软基加固技术在道路桥梁施工中的应用研究

软基加固技术在道路桥梁施工中的应用研究

王亨

（中交一公局第二工程有限公司，江苏 苏州  215000）

摘要：随着基础设施建设的快速推进，我国不少地区的道路桥梁施工需面对充分预处置的软基地质条件。软基会严重影响上部桥梁结构的安全性。本文系统分析了预压密、排水固结与桩基加固等主要软基处理技术，重点评价了桩基加固在软基桥梁施工中应用的必要性、工作原理及工艺流程，并研究了炮灰桩的应用效果。研究表明，针对性采用桩基加固等软基处理技术，可以有效改善软基性状，确保桥梁结构的长期稳定性。

关键词：道路桥梁；软基；加固技术；应用

引言

软基地质条件的存在会严重影响道路桥梁工程的施工质量和长期稳定性。因此，开展针对性的软基加固强化处理是保障桥梁工程建设的重要环节。本文拟通过分析常用的软基加固技术，着重研究桩基加固技术及其应用效果，为相关工程实践提供可参考的治理方案。

一、道路桥梁软基加固的必要性

（一）保障上部结构安全

在道路桥梁施工过程中，未经充分处理的软基地质条件的存在，会对上部桥梁结构的安全稳定性产生重大且严重的负面影响。比如粘性软基具有大量可压缩空间的特点，这种基础很容易在荷载作用下发生不均匀的过量沉陷变形。而上部桥面结构长期处于这种不均匀沉陷状态的影响下，极易出现严重的构件变形乃至破坏。再或者软弱基土长时间承受车辆交通荷载的作用后，基础自身进一步发生塑性流动甚至液化失效的情况，这会导致软基对上部桥梁结构的支撑作用急剧减弱，直接威胁到桥梁的安全性。此外，发生液化或较大变形的软基往往会伴随水分大量增加，这可能使软基产生膨胀上升的负皮摩擦作用，并由此滑移或破坏上部的桥梁结构。鉴于软基地质条件所存在的种种安全隐患，进行针对性软基处理、加固和改良以保证上部桥梁结构安全至关重要。比如采用预压密技术可以明显提高软基层的承载力，控制因过量沉陷引起破坏的风险;桩基等深层加固措施可以使上部荷载得以转移到深厚的承载层中，增强整体结构的稳定性和安全性;同时采取盖板处理也可以切断软基与上部结构之间的直接接触，防止软基由于水分或其他因素影响发生上涨从而破坏上部结构。可以看到，这些软基处理技术的合理、有效应用，对消除软基所带来的种种安全隐患，保障桥梁上部结构的长期稳定性具有非常重要的意义。

（二）减少病害发生率

由于未经充分处理的软基层普遍存在压缩变形潜力大、抗剪强度差等特点，这很容易导致上部桥梁结构在运营过程中出现病害。比较典型的情况包括：软基层在荷载作用下发生的不均匀或过度沉降，可以直接引起上部桥面产生较大的局部不均匀沉降现象，这不仅严重影响车辆的通过舒适性，也可能导致桥面产生拉伸开裂变形;如果直接在软基层上打设桩基，还可能由于软基对桩体侧面支撑强度不足，而产生桩体严重倾斜、偏移甚至桩顶断裂等病害;此外在粘性软基上，还有可能因基础发生蠕滑作用而引起上部桥台产生明显位移等病害情况。这些病例说明，如果不能对软基层进行有效的预处理或改良加固，上部的桥梁结构就很可能面临着病害频发甚至事故的严重风险。相应的，为确保上部桥梁结构的长期运营安全，采取预压实、固结排水等技术措施以提高软基承载力，或者采用桩基加固等技术手段将主要荷载传递到深层坚实地层，可以很好地从根本上减少和消除桥梁上部结构因软基病害引发事故的风险，使桥梁病害率显著降低，大幅延长其正常使用寿命。

（三）降低后期维护成本

如果在道路桥梁施工之初没有采取必要的软基处理或改良措施，那么在桥梁建成投入使用后，由于长时间承受车辆交通荷载的作用，未处理的软基层就很容易发生失稳、过度沉降乃至液化等病害现象，对桥梁正常运营造成严重威胁。这时为确保桥梁能继续正常运转，施工或运维单位就必须采取后期维修性质的软基加固与桥体结构加固措施，但这必然需要投入大量的人力物力成本。此外，由于软基未处理也更容易诱发上部桥体结构产生各类病害变形，同样需要后期维护与修复，这无疑也加重了运营期间的修缮保养负担。相比而言，如果在初期施工阶段就采取预压实处理、固结加固或深基础等技术手段增强软基层的力学性能，可显著改善基础的承载力和长期稳定性。这可以从根本上减少软基在运营期间发生失稳、断裂等病害的风险，大幅降低后期必须进行的维修性加固次数，有效节省大量运维成本的投入。同时也避免了软基诱发上部结构产生病害的可能，减少后期维护保养量，节约修缮成本。可以明显看出，针对性采取初期软基处理，可以使桥梁整体运行情况得到明显改善，显著降低后期运营维护的成本，这对项目的经济效益具有重要意义。

二、道路桥梁软基加固的主要技术

（一）预压密技术

预压密技术是利用外加荷载在软基层产生预压，从而挤出土体内多余的水分，驱密软基，提高其承载力的经典基础处理技术之一。这种技术手段主要有挤压替换法、压密挡墙法和预加载法等。挤压替换法是用挤压机在预先挖方的坑内对软基施加竖向预压力，驱挤水分，待达到要求的压实效果后再进行充填夯实。压密挡墙法是利用自重挡墙等构造先期在软基上施加预压力，待压密期满后再进行其他施工。预加载法则是直接在软基上暂时堆放重物，利用大量填土的荷载作用对软基施加预压力，待预压密效果达标后再清除加载物进行其他工作。这些预压技术手段的共同原理都是先期在软基层上施加额外的预压力，利用这种预压的挤迫作用，大量挤出土体内的水分，明显压缩和减小土体可压缩的空间，将软基状态由原可大变形的高压缩性转变为低压缩性状态，这样就可以显著提高软基层的承载力，为上部桥梁提供更为可靠稳定的基础支撑。因此预压密技术可以看作是处理软基的一种经典而基本的处理手段。

（二）排水固结技术

排水固结技术是依靠排水系统的设置改善软基的自然排水条件，加速其内部多余水分的排出和流失，使软基土体逐渐自然干燥固结，从而达到全面提高软基层力学性能的处理技术。这种技术手段下常用的主要有两种排水系统设置模式，一是利用沙井滤管或水泥抽水井等垂直排水法;二是通过布设电渗透法等电渗排水系统进行软基处理。垂直排水法是在软基区域内沿深度方向布设滤管、抽水孔等垂直排水管道与构筑物，利用它们将软基深部的水分捕获带出地表进行强制排出。这种物理间隙的设置可以加速软基深部水分向排水系统的流动迁移，有效改善软基的自然排水性能。电渗透法则是通过在软基中埋设电极，施加电压产生电渗透作用以对水分形成支配力，迫使其向电极方向迁移以实现聚集排出，这同样可以加速改善软基的排水条件。

（三）桩基加固技术

桩基加固技术是指在软基地质条件下的桥梁施工中，将上部桥台、桥墩等桥梁子结构的基础传力元素，采用打桩的方式延伸植入到软基地层以下相对更加坚硬、稳定的深层土层或岩石中，从而使上部荷载可以主要集中传递到这些深层的桩基，再由桩基传递给下部更稳定的土层，这样可以大幅提高上部桥梁结构的整体稳定性，防止因软基压燥变形而发生不利影响的软基处理技术。桩基加固技术中常用的主要有沉桩技术和碾压桩技术两种。沉桩技术是采用模架浇铸或机械旋挖等常规方法将预制桩体植入土层;碾压桩技术则利用高频振动捣实将管桩或H型钢桩直接拧入土层。这两种桩基加固技术的应用都不会从内在改变软基自身的性质，而是依靠荷载转移的思路来解决软基可能带来的稳定性问题。因此，桩基加固技术也是处理桥梁软基的一种主要技术手段。

三、桩基技术在软基桥梁加固中的应用

（一）桩基加固原理

桩基加固技术处理软基的核心机制在于，在软弱基础上采用打桩的方式延伸设置桩基，将上部桥梁荷载主要集中传递到深层土层，再由稳定的深层土层承担荷载向下传递的作用。简单来说，桩基加固技术是利用桩的支撑作用，使得上部荷载可以绕过软弱的浅层土体直接传递到软基以下深部的相对坚硬和稳定的土层或岩石中，这样可以极大程度减少和消除上部荷载对软基层的压燥作用，避免软基产生过量沉降或发生其他变形，从根本上增强上部桥梁结构的总体稳定性。这就是桩基加固技术解决道路桥梁软基处理问题的基本工作原理。所以，桩基加固技术的运用并没有改变软基本身的力学性状，而是针对软基可能给上部结构稳定性带来的消极影响，通过“荷载分流式”地将压力传递到更为稳定的土层，进而增强整体结构的安全性，这是桩基加固技术处理软基的基本思路。

（二）常用桩基工艺分析

当前，我国道路桥梁软基处理中应用比较多的几种桩基加固技术包括：灌注桩技术、钻孔灌注桩技术和高频振动碾压桩技术等。这几种桩基加固工艺的共同点都是将桩基延伸植入到软基以下的相对坚硬土层，将上部荷载传递到深层，以解决软基稳定性问题。但在桩基施工的具体方法、所选用的材料等方面存在一定的差异。例如灌注桩采用混凝土浇灌模架，钻孔灌注桩在钻孔后进行灌注，碾压桩采用高频振动将预制桩扭入地层等。因此，针对不同软基工程情况，选取或组合优化常用桩基工艺，对发挥桩基技术更好的道路桥梁软基处理和加固效果具有重要意义。

（三）炮灰桩应用评价

炮灰桩因采用工业废弃渣土作为主要胶结材料，使得材料成本低，应用较为广泛。但其软基加固效果与材料自身的抗侵蚀稳定性、以及施工过程中的围堰密封和排水条件等相关。如果材料选用不当，抗侵蚀性能较差，或者施工围堰与固结体积养护不当，都会使加固体受侵蚀或淋漏损毁的风险增加，这会削弱炮灰桩的力学性能，影响其软基加固效果。因此，必须严格挑选优质抗侵蚀材料，采取严密围堰与标准养护措施，使其充分固结，这样才能发挥出炮灰桩更好的软基改良效果，进而提高桥梁上部结构的稳定性。

四、结束语

综上所述，针对桥梁施工中的软基地质问题，采用预压密、排水固结与桩基加固等合理技术对软基改良，对确保上部桥体结构质量和长期稳定性意义重大。其中，桩基技术通过荷载转移解决软基可能带来的稳定性问题，是应用较广的处理手段之一。只有正确应用这些软基加固技术，才能高效解决实际工程问题，确保桥梁工程建设质量。

参考文献

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作者简介：王亨（1995.5—），男，汉，陕西西安，本科，学士，助理工程师，主要研究方向：路桥施工。