论文部分内容阅读
摘 要：近年来随着我国交通发展需求的日益提高，大部分道路线路修建不得不通过土质条件不良的地基，即在软弱地基上修路，这对我国道路施工过程带来了诸多不利影响。本文将从道路桥梁施工中软弱地基处理的目的解析起步，探讨在道路桥梁过渡段中软弱地基的沉降计算方法及相关处理方案。
关键词：软弱地基 道路桥梁施工 过渡段 沉降 计算 处理方法
一、在道路桥梁施工中处理软弱地基的意义
由于某些道路桥梁施工段存在软弱地基，所以就必须对其进行处理，处理意义就在于改善地基的变性性质与渗透性质，实现对地基承载能力的提升，降低不均匀沉降与基础沉降，同时也能降低软弱地基的压缩性，最终达到地基稳定目的。就目前的处理技术来看，要从软弱地基的性质方面着手实现改善，比如减少或消除地基中膨胀土的涨缩性以及黄土的湿陷性。亦或是通过研究地基的振动特性来改善其抗震性能。另外，要积极改善地基的透水特性、抗变形特性与剪切特性，上述处理措施都能够达到稳定地基，防止道路桥梁沉降的目的，对道路交通产业发展具有极高的现实意义与价值。
二、由软弱地基所引发的道路桥梁过渡段沉降计算
考虑到软弱地基的土层分布与土体本质结构之间的复杂关系性，所以想要对由它所引起的地基沉降进行精确计算是非常困难的。一般来说，软弱地基环境下的道路桥梁过渡段沉降可以分为加固區沉降和下卧层沉降，将它们分别用S1、S2表示，其中S1的计算要采用到复合模量法、桩身模量法和应力修正法3种，而S2则主要采用分层总和法，二者所造成的地基沉降也被称为复合地基沉降，如图1。
1.对S1加固区沉降的计算分析。对加固区沉降的计算涉及两种方法，复合模量计算法和应力修正法。
1.1复合模量计算法。如果道路桥梁的CFG桩体与桩间土体是压缩模量统一的复合土体，就可以运用分层总和法来计算加固区沉降量S1，进而计算每层复合土体在荷载作用下的压缩量之和为：
。在算式中，表示第i层的土体附加应力增量，而Hi表示第i层的复合土层厚度。所以地基土体的复合压缩模量Ecs可以借助面积置换率来计算，即：。在算式中，Eps表示桩体的压缩模量，Ess表示桩间的土压缩模量，m表示面积置换率。
1.2应力修正法。应力修正法可以使加固区沉降量S1成为桩间土的压缩量，并根据桩土应力比与复合地基的面积置换率来得到桩间土体的附加应力修正系数。它的表达算式应该为：
在算式中表示还未加固的地基第i层土体附加应力增量，△Psi表示加固区第i层的桩间土附加应力增量，Esi表示还未加固的地基沉降量，μs表示应力修正系数，n表示桩土的应力比，m表示面积置换率。
2.对S2下卧层沉降的计算分析。S2下卧层沉降压缩量应该采用分层总和法进行计算，它的沉降量求解难点就在于如何准确确定下卧层所承受的荷载，一般来说工程中会常常用到压力扩散法。该方法针以复合地基上的分布荷载P与加固区土体压力扩散角β作为主要计算参数，由此来计算下卧层的荷载为：
在算式中B就代表了荷载的作用宽度，D代表荷载作用长度，而h代表复合地基的加固区深度，如图2。
三、道路桥梁施工中软弱地基的处理方法
考虑到软弱地基表面会存在较厚的淤泥质粉质粘土，所以它的承载能力必定很难满足设计要求，一旦道路桥梁出现降雨等自然因素影响，软土地基的沉降变形可能性也将会增大，所以必须对其进行处理。通常的方法是清淤换填全部软弱地基层，但这种方法需要耗费大量的土方所以成本相当高昂。本文所选择的是粉喷桩的处理方法，它的加固效果良好，但造价略高，在其基础上根据项目经济条件、处理效果与工期制约进行改良，最终决定采用CFG桩配合搭板与加筋砂垫层的复合地基处理方法。
1.具体处理方法解析。首先，CFG桩复合地基应该按照现场的试桩状况进行安排，最好采用沉管法来对软土地基进行CFG桩体搭设，并在道路桥梁的连接处设置长度在56～70m的过渡段，通过过渡段来引导桥头与加固处理区，并采用等边三角形布置来调整桩长、桩间距离，同时按照一般道路桥梁堤段的沉降方法来实施刚柔过渡处理。在打桩达到桩身强度以后再进行褥垫层填筑，确保垫层顶所铺设的单层双向土工格栅满足回填台背要求。考虑到不同间距状况下CFG桩的复合地基刚度不同，所以在道路桥梁的过渡段就能形成地基刚度的过渡效果，使原有刚度差异变成刚柔缓慢过渡段，而道路桥梁的跳跃沉降形式也会逐渐转化为缓和的线性过渡，使沉降量大大降低。
2.处理方法技术流程。首先第一步就要确定桩体混凝土，一般需要采用碎石、石屑、粉煤灰与水泥共同混合形成。桩体本身要按照C20混合料的配比进行设计，并在混合料试块的标准要求下养护30天左右使其抗压强度标准值大于15MPa。施工前要在实验室做好配合比试验，按照配合比配置混合料，并振动沉管灌注成桩，确保施工坍落度控制在30～60cm范围内。在成桩后其桩顶的浮浆厚度要控制在200mm以内。其次是成桩试验，在施工前要勘察软弱地基淤泥层的厚度变化情况，并分段实施橙装工艺性试验，再根据试验结果来确定最为合理的施工工艺参数。在试桩过程中，应该选取道路桥梁最具代表性的过渡段实施桩长成桩试验，并且保证每段试桩数量可以维持在5～8根。在进行过CFG桩成桩试验后，施工方基本可以达到复核地质状况目的，确定施工工艺、钻进速度、施打工艺、混合料施工配比、坍落度、搅拌时间、关注速度、成桩质量、成桩质量标准核查等等分项指标。最后是试验检测部分，它要在CFG桩成形30天后才进行，主要检测的目标包括了桩体的抗压强度、桩体应变动力试验以及成桩质量和桩身的完整性等等。要考虑到对道路桥梁中不同桩长进行单桩复合地基荷载试验，确保每一根CFG桩的实际承载力，并根据承载力变化来修正对软弱地基的处理方法和设计参数。
3.施工技术控制要点。要点（1）在对道路桥梁软弱地基的处理过程中，要根据桥梁过渡段成桩的打桩桩顶位移来进行实时监测。要点（2）要确保混合料被均匀拌合并投料充分。要点（3）在对道路桥梁进行清土和截桩时，不要造成桩顶标高以下的桩身发生断裂现象，这样或造成其对桩间土的强烈扰动。要点（4）在冬季施工时要确保混合料入孔温度不会低于6℃，并且做好对桩头和桩间土的保温措施。要点（5）要确保施工的垂直度偏差小于1%。
四、结语
本文通过对软弱地基所引发的道路桥梁过渡段进行沉降计算，明确了CFG桩复合地基处理过渡段软弱地基这一有效方法。它不但实现了对道路桥梁复合地基的承载力提升，也有效控制了地基与桥梁路基表面的桩体沉降效果，最大限度确保了道路桥梁的建设质量。同时它也提醒未来的道路桥梁施工项目要将对软弱地基问题的处理作为我国道路事业建设的重点。
参考文献：
[1]傅花.道路桥梁施工中的软弱地基处理方面的探究[J].决策与信息（下旬刊），2015（11）：321-321.
[2]蒋鑫，梁多伟，刘晋南等.碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析[J].铁道学报，2015，（12）：81-87.
关键词：软弱地基 道路桥梁施工 过渡段 沉降 计算 处理方法
一、在道路桥梁施工中处理软弱地基的意义
由于某些道路桥梁施工段存在软弱地基，所以就必须对其进行处理，处理意义就在于改善地基的变性性质与渗透性质，实现对地基承载能力的提升，降低不均匀沉降与基础沉降，同时也能降低软弱地基的压缩性，最终达到地基稳定目的。就目前的处理技术来看，要从软弱地基的性质方面着手实现改善，比如减少或消除地基中膨胀土的涨缩性以及黄土的湿陷性。亦或是通过研究地基的振动特性来改善其抗震性能。另外，要积极改善地基的透水特性、抗变形特性与剪切特性，上述处理措施都能够达到稳定地基，防止道路桥梁沉降的目的，对道路交通产业发展具有极高的现实意义与价值。
二、由软弱地基所引发的道路桥梁过渡段沉降计算
考虑到软弱地基的土层分布与土体本质结构之间的复杂关系性，所以想要对由它所引起的地基沉降进行精确计算是非常困难的。一般来说，软弱地基环境下的道路桥梁过渡段沉降可以分为加固區沉降和下卧层沉降，将它们分别用S1、S2表示，其中S1的计算要采用到复合模量法、桩身模量法和应力修正法3种，而S2则主要采用分层总和法，二者所造成的地基沉降也被称为复合地基沉降，如图1。
1.对S1加固区沉降的计算分析。对加固区沉降的计算涉及两种方法，复合模量计算法和应力修正法。
1.1复合模量计算法。如果道路桥梁的CFG桩体与桩间土体是压缩模量统一的复合土体，就可以运用分层总和法来计算加固区沉降量S1，进而计算每层复合土体在荷载作用下的压缩量之和为：
。在算式中，表示第i层的土体附加应力增量，而Hi表示第i层的复合土层厚度。所以地基土体的复合压缩模量Ecs可以借助面积置换率来计算，即：。在算式中，Eps表示桩体的压缩模量，Ess表示桩间的土压缩模量，m表示面积置换率。
1.2应力修正法。应力修正法可以使加固区沉降量S1成为桩间土的压缩量，并根据桩土应力比与复合地基的面积置换率来得到桩间土体的附加应力修正系数。它的表达算式应该为：
在算式中表示还未加固的地基第i层土体附加应力增量，△Psi表示加固区第i层的桩间土附加应力增量，Esi表示还未加固的地基沉降量，μs表示应力修正系数，n表示桩土的应力比，m表示面积置换率。
2.对S2下卧层沉降的计算分析。S2下卧层沉降压缩量应该采用分层总和法进行计算，它的沉降量求解难点就在于如何准确确定下卧层所承受的荷载，一般来说工程中会常常用到压力扩散法。该方法针以复合地基上的分布荷载P与加固区土体压力扩散角β作为主要计算参数，由此来计算下卧层的荷载为：
在算式中B就代表了荷载的作用宽度，D代表荷载作用长度，而h代表复合地基的加固区深度，如图2。
三、道路桥梁施工中软弱地基的处理方法
考虑到软弱地基表面会存在较厚的淤泥质粉质粘土，所以它的承载能力必定很难满足设计要求，一旦道路桥梁出现降雨等自然因素影响，软土地基的沉降变形可能性也将会增大，所以必须对其进行处理。通常的方法是清淤换填全部软弱地基层，但这种方法需要耗费大量的土方所以成本相当高昂。本文所选择的是粉喷桩的处理方法，它的加固效果良好，但造价略高，在其基础上根据项目经济条件、处理效果与工期制约进行改良，最终决定采用CFG桩配合搭板与加筋砂垫层的复合地基处理方法。
1.具体处理方法解析。首先，CFG桩复合地基应该按照现场的试桩状况进行安排，最好采用沉管法来对软土地基进行CFG桩体搭设，并在道路桥梁的连接处设置长度在56～70m的过渡段，通过过渡段来引导桥头与加固处理区，并采用等边三角形布置来调整桩长、桩间距离，同时按照一般道路桥梁堤段的沉降方法来实施刚柔过渡处理。在打桩达到桩身强度以后再进行褥垫层填筑，确保垫层顶所铺设的单层双向土工格栅满足回填台背要求。考虑到不同间距状况下CFG桩的复合地基刚度不同，所以在道路桥梁的过渡段就能形成地基刚度的过渡效果，使原有刚度差异变成刚柔缓慢过渡段，而道路桥梁的跳跃沉降形式也会逐渐转化为缓和的线性过渡，使沉降量大大降低。
2.处理方法技术流程。首先第一步就要确定桩体混凝土，一般需要采用碎石、石屑、粉煤灰与水泥共同混合形成。桩体本身要按照C20混合料的配比进行设计，并在混合料试块的标准要求下养护30天左右使其抗压强度标准值大于15MPa。施工前要在实验室做好配合比试验，按照配合比配置混合料，并振动沉管灌注成桩，确保施工坍落度控制在30～60cm范围内。在成桩后其桩顶的浮浆厚度要控制在200mm以内。其次是成桩试验，在施工前要勘察软弱地基淤泥层的厚度变化情况，并分段实施橙装工艺性试验，再根据试验结果来确定最为合理的施工工艺参数。在试桩过程中，应该选取道路桥梁最具代表性的过渡段实施桩长成桩试验，并且保证每段试桩数量可以维持在5～8根。在进行过CFG桩成桩试验后，施工方基本可以达到复核地质状况目的，确定施工工艺、钻进速度、施打工艺、混合料施工配比、坍落度、搅拌时间、关注速度、成桩质量、成桩质量标准核查等等分项指标。最后是试验检测部分，它要在CFG桩成形30天后才进行，主要检测的目标包括了桩体的抗压强度、桩体应变动力试验以及成桩质量和桩身的完整性等等。要考虑到对道路桥梁中不同桩长进行单桩复合地基荷载试验，确保每一根CFG桩的实际承载力，并根据承载力变化来修正对软弱地基的处理方法和设计参数。
3.施工技术控制要点。要点（1）在对道路桥梁软弱地基的处理过程中，要根据桥梁过渡段成桩的打桩桩顶位移来进行实时监测。要点（2）要确保混合料被均匀拌合并投料充分。要点（3）在对道路桥梁进行清土和截桩时，不要造成桩顶标高以下的桩身发生断裂现象，这样或造成其对桩间土的强烈扰动。要点（4）在冬季施工时要确保混合料入孔温度不会低于6℃，并且做好对桩头和桩间土的保温措施。要点（5）要确保施工的垂直度偏差小于1%。
四、结语
本文通过对软弱地基所引发的道路桥梁过渡段进行沉降计算，明确了CFG桩复合地基处理过渡段软弱地基这一有效方法。它不但实现了对道路桥梁复合地基的承载力提升，也有效控制了地基与桥梁路基表面的桩体沉降效果，最大限度确保了道路桥梁的建设质量。同时它也提醒未来的道路桥梁施工项目要将对软弱地基问题的处理作为我国道路事业建设的重点。
参考文献：
[1]傅花.道路桥梁施工中的软弱地基处理方面的探究[J].决策与信息（下旬刊），2015（11）：321-321.
[2]蒋鑫，梁多伟，刘晋南等.碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析[J].铁道学报，2015，（12）：81-87.