市政道桥工程软土地基处理技术研究与应用

引言

近年来，我国城市化建设进程持续加快，市政道桥工程建设规模和数量持续增加，而在市政道桥工程建设过程中，往往会遇到软土地基，其含水量高、孔隙比大、压缩性强、强度低、渗透性差等特点，造成了软土地基沉降量大、沉降速率不均匀、承载能力低等情况，对市政道桥工程施工安全和使用产生严重影响，甚至发生事故。因此如何合理选择和运用软土地基处理技术，提升软土地基承载能力，将是市政道桥工程建设过程中需要解决的问题，本文通过对市政道桥工程软土地基处理技术分析，为市政道桥工程建设提供借鉴。

一、软土地基的特性及危害

1.1 软土地基的特性

软土地基主要体现两个方面特性：物理性质和力学性质。物理特性是含水量高，一般在 30— 80% 的范围内，个别地区可能更高。软土颗粒中充满了大量的水分，孔隙比大于 1.0，淤泥质土甚至大于 2.0，因此软土地基的密度较小，压缩性大。力学性质是压缩性大，压缩模量范围通常在1—10MPa，荷载作用下易产生较大沉降变形；抗剪强度低，不排水条件下粘聚力小，内摩擦角小，承载力有限；渗透性差，排水困难，地基沉降稳定缓慢。

1.2 软土地基对市政道桥工程的危害

在地基沉降方面，高压缩性使得在工程自重与车辆荷载作用下，地基产生大沉降，不均匀沉降会致使道桥结构裂缝、变形，影响平整度与使用性能，对桥梁而言，还可能造成桥墩倾斜，破坏结构受力平衡，降低承载能力与使用寿命 [1]。在地基失稳问题上，低抗剪强度使施工中若处理不当或荷载过大，易引发边坡滑坡、土体隆起等事故，威胁施工安全；运营阶段车辆频繁荷载也可能导致地基剪切破坏，此外软土地基的复杂环境会侵蚀道桥基础结构材料，降低其耐久性，缩短工程使用寿命。

二、市政道桥工程软土地基处理技术分析

2.1 换填垫层法

换填垫层法是将基础下浅部一定范围内（通常不大于 3m ）的浅层软弱土质，采用机械或人工挖出，换填砂、石、灰等坚韧不密实且透水性小的土，经过分层夯压，使它变成具有一定承载能力的垫层，称为换填垫层法 [2]。换填垫层法利用应力扩散原理提高地基承载力并减少沉降变形，通过透水材料将地基中孔隙水及时排除，起到固化土体的效果。该方法适用于浅层地基软弱和不均匀土层，当浅层土层厚度不大时，换填垫层法是比较经济的方案，其优点是：技术简单、施工技术要求低、质量体系完善，造价低廉等。但换填垫层法由于垫层厚度较浅，不能解决厚层软土垫层的问题，同时换填垫层法中的换垫施工和弃土施工容易造成环境污染。

2.2 排水固结法

排水固结法是指采用堆载预压法、真空预压法等方法，基于太沙基固结理论在软土地基中设置垂直排水孔道 ( 砂井、塑料排水板 )、水平排水孔道 ( 砂垫层 )，使孔隙水经排水孔道排出，加快排水固结进程，增强土体抗剪强度、提高地基承载能力，减少施工后的沉降量。排水固结法适用于较深的软土地基，还有对施工后的沉降值有严格要求的市政道桥，以及工期不紧凑的市政道桥。该方法效果较为明显、地基承载力较高；但施工工期较长，预压周期会占据大量的人力、物力。

2.3 深层搅拌法

深层搅拌法就是通过使用水泥、石灰等固化剂，借助专用的搅拌设备，在地基深处将软土与地基中的固化剂搅拌并经过物理化学反应使软土硬结成具有一定强度的水泥土桩体或连续墙体，与原地基共同形成复合地基，从而达到提高承载力和稳定力的目的 [3]。该方法适用于淤泥、淤泥质土等各类软土，广泛用于道桥工程中加固路堤、桥台等；

三、市政道桥工程软土地基处理技术的应用案例分析

3.1 城市道路工程案例分析

在某城市新建主干道工程实践中，全长 3.5km ，部分道路为淤泥质土，厚 2\~4m，含水量大、承载力低，不能满足设计要求，该道路主要采用换填垫层法，挖填淤泥、用级配砂石回填，每填筑 30～50cm 压实，确保压实度在 95% 以上，并严格管控砂石级配与填料含水率。处理后道路承载力有了显著的提升，道路在施工和运营期间无明显沉降变形，道路平整性和道路性能满足设计指标要求。

3.2 城市桥梁工程案例分析

某市某跨河桥梁下地基有 8～10m 厚软土地层，工程地质条件复杂，地基承受力高，可靠性要求高，针对该工况，采用了真空预压 + 堆载预压排水固结处理技术进行地基处理，采用 1.2m×1.2m 正方形布置打设塑料排水板，穿透软土层；用 0.5m 砂垫层作为水平排水通道，铺设密封膜；真空泵出真空形成真空负压，同步堆载预压。后期经监测，处理后地基土含水率明显降低、孔隙比显著减小、抗剪强度显著提升，地基沉降趋于稳定。该处理技术保障了桥梁基础的顺利施工，且在运营期未出现因地基问题引发的结构变形或安全隐患。

四、市政道桥工程软土地基处理技术的发展趋势

4.1 多种处理技术联合

随着市政道桥工程的建设范围越来越广，市政地质条件的复杂性也日益增加，单一的软土地基处理技术难以适应市政道桥的施工需求，不同处理方法的相互组合成为未来的趋势，如排水固结法＋深层搅拌法，通过排水固结法加速地基土的排水固结，增强地基土的强度，然后通过深层搅拌法进一步加强地基夯实，形成复合地基，提升地基的承载力和稳定性。

4.2 信息化技术应用

智能化和信息化是市政道桥工程软土地基处理技术应用的趋势，通过传感器、物联网等技术，实时对软土地基沉降、应力、孔隙水压力等进行监测，实现软土地基处理过程的动态监测和优化，利用大数据技术、AI技术等对检测到的数据进行分析和预测，对软土地基处理方案进行优化和决策。

结语

软土地基处理是市政道桥工程中的重要环节之一，直接影响到市政道桥工程的质量和安全，各种软土地基处理技术的处理原理、适用范围、优缺点均不相同，在市政道桥建设过程中根据市政道桥工程地质条件、设计条件、施工条件、经济条件等综合选取合适的软土地基处理技术或几种技术联合处理。根据实际工程分析，合适的软土地基处理技术能够提高地基的承载力和稳定性、降低地基沉降、提高市政道桥工程施工和运营安全。随着科技的进步，市政道桥工程软土地基处理技术向着多技术联合应用、智能化和信息化以及绿色环保的方向发展，为市政道桥工程提供可靠的技术保障。

参考文献

[1] 李鹏 . 地基土侧限固结压缩模型及其沉降分析方法 [D]. 湖南大学 ,2019.DOI:10.27135/d.cnki.ghudu.2019.003987.

[2] 刘响 . 换填垫层法在浅层软弱地基施工处理中的应用 [J]. 交通世界 ,2021,(Z1):74-75.DOI:10.16248/j.cnki.11-3723/u.2021.z1.031.

[3] 范秀萍 . 水泥土深层搅拌法在道路地基处理中的应用 [J]. 交通与运输 ( 学术版 ),2012,(01):157-160.