夠開展后續(xù)的施工。

在安裝的過程中,必須保證樁基水平且牢固。樁機(jī)攪拌器頭部和樁體位置要保持一致,通過線錘對樁結(jié)構(gòu)的垂直度進(jìn)行測定,并通過檢測確認(rèn)后方可進(jìn)行鉆孔。在安裝完畢后,選定施工區(qū)段進(jìn)行試樁,分段長度為50 m,試樁數(shù)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(jìn)行嚴(yán)格的控制,并記錄試樁效果。獲取最佳的試樁效果后,將相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置作為最終方案并開始正式施工[10]。在施工中要嚴(yán)格按照試樁的速度進(jìn)行,鉆速為1 m/min。進(jìn)入預(yù)定位置后,采用壓漿泵進(jìn)行注水,并進(jìn)行1 min的攪拌。當(dāng)?shù)撞炕旌暇鶆蚝?再進(jìn)行提升,提升速度為0.8 m/min,同時(shí)保證在提鉆期間,灌漿和攪拌均勻。在距樁頂0.25 m時(shí),必須反復(fù)噴漿,以保證樁身質(zhì)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(jié)束后,應(yīng)當(dāng)采取同樣的方式進(jìn)行二次攪拌。施工中還需要對設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、速度等進(jìn)行記錄,每次記錄的時(shí)間間隔誤差不得超過5 s。若在這一過程中出現(xiàn)孔洞或其他突發(fā)情況,則必須馬上用土充填,待恢復(fù)正常后再進(jìn)行噴漿,同時(shí)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(hù)道施工

在進(jìn)行排水施工時(shí),可采用中砂或粗砂材料,將埋設(shè)于軟土地質(zhì)中的鋼管按自上而下的原則進(jìn)行分層壓實(shí),并在樁孔內(nèi)填充砂石材料。如果在道路橋梁施工建設(shè)過程中遇到了黏性土壤,可以通過打樁的方法來構(gòu)架壓實(shí)土層。在將砂粒充分填滿后就可以形成砂樁。由于軟土地質(zhì)中水分含量高,如果排水措施不當(dāng),將會(huì)對公路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響,從而導(dǎo)致崩塌。針對這一問題,采取垂直排水的方法,即在軟土地質(zhì)上施加重力壓縮土壤中的水分,從而提高土體強(qiáng)度,以此達(dá)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(shí),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(jìn)行反壓護(hù)道施工。施工中,需要在公路橋梁的兩邊各布置一條護(hù)道,護(hù)道的寬度和高度,都要根據(jù)具體的情況而定。采用護(hù)坡設(shè)計(jì)可以有效地改善公路橋梁的抗滑性能。采用逆壓護(hù)道施工技術(shù),不需要考慮填土速度,可以充分利用機(jī)械在短時(shí)間內(nèi)完成填筑。

3 施工效果分析

在完成上述施工后,為實(shí)現(xiàn)對軟土地質(zhì)下公路橋梁施工效果的檢驗(yàn),將公路橋梁施工段沉降作為評價(jià)指標(biāo),選取6個(gè)已施工完成的分段,對其沉降值進(jìn)行測定,并將各個(gè)分段沉降值與公路橋梁施工規(guī)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(yàn)證施工質(zhì)量。使用AR-SS-SZY02型道路工程沉降監(jiān)測設(shè)備對各個(gè)施工分段沉降情況進(jìn)行測定。表1為AR-SS-SZY02型號道路工程沉降監(jiān)測設(shè)備的性能參數(shù)。

表1 AR-SS-SZY02型沉降監(jiān)測設(shè)備的性能參數(shù)

使用具備上述性能的測量設(shè)備對各個(gè)施工分段沉降值進(jìn)行測定,并將得到沉降數(shù)據(jù)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(gè)分段的沉降值均沒有超過沉降容許值的上限,各個(gè)分段的沉降變化均在規(guī)定要求范圍內(nèi)。再針對各個(gè)分段的沉降變化分析,最大沉降出現(xiàn)在第3分段,其沉降值為6 mm,最低沉降出現(xiàn)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(nèi),未出現(xiàn)沉降不均勻現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

為解決軟土地質(zhì)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(zhì)較淺的區(qū)域,在軟土表面鋪設(shè)砂墊層,增加地基的穩(wěn)定性和承載能力;對軟土地質(zhì)較深的區(qū)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(qiáng)了地基的穩(wěn)定性和承載能力,以減小沉降的發(fā)生。同時(shí)結(jié)合排水施工和反壓護(hù)道施工等措施,提高施工質(zhì)量和地基的穩(wěn)定性。