砂樁與預壓技術在厚層軟土路基施工中的應用

林學錦

（中鐵十八局集團有限公司，天津 300222）

砂樁與預壓技術在厚層軟土路基施工中的應用

林學錦

（中鐵十八局集團有限公司，天津 300222）

福建沿海公路福清濱海大通道，部分路段為海水養殖區域，覆蓋層淤泥較厚，厚度在0-28m不等，含水率高，為保證道路路基施工質量，確保道路使用安全，經過設計單位及省內專家的研究和探討，決定采用擠密砂樁豎向排水結合堆載預壓的施工工藝，并取得了很好的成效.后期的工后沉降等各項數據均能滿足設計規范要求，達到了預期的效果.

軟土路基；施工工藝；擠密砂樁；預壓；沉降

前言

軟土路基在我國分布較廣，主要在沿海地區、各大湖泊周邊及長江淮河等河灘附近.目前對于軟土路基的研究仍停留在初級階段，軟土路基的處理工藝成為國內廣大工程建設者研究的課題，很多工藝還處于試驗階段，軟土路基的處理是路基施工中的技術難點，尤其是淤泥層較厚的地質，其質量直接影響通車后運營的安全性和舒適性.

若采取不當的施工工藝，后期會產生路面開裂等病害問題，甚至返工處理.

1 工程概況

路線所穿越地貌為濱海沖海積平原地貌，表層多為人工填土，其它依次為淤泥、淤泥夾沙、粉質粘土，軟土厚度在0-28m之間，呈深灰色，流塑狀，含水量65%～75%，天然孔隙比大于1，地基承載力小于35Kpa.軟土層厚度偏厚，含水量大且需要處理的路段長，采取

普通的表層處置和換填工藝，很難保證路基穩定，無法滿足公路施工質量要求.經過研究探討，決定采用擠密砂樁豎向排水結合堆載預壓的施工工藝.

2 工藝原理及特點

2.1 工藝原理

首先在軟土地基中施工擠密砂樁和砂墊層，然后進行路基填筑以及預壓土方施工.由于受到上方路基及預壓土方的壓力，使軟土中的孔隙水利用擠密砂作為豎向排水通道，砂墊層作為橫向排水通道，將水排出至路基外.土體孔隙比縮小，也縮小了土體固結排水距離，抗剪強度加大，地基承載力提高，地基逐步固結穩定，工后沉降減少.砂樁起到了排水、擠密、置換的作用.

2.2 工藝特點

工藝特點是排水速度慢，路基沉降時間長，但是運營后路基整體穩定，病害少.砂樁的施工質量直接影響整個軟基處理的效果，因此施工過程中要重點控制.

3 施工工藝

3.1 擠密砂樁施工

3.1.1 試驗段施工

通過試驗段的施工，檢驗砂樁長度、填砂量、提升速度、時間、電機工作電流等參數，根據試樁參數制定實施性施工工藝細則及標準，檢驗成樁施工工藝及施工方法.試驗段施工成功后方可進入主體施工.

3.1.2 砂樁施工

砂樁施工采用振動沉管工藝，選用履帶式振動沉樁機，或具有同等以上施工能力的機型，配套機具有：帶活瓣樁尖的與砂樁同直徑(50cm)的樁管、下料斗.樁間距為1.5m呈等邊三角形布設，直徑為50cm.材料選用滲透系數不小于5× 10-3cm/s，含泥量不大于3%，細度模數不小于3.0，滲水率較高的潔凈中粗砂.主要工序流程如下：施工準備→實地布置樁位→樁機就位→開機振動沉管→灌砂振搗密實→拔管→關機移位.

（1）機具就位、樁管沉入

要有砂樁施工布樁平面圖，圖應注明樁位編號和設計、施工說明.場地樁位放樣后，應做好記錄及保護樁位標志，樁位與設計圖誤差不得大于5cm.根據測量放樣的位置，機具準確就位.樁管沉入前，用紅油漆將沉管深度標示于樁管上，控制沉管深度.活瓣樁尖的尖點對準砂樁樁位中心，中心偏差控制在±5cm以內；調整機架確保樁管垂直，垂直度控制在1%以內.啟動振動器，以2～3m／min的速度使樁管邊振動邊下沉.下沉時，要注意沉管的垂直度，可用靠尺進行控制.

（2）灌砂

沉樁的同時，進行灌砂，采用人工拉動料斗進行加料，考慮到砂樁振動擠密后體積減小，砂頂標高下降，因此沉管頂應高出地面1m.為保證砂子的密實度，在管內灌滿水后再灌砂，邊加砂邊加水.因前期鉆探點的間距為50m一個，所以部分砂樁的設計樁長與實際有一定出入，為確保砂樁底部必須打穿軟土層進入下臥層不小于0.5米，在砂樁施工中應采取灌砂量和樁機電流進行進行雙向控制，確保樁身連續密實.

（3）拔管

在樁管內加入砂料后，邊振動邊緩慢拔出樁管，拔管速度控制在0.5m／min以內，邊拔邊補充砂子，將落入樁孔內的砂壓實，確保每m灌砂量達到設計要求.單樁砂設計灌入量q=0.237*h（h為實際施打樁長）.為確保樁身質量，要嚴格控制拔管速度不宜過快，灌砂的數量及質量要滿足要求.

（4）移機

沉管拔出后，及時清理帶出的淤泥，并將周圍的施工用水利用排水溝排出路基，確保工作面的整潔干燥，根據放樣的測量點，移機到下一樁位.

（5）砂樁質量驗收

砂樁質量驗收的主控項目如下表：

項主控項目序號 項目 允許偏差或允許值 檢測頻率 檢驗方法1灌砂量 95% 100% 實際灌砂量與計算體積比2 樁身完整性 無斷樁 總樁數的5% 靜力觸探3沉降量 ±1mm 每天1次 水平儀

目前國內對于樁身的完整性的檢驗，主要有重型動力觸探和靜力觸探等，該工程采用靜力觸探檢測方法.在檢測的過程中發現，部分20多米以上的砂樁長度檢測結果與實際存在出入.經過分析和現場驗證，可能的原因是：①由于砂樁的垂直度允許偏差是1%，檢測設備垂直度也存在偏差，兩者疊加，導致未能測出實際樁長；②樁身質量不密實，周邊受到擠壓后產生斷樁.為確保施工質量，對有爭議的砂樁，可在周邊進行補樁.

最后驗收時應進行復合地基承載力試驗，復合地基承載力試驗不少于總樁數的0.5%.

3.2 橫向排水系統施工

在砂樁頂部鋪設2m厚的砂墊層作為橫向排水通道，在砂墊層內部鋪設一層土工格柵，使受力均勻，增強整體性.砂墊層兩側使用粘土作為包邊，厚度2m，防止砂層流失，并間隔一定距離設置泄水孔.

3.3 路基填筑

路基填筑，可根據附近材料資源進行選擇填料，按照正常路基施工方案進行施工，填筑過程中要進行側向位移觀測（測斜管）、沉降觀測（沉降標）以及孔隙水壓力變化（孔隙壓力計），目的在于監控整個施工過程中路基的穩定性，控制填土速率，并推測工后沉降.監測頻率可隨著加載天數的增加，進行相應調整.

3.4 預壓土方

預壓土方可使用填土或者填砂，預壓土方可采用等載或超載預壓，等載預壓施工高度＝路基設計高+預壓期沉降量+路面換算土柱高度.預壓過程中應及時追加土方，保證預壓高度不變.該工程由于路基高度較低，能滿足穩定要求，因此未設置反壓護道.

預壓期間，必須對垂直沉降繪制“沉降量-時間”關系曲線，發現異常應及時查明原因.并推算地基的最終固結變形量、不同時間的固結度和相應的變形量，以分析處理效果并為確定卸載時間提供依據.預壓完成后，進行如下的檢驗，并同加固前進行對比：常規土工試驗，檢測含水量、土容重、孔隙比.靜力觸探強度試驗，檢測貫入阻力十字板抗剪強度試驗.

3.4 沉降觀測

工后沉降容許值一般路段不大于50cm，地基沉降量計算采用分層總和法，主固結沉降量采用e-p曲線法計算，總沉降量計算采用沉降系數修正法，沉降系數Ms取值為1.1～1.6.路基橫斷面上某點的工后沉降等于路基該點在現有固結壓力狀態下基準期內的總沉降減去該點在先前各固結壓力下經歷的固結沉降之和.

沉降及位移的觀測應做到“四固定”（固定觀測人員、固定儀器及水準尺、固定后觀尺讀數、固定測站及轉點）.路堤施工期內觀測精度±2mm，預壓期及路面施工期內觀測精度±1mm.預壓期間加強觀測，尤其在雨季.必須按規定妥善保存原始記錄.

要求預壓期未沉降速率連續兩個月應小于5mm/月，同時推算的工后沉降小于設計容許值后，方可鋪筑路面結構底基層.在堆載預壓8個月后，現場監測取得路基監測點的沉降速率介于0.17～0.77mm/d之間，沉降有明顯收斂，且沉降速率逐漸變緩，路基坡腳穩定.

4 施工注意事項

（1）涵洞、擋墻等路基附屬結構，應該等路基沉降穩定后進行施工，否則可能出現因沉降引起開裂破壞.

（2）擠密砂樁沉管施工時，對周圍環境的震動影響很大，應該時刻觀測周圍建筑物的變化，必要時采取相應的保護措施或拆除.

（3）樁機對凈空要求高，施工區域內有電線、電話線等線路應提前遷移，并保證三通一平.

（4）因砂樁地基處理屬隱蔽工程，出于施工控制及質量檢測的考慮，應要求有詳細的施工原始記錄（數據真實性必須經過現場監理工程師的確認），并派專人進行全程旁站和作好拍攝照片或錄象等實態記錄.

5 結束語

綜上所述，該施工工藝利用土力學原理，以擠密砂樁的豎向排水為主，結合預壓、觀測等手段，使基礎固結，效果穩定.對于有充分施工時間的項目，可采用該工藝進行施工.當然工藝中仍然存在一些不足，需要我們去研究和發掘，比如砂樁上料可否采用自動裝置，可自動上料又能準確計量用砂量？長樁樁身完整性的檢測是否有更準確可靠的檢驗方法？這些問題將是后續研究工作的重點內容.

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TU74

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2017-01-10