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摘要:公路桥梁隧道的建设是我国公路运输业建设的重点项目之一,而公路桥梁隧道软地基的施工则是公路隧道建设的关键所在。公路桥梁隧道施工的质量直接影响到公路铺设的整体质量,实际的施工过程中要事先进行软地基的勘察,以便于分析使用何种加固和处理方法。加固处理中应注意各种实际处理方法的施工成本、处理效果、施工安全影响因素,注重结合使用不同的加固处理方法,实现软地基处理的效果性和经济性的统一。
关键词:公路桥梁;软土地基;施工技术;分析研究
1隧道工程中软土地基的工程危害
软土泛指淤泥和淤泥质土及泥炭等。是第四纪晚更新世以来,在静水或非常缓慢的流水环境(缺氧和饱水的环境)下沉积,并经过生物化学作用而形成的饱和软粘土。软基隧道病害包括由地基下沉直接引起的结构沉降、破损等,以及由此引发的其它次生病害,具体如下:
1.1整体下沉。软基隧道整体下沉是指在上覆围岩压力作用下,由于地基强度不足或不稳定,隧道支护结构本身没有明显变形,而整体随地基发生沉降。隧道整体下沉直接导致隧道结构不能满足设计限界要求,与洞外工程不能正常衔接。此外,还不可避免引起结构的损伤。
1.2地表沉降及开裂。软基隧道发生沉降变形后,如果覆盖层不大或者下沉量较大,上覆围岩变形往往波及地表,形成地表的沉降和开裂。
1.3路面破坏。路面破坏主要发生在隧道运营期,由于地基承载力较低,引起有仰拱区段隧道仰拱破坏或无仰拱区段的路基下沉或隆起。路面的这种破坏表现为路面的不规则裂缝,有地下水时还会出现翻浆冒泥等。
1.4支护结构损伤。支护结构损伤是在软基隧道整体或不均匀沉降发生后,由于支护结构的不协调变形,造成结构局部应力超出材料强度,导致结构破坏。
1.5渗漏水。渗漏水是指地下水通过施工缝、衬砌裂缝和混凝土的其它薄弱环节渗出的现象。在软基隧道中,一方面由于软基沉降、结构和围岩变形较大,易在围岩体内形成局部空洞和贯通的裂缝等地下水汇集条件;另一方面由于结构损伤,支护和衬砌存在裂缝等薄弱环节,为地下水提供了渗漏通道。
1.6路面错台。路面错台是在变形缝或施工缝两侧路面发生不均匀沉降,造成路面不平整的现象。路面错台不仅发生在隧道内不均匀区段,也多发于软基隧道路面与洞外路面之间。路面错台直接威胁行车安全,尤其在高速公路隧道中,可能引发重大交通事故。
2公路桥梁隧道软土地基处理方法
2.1深层软基的处理
(1)管桩加固。如今随着公路施工技术与设备的发展,管桩加固越来越多地被应用到了施工当中。钢筋混凝土管桩目前在我国应用较多,管桩插入土体,加强通过土体的摩擦,使其结构更为稳定。混凝土的造价较低,由于其经济性的特征,许多工程应用这种方法,不但经济环保,还能提升荷载能力。
(2)深层密实。这种方法运用的目的在于增加软基的强度,利用多种压实方法处理深层的软基,例如振动、夯击等方法的应用。只有增加深层次的土体紧密程度,才能够保持土体间的紧实程度,有效解决水分对于深层软基的影响。这种方法的使用通常也会结合一些其他方法。
(3)深层搅拌。搅拌是通过搅拌机对软基进行搅拌处理,将软基同石灰、水泥等进行充分反应与融合,通过物理、化学反应来改善深层软基的强度与密度。深层搅拌的方法主要可以分为两种,即干法和湿法,干法为粉喷桩法,湿法为旋喷注浆法。按照具体的地质情况,如果土壤水分含量较大,就需要采用干法,如果水分含量较小就可以使用湿法。目前这种方法一般在高级公路与码头等施工中使用。
2.2浅层软基的处理
(1)换填土。由于软土较薄,因而可以将软土清除,换填一些级配和物理特性更好的颗粒,例如粉煤灰、碎石等。换填之后,可以进行夯实操作,确保软土层的强度符合施工需求。换填土一般在公路地基处理中应用,压实工作一般采取机械碾压的方式,如果一些地方需重点加强,则采取重锤夯击的方式。而清除的软土能够作为护坡,起到防水的作用。
(2)加筋处理。加筋处理是指在路堤挡墙中加入一些合成材料,例如钢筋、钢条等,或者对边坡进行打锚处理,常见的有树根桩、土钉等。加筋处理能够增强土体的强度以及抗剪能力,从而全面提升软土地基的承载能力,促进地基的稳定性与持续性,避免土基沉降的现象。但加筋法需要耗费大量的材料,工程量也较大。
(3)强夯法。强夯处理法的主要施工的步骤为对软土地基进行反复捶打压实,利用夯实机械与压路机进行压实处理。强夯法能够有效减少软土地基内部的材料间隙,从而提高路面材料的密实程度。一次夯击能够产生几十吨的压力效果,可以将粉煤灰、碎石、石块等压实到地基当中,同软土固结为一体。并且夯击也能够有效地排除水分,提升软土基的紧实度。如今强夯法在我国施工中的应用较为广泛。
2.3软土地基挤密压实法
(1)石灰填塞压实法。国外公路桥梁隧道施工中使用较广的是石灰填塞压实法,相关技术于20世纪70年代在我国广泛使用并取得了较好的实际施工效果。其主要原理是利用石灰等材料的强吸水性能,石灰吸水后发生膨胀反应,加上路面的挤压处理能有效地增加软土层地基的实际强度,以提升公路地基的承重能力。上述方法主要适用于软土层含水量较高的公路桥梁隧道施工环境,其软土层一般由黄土、素填土以及杂填土构成,使用石灰填塞方法可有效地减少软土层水分和缩短实际工期。
(2)强夯土软土地基处理法。主要施工步骤为将软土地基进行反复压实和捶打,使用压路机和夯实机械对软土地基进行压实处理,此方法能有效地减少软地基内部材料缝隙以及提升路面材料的整体坚实度。该技术于20世纪70年代被引入我国,在天津、山西、湖北等地区的实际公路桥梁隧道施工中取得了较好的效果。此方法的优势在于实际施工成本较低,但不适用于黏性和含水量较大的软土层施工中。实际的夯实效果与实际施工的软土层内部土质性质有较大关系。另外,在夯实过程中要考虑到软土层的水分渗透能力,需要预先设计相应的排水装置。
2.4软土地基垫层法
软土地基垫层法在公路桥梁隧道施工过程中,使用沙石材料将路堤底部铺满,这样能有效地提升路面地基的整体承重能力,减小里面出现沉降的几率,并能有效提升软土层的实际排水能力,还能有利于路基整体刚度的调整,避免路面出现开裂和沉降。一般使用的垫层材料为沙石和碎石材料以及素土材料等,一般铺设厚度在0.6~1.0m之间,能有效地加固软土层地基,并加强地基的排水能力。
结语
由于我国地域辽阔,地形条件复杂多样,在公路桥梁隧道工程建设过程中,难免会遇到各种各样的问题。处理这些问题之前,首先必须处理好工程的地基,确保软土地基施工的顺利进行,这对于公路桥梁隧道工程建设的顺利完成以及工程完成后的安全使用具有重要的意义。
参考文献
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