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探究道路桥梁施工中的软弱地基处理

2015-07-13 180 0

前言：
　　软弱地基主要是由杂填土、冲填土、淤泥质土或者是高压缩性土所构成的地基，由于软弱地基的承载能力低、透水性较小以及压缩性较高，如果直接在其上进行桥梁结构施工，很容易由于地基稳定性与变形造成桥梁主体结构的破坏。因此，对于软弱地基的桥梁工程结构施工，必须通过采取相应的处理措施，来改善土体性质尤其是压缩性与透水性，进而提高桥梁基础承载力，避免由于不均匀沉降造成桥梁主体结构的破坏，确保桥梁工程主体结构施工的顺利进行。
　　一、道路桥梁施工中软弱地基的影响表现
　　关于道路桥梁施工中的软弱地基，在施工过程中容易受到桩侧泥皮、桩端沉渣和其他因素等的影响，从而影响道路桥梁工程整体的质量水平。这些影响主要体现为以下几点：
　　（1）桩侧泥皮影响
　　软弱地基条件下，桩基在成孔期时，利用优质泥浆护壁，以提高孔壁的稳定性，其中由泥浆颗粒吸附形成的泥皮，起到重要的作用。然而，泥皮有碍于混凝土与周围土体的黏结，使得桩侧的摩阻力大打折扣。经实验，分别确定了泥皮的含水率、天然密度、液塑限等，发现其含水率在液限之下，为软塑状态，而其不均匀系数在5之下，属于级配较差的均匀土，相比于桩间土，前者的抗剪强度和黏聚力指标都比较小。
　　（2）桩端沉渣影响
　　泥浆护壁钻孔桩施工时，由于是以泥浆作为冲洗介质，因此无法彻底清除桩端的沉渣，而沉渣能够改变桩端土的持力层性质，使得钻孔桩的承载力被削弱。譬如某道路桥梁工程的灌注桩间，存在330mm厚的沉渣，检查发现灌注桩受到沉渣影响，承载力已经降低了约30%左右，亟需将桩底填充的沉渣清除。
　　（3）其他因素影响
　　首先是成孔期间，桩端和桩侧在浆液侵蚀影响下，摩阻力下降，某些桩孔里面，泥浆液体无法全部排出，使得桩基土层被浸泡而逐渐松软，同时降低了土层的抗压强度；其次是水下混凝土施工期间，灌注导管里面的混凝土出现离析情况，使得桩底的混凝土强度降低，这对单桩承载力也有一定程度的影响；再次是混凝土硬化期间，其体积变小的同时，桩基的混凝土与孔壁之间的间隙，导致侧摩阻力减小，而单桩承载力也会随着降低。
　　二、软弱地基处理的重要性
　　对软弱地基进行处理的主要目的就是通过各种物理或者是化学处理方法，改善软弱地基土体的不良地质特性以及透水特性，降低土体的压缩性，同时提高土体的抗剪强度，归根结底就是实现软弱地基土体稳定性与承载能力的提升，因此软弱地基施工处理需要重点解决以下几方面的问题：
　　（1）解决桥梁基础的强度与稳定性问题。由于软弱地基土体的抗剪强度较小，因此无法直接承受桥梁自重以及交通荷载，如果软弱地基土体处理不当，强度不足、稳定性较差会造成地基出现局部或者是整体的剪切破坏，进而出现桥台破坏以及地基失稳等问题发生。
　　（2）解决各种沉降变形问题。由于软弱地基容易出现较大的沉降变形以及不均匀沉降变形，因此容易造成桥梁结构由于结构受力模式的变化出现开裂等问题，严重影响桥梁结构的通车安全。
　　（3）在外部交通荷载或者是地震波的作用下，软弱地基土体很容易出现液化、失稳以及震陷等问题，造成桥梁结构的破坏，提高软弱地基土体的稳定性也是施工处理的关键内容。
　　三、道路桥梁施工中的软弱地基处理技术
　　（1）碎石粉煤灰混凝土桩
　　这种管桩主要是采用锤击力、振动力以及静压力等方法，将一端暂时封闭的无缝钢管沉入地基当中，然后通过无缝钢管向地基中灌注入水泥混凝土，边灌注混凝土、边缓慢拔出钢管，以此来形成钢筋笼与混凝土共同作用的桩柱。这种方法目前在桥梁软弱土地基处理中应用较为广泛，在施工配比时，可以结合具体要求，掺入适量的粉煤灰来提高混凝土的和易性与工作性；在碎石粉煤灰混凝土桩施工时，需要对施工场地进行合理布置。开工之前还需要进行成桩试验，以此来判断各项施工措施是否能够符合工程需要，同时对机械设备的性能及使用情况进行检验。对搅拌机、料场的位置进行合理安排，尽量缩短混凝土出料到沉管加料口的时间；在混凝土浇筑过程中，应该缓慢、稳定的拔管。当沉管在拔管至地面2m左右时，应该放缓拔管的速度，以提升桩身直径与桩身混凝土的密实度；为了避免对刚施工完的桩造成扰动，可采取跳打桩的方法来进行施工，即每隔1条～2条桩施工1条桩，下一桩施工必须在邻桩达到设计要求强度后开始。施工完成后，需要对桩身进行必要的保护，在混凝土还没有到龄期之前，不可采用重型机械进行局部碾压，也不可进行填土加载；碎石粉煤灰混凝土桩施工完成后，必须进行严格的质量检测，在质量检测时，需要加强抽芯检测与小应变检测，检测频率为抽芯检测1%～3%，小应变检测15%～30%，最后根据桩的总数量与检测成本来确定检测频率，同时还要对检测结果进行总结分析，以不断提升碎石粉煤灰混凝土桩的施工质量。
　　（2）旋喷注浆桩地基处理施工技术
　　旋喷注浆桩作为一种新型的地基处理施工技术，特别对软土地基具有十分显著的效果，其加固、防水、堵水性能都较强，加之其简便的使工工艺，进行得到广泛的应用与推广。在房屋建筑的施工过程中，由于其工艺简单，同时也无需专业设备来进行处理，因此在不良地基的处理上大大降低了施工成本，是较为常用的一种方法。在地基处理的过程中，应当综合考虑项目施工的具体情况以及地基的基本情况，进而选择合理的作业深度进行下钻开孔，使用带用特殊喷嘴的注浆管，并置入地基土体的内部或插入钻孔底部，通过快速提升、缓慢旋转等方式将高压浆液注入其中，再通过持续旋转、高压、高速喷射流来对原有地基土体进行冲击与破坏，让碎块与浆液再次混合形成桩体，进而达到提高地基的强度与防渗能力的目的。
（3）水泥搅拌桩处理
　　水泥搅拌桩在桥梁工程软基处理，尤其是桥头处理施工中得到了广泛的应用，其作用机理为通过采用水泥作为固化剂，借助于深层搅拌机械将软土与固化剂进行充分的强制搅拌，并利用固化剂与软土之间的物理化学反应，形成整体性好、强度高以及水稳定性能强的地基。对于水泥搅拌桩的施工，首先在施工作业前应该根据软基土体的性质合理的选择水泥的强度等级以及用量，做好配比设计。同时明确水泥搅拌桩的提升速度、复搅提升速度等一系列的施工技术参数。在水泥搅拌桩施工作业过程中应该重点针对水泥搅拌桩的垂直度、钻机下钻深度、水泥浆液的配比等施工作业内容进行及时进行质量检测。在完成施工作业之后应该通过人工开挖验桩、钻孔取芯等技术手段对水泥搅拌桩的整体施工质量进行分析判断，明确软弱地基的实际处理效果如何。
　　（4）CFG桩
　　CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，通过在碎石桩的基础上增加石屑、粉煤灰以及少量水泥拌制而成的具有一定强度复合地基，由于能够充分利用桩间土的承载力，同时具有碎石桩与水泥搅拌桩的双重技术优势，因此在桥梁工程软弱地基中的应用也较广，对于杂填土、饱和及非饱和黏性土、粉土、砂性土及湿陷性黄土地基具有较好的处理效果。对于CFG桩一般采用振动沉管法进行施工作业，施工过程中重点是在控制拔管速率、混合料的坍落度控制以及设置保护桩长等方面进行作业管理，以提高对软弱地基的处理效果。
　　（5）排水固结法和堆载预压法
　　排水固结法就是指利用外界荷载，将软弱地基饱和的土体排水固结，达到缩小土体结构中泥土颗粒间的距离，提高土体抗剪强度的目的。排水固结法可以有效避免地基结构由于土体的孔隙较大，而发生沉降，也可大幅提高地基的承载力；堆载预压法和排水固结法的基本理念相同，其目的也是为了降低地基土体的含水量，减少土壤颗粒之间的孔隙，从而达到提升地基土体密实度，提高地基强度的目的。堆载预压法通常是利用路基材料堆填在软弱地基上，在重力的作用下，使土体中的水分被挤压出去。
　　（6）换填法
　　换填法就是指将不能满足桥梁地基承载力要求的软弱土地基置换成符合要求的材料。当软弱土层的厚度不是很大时，可将施工要求处理范围内的软弱土层全部挖除，然后分层换填成强度较大的砂、碎石、素、灰土、高炉干渣、粉煤灰等稳定性较强、透水性较强的材料。在分层换填的同时，进行分层压实，以达到设计要求的密实度。换填法施工时，可根据工程的实施情况，采用机械碾压、重锤夯实、平板振动等不同施工方法，这些施工方法既可处理分层回填土，也可提高地基表层土的固结程度。换填法的加固原理，是根据土中附加应力分布规律，让垫层承受上部较大的应力，以提升桥梁地基的承载力。换填土法可广泛适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土以及暗沟等浅层处理。
　　（7）孔内深层强夯法
　　孔内深层强夯法就是指利用施工机械在地基上打孔，然后在孔内放入重锤。通过分层填料、分层强夯或者是边填料边强夯，以保证地基土的密实性。孔内的填料可以采用建筑垃圾、工业废料、煤灰以及卵石等材料。孔内深层强夯法与其他地基处理措施的最大不同在于，孔内深层强夯法是通过孔道来处理深处的地基，采用的是自下而上的，由深到浅层的方式。在地基处理过程中，需要根据地基的土质情况，来选用不同的处理工艺，以保证桩体能够获得托盘状、扩大头以及串珠状等理想形状，这样有利于增强桩体之间的摩阻力，使桩体间的土紧密度和咬合度得到提高，进而达到提升桥梁地基承载力的目的。孔内强夯处理法主要适用于土质粘性较高，膨胀比较严重，且湿陷性较大的桥梁地基土层中。这种地基处理技术可以说是一种较为先进的地基处理技术，在桥梁软弱地基处理中应用这种技术，可以大幅降低施工中对环境造成的污染，同时，也可以有效节省工程的成本。
　　参考文献：
　　[1]姚万里.如何处理道路桥梁施工中的软弱地基[J].科技传播，2011，18：57+42.
　　[2]韩玉馨，侯京忠.分析在道路桥梁施工中如何处理软弱地基[J].门窗，2012，05：98.
　　[3]罗俊刚.道路桥梁施工中的软弱地基处理措施探讨[J].交通标准化，2012，15：66-68.
　　[4]孙在康，崔宁宁.软弱地基桥梁施工质量控制方法的分析与探讨[J].黑龙江交通科技，2012，06：69.
　　[5]陈祥，金伟江.浅议我国道路桥梁建筑施工中软弱地基的处理方法[J].科技信息，2009，23：326.
　　[6]丁泓力.分析道路桥梁工程中软土地基的施工处理措施[J].才智，2013，28：275.

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