朱咏梅

（山东省单县湖西路桥建筑有限公司，山东 菏泽 274300）

0 引言

软土地基是公路桥梁工程施工中常见的一种地基形式，具有压缩小、承载力小、含水量大、透水性差等特点，难以满足公路桥梁施工的要求，需要进行科学有效的处理。不同地质条件，不同桥梁工程使用的软土地基施工处理技术也不相同，这就需要结合工程特点，和所在区域的地质水文条件，采取有针对性的处理技术。但目前我国很多公路桥梁工程在施工中，并没有高度重视这一点，致使公路桥梁投入使用不久，就出现了不均匀沉降、结构裂缝、结构变形等质量问题，不但无法发挥出桥梁工程的作用，而且不利于保障车辆行驶的安全性。基于此，开展公路桥梁施工中软土地基施工处理技术的分析研究就显得尤为必要。

1 软土地基施工处理的重难点

软土地基的承压能力比较差，一旦受到外部压力，就会出现不同程度的变形，因此，在公路桥梁施工中经常会出现一系列问题，为工程施工带来阻碍，软土地基施工处理的重难点主要体现在几个方面：

（1）含水量大，淤泥多。软土地基的含水量普遍都比较大，通常在34%～72%，很多软土地基中土层甚至处于流动水体的上面。在处理中，经常会出现比较多的淤泥，很多大型机械设备无法到达施工现场，影响施工进度。

（2）渗水能力差，固结速度慢。软土地基含水量大，渗水能力差，这就导致软土地基在进行加固处理中，在进行外部加水时，不会吸收更多的水，固结速度非常慢，影响公路桥梁地基的稳定性。此外，在软土地基中还含有大量的有机质，容易引起通水管道堵塞，进一步降低排水的速度，随着时间的增加，会出现大面积软土，引起不均匀沉降。

（3）压缩性大，容易发生塌陷问题。在软土地基中含有大量水，在施工中需要通过压力将水分排出，但在压力的作用下，会导致软土地基被快速压缩。如果不采取有效的解决措施，会引起土层下陷或者是出现漏洞。

2 公路桥梁软土地基处理中常用的技术

在科学技术飞速发展的大环境下，很多高新技术、高新设备被广泛应用到软土地基中，使得软土地基处理技术愈发多样化，就目前发展现状而言，常用的软土地基处理技术有以下几种。

2.1 砂垫处理技术

砂垫处理技术是目前软土地基处理中常用的技术，主要的做法为在软土地基的顶部铺设一层厚度在60～100cm 的砂垫层，以提升软土地基表面的强度，并在底部形成排水系统。此种处理方法能够有效提升地基的强度，弥补软土地基抗剪强度不足的问题。其主要机理是通过物理力学性质比较好的岩土材料，如砂、碎石、素土等，来置换全部或者部分软土地基。换填之后的地基就可以作为公路桥梁施工基础的持力层，从而达到提升基础承载力、稳定性、强度的效果。砂垫层处理技术，最显著的优势是能够有效提升地基的总体承载力，减少地基的不均匀沉降值，并加速软土地基中的排水速度，以免地基发生冻胀问题。具体的垫层厚度应为软土地基自重力和附加应力的和，换填厚度要严格控制，通常在50～300cm，因为随着换填厚度的增加，施工难度、施工成本也会提升。但如果太薄，又不能达到良好的换填效。砂垫层换填的底面宽度必须满足软土地基应力扩散的要求，因此，垫层顶面的宽度要比垫层底面的宽度略大一些。

2.2 粉体搅拌处理技术

利用特殊的设备将强化加固粉状物料通过传输压缩、强制拌和等方法，和软土地基充分混合，让加固粉状物料和软土地基进行一系列的物化反应，形成具有一定强度的复合桩基。或者是通过淤泥土、杂填土进行加固处理，此种方法可有效降低处理的成本，改善软土地基处理效果。而且粉体搅拌软土地基处理技术在应用中，用到的机械设备体积小、转动灵活、操作方便，施工现场清洁，不但造成环境污染，既能有效改善软土地基的性能，提升软土地基的强度，而且绿色环保，非常契合现代化公路桥梁工程软土地基处理的要求。此外，从粉体搅拌处理技术的原理上看，可直接从基础中吸收一定数量的水，可有效避免侧压力过大问题，更好的保证软土地基处理效果。

2.3 排水固结处理技术

排水固结处理技术也是目前软土地基处理中常用的方法，按照施工材料的不同，可分为中砂排水固结处理和粗砂排水固结处理两种。主要是用底部装有嵌入式的钢管桩靴伸入到土壤中，对软土地基进行从上到下的分层压实，边压实，边拱起钢管柱，直到钢管柱中装满砂子为止，就能形成砂井。让软土地基中的水逐步汇流到砂井中，降低软土地基含水量，提升密实度。在粘性土施工可采取打入木桩的方法，挤压土层，打入到一定深度之后，将砂砾填入到洞中形成砂桩。由于在软土地基中含有大量的水，对公路桥梁的稳定性会造成严重影响，轻则引起地基不均匀沉降和结构裂缝，重则会引起公路桥梁坍塌。因此，在公路桥梁软土地基处理中排水固结处理技术是比较好的一种选择。通常是通过设置竖向排水法的方法，用重力加载挤压软土之间的水分，从而达到提升软土地基强度和粘度的目的。虽然此种方法能够有效加固软土地基，但在具体应用中，需要结合现场实际情况，合理布设排水管，以提升排水效率，但也要做好防护措施，以免沙子、碎石等进入到排水管道中，堵塞排水管道，影响软土地基处理效果。

2.4 水泥固结处理技术

在公路桥梁软土地基处理中，可通过砂子和水泥相互结合方法，形成硬地板，从而达到提升软土地基强度、稳定性、承载力的目的。但在具体应用此项软土地基技术时，需要通过多次实验配比，合理确定水泥和砂子配比。由于水泥遇水之后会出现水化反应，释放出热量，增大内外温度差，容易形成裂缝。因此，在采用水泥固定法软土地基时，要尽量选择地水化热的水泥，如普通硅酸盐水泥。砂子的颗粒不宜过大，小粒径的砂粒堆积效果更好。水泥和砂子充分混合之后，再进行碾压混凝土操作，具体的碾压方法为先两边，后中间，并保证碾压的连续性，最好能够一次碾压完成[1]。保证混凝土在碾压中表面没有任何损害。最后就是喷水操作，当碾压混凝土完成后，需要在第二天进行喷水操作，喷水养护的时间不能低于7d，喷水要全面进行，以保证水泥和砂子能够充分混合，以免发生开裂或者断裂问题。

2.5 强夯处理技术

强夯处理技术也是公路桥梁软土地基处理中常用的一种技术，主要机理是利用大型起重设备，将重锤起吊到一定高度，再松开挂钩，让重锤做自由落体运动，重锤接触到软土地基之后，其重力势能会快速法转换成动能，形成的冲击比可促使软土地基土地更加密实，并将水体挤压出去，操作简单，成本低，加固效果比较，应用范围广。在砾石土地基、粘性土地基、杂填土地基等软土地基有良好的应用。

3 粉体搅拌处理技术的应用要点

3.1 工程概述

某公路桥梁工程，设计总里程为2.8km，由两座大桥共同组成，桩基础共计516 根，最深的桩基础为36m，最浅的桩基为16m，绝大多数桩基的深度在20m 以上。本工程全标段内地质条件比较差，多位于软土地基之上，软土厚度在6～28m，液化类型的砂土深度超过10m，在桩基础施工中穿越了复杂的地层，包括：软弱土层、黏性土层、中细砂土层等。软土地基处理深度大，范围广，且位于城市中，对软土地基处理技术有很高的要求，经过分析谈论和论证，采取了粉体搅拌处理技术，取得了良好效果[2]。

3.2 粉体搅拌处理技术的原理

粉体搅拌处理技术的主要原理是利用粉喷桩机把水泥干粉加入到软土地基中，进行原位强制搅拌，水泥和软土经过一系列复杂的物化反应，可形成强度高、整体好、强度大的复合桩基，是一种先进的深层搅拌桩施工技术。案例工程软土地基的深度比较大，常规处理技术难以满足要求，而粉体搅拌处理技术可促使混合桩体凝结并快速硬化，既能有效提升自身的强度，也可以稳定桩体周围的土层，从而促使天然的软土地基改变成优质的复合地基，从而提升公路桥梁地基的承载力。

3.3 施工参数设计

按照本工程的实际情况，粉喷桩设计桩径应为50cm，桩间距控制在120cm 左右，可按照等边三角形梅花桩排列，具体的布桩范围为大于公路桥梁桩基施工范围1.5m。粉喷桩的桩长采取动态设计，地质钻探深度在4～8m，结合现场实际情况，选择合适的桩长，直到钻进到卵石层为止，成桩7d 后，用轻便式触探器进行桩样检测，达到设计要求之后在进行大范围施工[3]。所采取的设计参数为：每延米粉喷桩水泥用量为50kg，石膏用量为1k，控制水泥掺入比为15%，水泥土28d 无侧限抗压强度为0.8MPa，桩侧壁摩擦阻力为10kPa，桩端地基承载力桩长8m 段为140kPa，6m段为220kPa，4m 段也是220kPa，经过粉喷桩处理之后软土地基承载力不能小于80kPa。

3.4 施工前的准备工作

在应用粉体搅拌处理技术处理软土地基之前，需要对施工场地进行全面有效地整平处理，并在软土地基两侧合适的位置开挖临时排水沟，降低地下水水位，及时排出渗水和雨水，清理原地面上的杂物、树枝等。水泥要选择水化热比较低的普通硅酸盐水泥，在正式使用前，需要对水泥的出厂合格证、编号等进行详细检查，并在实验室中对水泥的性能、质量、指标等进行详细检验，确认都达到设计要求之后，才能应用到粉喷桩施工中。

为保证施工质量，加快施工进度，案例工程在粉喷桩施工中，采取了GPD-5 型带有计算机控制系统的粉喷桩机，可对粉喷桩施工的速度、深度、粉喷量等进行严格控制，保证粉喷桩施工质量能够达到相关规范的要求。选择好机械设备之后，还要结合软土地基的实际情况，在实验室进行配比试验。本工程软土地基处理中粉喷桩加固料，采取了P.O 42.5 普通硅酸盐水泥，按照软土地基的实际含水量和调整水泥用量。如果软土地基含水量低于50%，水泥用量要控制在50kg/m 左右；如果含水量在50%～70%，水泥用量需要增加到55kg/m[4]；如果含水量超过70%，水泥用量需要提升到60～65kg/m。在确定软土地基加固强度时，通常是以无限性抗压强度来决定，试件养护28d 的无侧限抗压强度不能低于0.8MPa，90d 的无侧限抗压强度不能低于1.2MPa。

3.5 试桩

由于仅凭地质勘察无法全面掌握软土地基的特点，这就需要通过试桩的方法来确定粉喷桩施工的参数和相关工艺。在试桩中粉喷桩施工根数不能少于5 根，以确定粉喷桩施工的钻进速度、提升速度、搅拌速度、均匀度、气体流量、空气压力等。并掌握在粉喷桩施工中可能遇到的难点和问题，提前制定有效的处理方法，以保证后期粉喷桩施工能够连续不断的进行。就案例工程而言，按照室内配合比的要求，粉喷桩试桩的需要达到以下要求。

（1）钻进施工的速度不能超过1.5m/min，钻头提升的速度不应超过0.8m/min。

（2）水泥和软土在进行强制搅拌中，搅拌速度要控制在30r/min 左右，钻进和复搅拌以及提升时管道的压力需要控制在0.1～0.2MPa，在具体喷灰施工中管道的压力要控制在0.25～0.40MPa。

（3）确定好合适的技术处理措施，精确掌握水泥搅拌的均匀速度，下钻和提升时的困难程度。

3.6 明确施工顺序

虽然粉喷桩施工在软土地基处理中具有良好的效果，但对施工过程以及施工质量的把控有严格要求，在案例工程施工，为最大限度上保软土地基处理效果，对各道工序施工过程严格控制，取得了良好效果。

第一步，桩基定位。通过测量放线方法，确定每根粉喷桩的具体位置，并保证起吊设备的水平度，搅拌轴的垂直度等都能满足设计要求[5]。

第二步，预搅拌下沉。启动粉喷桩机，钻头边旋转，边钻进。在整个钻进过程中要连续不断的喷射压缩空气。如果钻进下沉的速度过慢，可从输浆系统中补充清水，以提升钻进的速度。

第三步，将水泥倒入到粉体发送器上，再用计算机控制系统，对粉体进行定量输出。

第四步，逐步缓慢提升粉喷桩，边喷粉，边旋转。严格按照试桩确定的施工参数和工艺标准，合理控制提升的速度。提升结束的标志为钻头提升到距离地面30cm 的位置，发送器停止喷粉。

第五步，提升完成停止喷粉之后，对粉喷桩上部1/2 的位置，重复进行至少两次搅拌，以保证粉喷桩的施工质量。

第六步，粉喷桩全部施工完成后，将附着在搅拌头上的软土全部清洗干净，移动到下一根粉喷桩上，重复上述步骤。

3.7 注意事项

在公路桥梁软土地基处理中应用粉喷桩施工技术，为保证各道工序的质量都能达到设计要求，就需要结合软土地基的特点，以及粉喷桩施工技术的工艺和流程，对各道工序进行严格控制，才能发挥出粉喷桩施工技术的优势，主要体现在以下几个方面。

（1）控制粉喷桩施工中垂直度误差不超过1%，桩位最大的偏移误差不能超过5cm，粉喷桩桩径误差最大不能超过4%。

（2）为保证粉喷桩桩底端的施工质量，在具体施工中，当浆液达到出浆口之后，要持续喷浆30s 左右，以保证浆液能够完全达到底端。当喷浆口的高度达到设计要求的桩顶标高之后，要立即停止继续喷粉，但需要持续搅拌30s 以上，以保证粉喷桩桩头的均匀性和密实度。

（3）粉喷桩施工开始要尽量连续进行，避免中途停止，并严格控制好起喷和停喷的高程。如果在粉喷桩施工中，因为设备故障或者停电引起的停喷，需要详细记录中断的高程，等故障全部都恢复正常之后，立即开展复搅，复搅的重叠长度不能小于1m，如果故障中断的时间超过12h，需要做断桩处理。

（4）在粉喷桩顶部1/2 的位置，要至少重复搅拌两次，高度必须大于5m，在进行钻进提升中管道的压力不能太大，以免发生淤泥向孔壁四周不断挤压，形成空洞的问题。在整个施工中，要采取低速挡，缓慢提升的方法，以促使土体和水泥浆液能够充分拌和，提升状体的均匀性。水泥需要按照试验室配比确定的配合比严格控制，浆必须在喷浆中一次喷射完成。

3.8 质量检测

粉喷桩处理软土地基之后，为验证处理效果，还需要对粉喷桩施工质量进行全面检测，在具体施工中需要及时检查施工记录，对每根粉喷桩施工质量都进行评定，质量不达标的粉喷桩要用补强措施进行补救。粉喷桩成桩7d 内，用轻便式触探器进行检测，以掌握粉喷桩搅拌的均匀性，检测深度不能低于1m，并按照触探击数用对比法判断桩身的强度[6]。成桩28d 之后，在钻头取样进行无侧限抗压强度试验，每个施工场地，无侧限抗压强度检测的桩数不能低于3 根，达到要求后再进行下一道工序施工。

4 结语

综上所述，采取理论结合实践的方法，分析了公路桥梁施工中软土地基施工的处理技术，分析结果表明，软土地基的特殊性，决定了软土地基处理难度比较大，这就需要结合现场实际情况，采取有针对性的处理技术来保证软土地基的处理效果。和其他软土地基处理技术相比，粉喷桩施工技术可有效减少被加固土体的压缩量，并合理调整横断面的差异沉降，控制不均匀沉降，更好的保证公路桥梁施工质量，值得在公路桥梁软土地基处理中大范围推广和应用。