袋裝沙井在某高速公路軟基處理中的應(yīng)用

李宗華

摘 要：軟土是指以水下沉積的軟弱粘性土或淤泥為主的地層，有時(shí)也夾有少量的腐泥或泥炭層。本文主要是對(duì)某高速公路K20+030—K20+780段袋裝砂井處理軟土地基的方法進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：軟基處理;袋裝砂井;施工工藝;應(yīng)用

0 前言

軟土其特性主要表現(xiàn)為天然含水量大、孔隙比大、壓縮系數(shù)高、強(qiáng)度低，并具有蠕變性、觸變性等特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)，其危害性顯而易見。因此應(yīng)做好深入細(xì)致的工程地質(zhì)勘探工作，根據(jù)地基土的工程特性及其所在項(xiàng)目的工期、造價(jià)、施工部位等情況，選用適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?。本文結(jié)合某高速公路的實(shí)踐談?wù)劥b砂井在道路軟基處理中的應(yīng)用。

1 工程概況

某高速公路K20+030—K20+780段路基位于不良地質(zhì)段的軟土地基上，軟土厚6.2 m～6.8 m，軟基地段均屬海積平原區(qū)，地勢(shì)平坦，已辟為農(nóng)田。

2 軟土路基的土層分布和力學(xué)指標(biāo)

2.1 土層分布

施工階段軟土路基在深度方向上土層分布比較均勻，層次簡(jiǎn)單，地質(zhì)巖性自上而下大致分為四層。

2.1.1 砂粘土硬殼層

厚1.0 m～4.0 m，軟-硬塑。該土層含水量低，壓縮小，強(qiáng)度較高，在較小荷載作用下，具有較強(qiáng)的抗變形能力，是較好的持力層。

2.1.2 淤泥質(zhì)粘土層

厚6.2 m～6.8 m，飽和，含水量高達(dá)56.7%，呈流塑狀態(tài)，高壓縮性，低強(qiáng)度，很軟弱，厚度變化大。該土層的物理力學(xué)性質(zhì)最差，為路基穩(wěn)定及變形的控制土層。

2.1.3 中粗砂層

中粗砂層層厚0 m～6.0 m，飽和，中密，局部間1 m～2.1 m厚的砂粘土層。

2.1.4 殘積砂粘土

厚3.8 m～4.5 m，可塑，含砂量約為25%，為風(fēng)化極嚴(yán)重的花崗巖殘積而成，具有良好的承載能力。

3 袋裝砂井加固原理

在含水量大、孔隙比大、壓縮性高、軟土深厚的軟土地基中打入砂袋作為排水通道以增加土層的排水途徑，縮短排水的距離。在上部荷載的作用下，產(chǎn)生的附加應(yīng)力使土穎粒問的孔隙水通過插在軟土層中的砂井排出地層外面以達(dá)到土顆粒間位移密實(shí)，從而大大加速了地基的固結(jié)與沉降。減少壓縮性，降低孔隙比和含水量，增加土體密實(shí)度，在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的固結(jié)度，以提高軟土路基的承載力和抗剪能力，從而保證路堤和地基的穩(wěn)定。

3.1 袋裝砂井的優(yōu)點(diǎn)

袋裝砂井與普通砂井相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

（1）袋裝砂井能適應(yīng)軟土固結(jié)產(chǎn)生的地基變位，在受力時(shí)能與地基變形相協(xié)調(diào)，故砂井的連續(xù)性不會(huì)受到砂井錯(cuò)位、斷頸等影響。

（2）袋裝砂井直徑大為縮小，目前我國采用直徑多為7 cm，加固同樣面積的土，袋裝砂井的用砂量要比普通砂井少得多，能節(jié)省費(fèi)用近半。

（3）袋裝砂井施工機(jī)具輕便簡(jiǎn)單、效率高，一般每臺(tái)班（8 h）可打設(shè)100根左右。

（4）袋裝砂井打設(shè)時(shí)，排泥量較普通砂井要少，對(duì)土體擾動(dòng)也小，施工比較便捷，對(duì)周圍影響也小。

3.2 袋裝砂井的選用

袋裝砂井適用于軟土地基處理，特別是用于軟土地基中存在連續(xù)薄砂層時(shí)更為有效;但對(duì)于滲透性好的以及含有大量腐殖物的土效果不顯著，不宜采用。在選擇袋裝砂井排水法加固地基時(shí)，需要注意原地基的固結(jié)狀態(tài)。如在先期固結(jié)壓力（原已壓密穩(wěn)定的最大壓力）已超過設(shè)計(jì)堆載壓力值時(shí)，加載就不可能產(chǎn)生超靜水壓，砂井即無排水效果;如先期固結(jié)壓力值達(dá)到加載的一部分時(shí)，則堆載在該部分作用下砂井亦無排水效果。對(duì)于靈敏度高的軟土采用砂井法時(shí)，要注意其融變性，特別是采用封底鋼管沖擊法（或振動(dòng)法）施工時(shí)，土體結(jié)構(gòu)受機(jī)械擾動(dòng)而破壞，打井后短期內(nèi)反會(huì)使強(qiáng)度降低。

根據(jù)該高速公路的工期、投資、高等級(jí)公路的質(zhì)量要求，本項(xiàng)目K20+030—K20+780路段擬采用“袋裝砂井+雙層土工隔柵+等載預(yù)壓+反壓護(hù)道”的方法。

3.3 袋裝砂井的布置

袋裝砂井直徑7 cm，等邊三角形布置，間距0.9 m，長度9.0 m（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況及監(jiān)理要求加長）。

4 機(jī)具選配

4.1 主要機(jī)具選配

袋裝砂井施工選用SZJ-20型袋裝砂井機(jī)施工。

4.2 配套設(shè)備

（1）灌砂袋設(shè)備：采用的有門式機(jī)械振動(dòng)灌砂袋三角架。

（2）成孔套管：所用套管應(yīng)為無縫鋼管，內(nèi)徑比砂袋稍大，內(nèi)壁光潔。其長度、剛度要與設(shè)計(jì)的袋裝砂井相適應(yīng)。當(dāng)打樁架高度不夠時(shí)，套管可分節(jié)接長（可采用法蘭盤連接）。

（3）樁尖與樁帽：樁尖采用在導(dǎo)管端口設(shè)置一活瓣封門，利用套管內(nèi)砂袋的壓力將其頂開，隨套管拔出，可多次使用。樁帽可根據(jù)套管直徑與樁錘型號(hào)加工配套。樁尖與樁帽都要有一定的密封性，防止套管內(nèi)進(jìn)入泥漿等雜物。

5 袋裝砂井施工工藝

5.1 施工準(zhǔn)備

按設(shè)計(jì)文件要求選購合格的砂袋。對(duì)擬采用的中、粗砂進(jìn)行試驗(yàn)，確保滿足規(guī)范要求。

做好材料、機(jī)械進(jìn)場(chǎng)的道路維修、場(chǎng)地平整。選用SZJ20型袋裝砂井機(jī)施工。其施工工藝流程如下：

整平砂墊層→測(cè)量放線→機(jī)具定位→打入套管→裁制砂袋灌砂成孔沉入砂袋→振動(dòng)拔管二次補(bǔ)灌扎袋口→移機(jī)施打下一根砂井。

5.2 放樣布樁

按設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)間距、布置形式布樁。

5.3 裁制砂袋

根據(jù)設(shè)計(jì)深度9.0 m，外露長度20 cm和兩頭打結(jié)長度各30 cm，砂袋裁制長度為9.8 m。

5.4 灌砂

砂井用砂應(yīng)采用風(fēng)干的中粗砂。采用灌砂機(jī)灌砂、機(jī)械吊振，吊振后剩余空袋用人工二次補(bǔ)灌，以免出現(xiàn)斷樁，影響排水效果。

5.5 成孔

樁管下沉到設(shè)計(jì)深度，樁管插入地基時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制垂直度和樁位，垂直度小于1.5%，樁位偏差應(yīng)小于15 cm。

5.6 下沉砂袋

為保持排水暢通，下沉砂袋時(shí)應(yīng)防止砂袋扭曲、撕破和污染。在樁管內(nèi)穿一根與樁管等長的鋼絲繩，將砂袋一頭拴在鋼絲繩上，慢慢下沉。樁管內(nèi)壁附著淤泥應(yīng)用清水沖洗，以減小對(duì)砂袋的涂抹。

5.7 振動(dòng)拔管

拔管時(shí)應(yīng)防止砂袋回帶，樁管要垂直起吊防止砂袋回帶或被損壞。

5.8 二次補(bǔ)灌

拔管后立即對(duì)樁頭空袋用人工補(bǔ)灌，并扎好袋口。

5.9 移機(jī)施打下一根

袋裝砂井施工完畢，經(jīng)檢查符合設(shè)計(jì)后，按設(shè)計(jì)要求埋設(shè)袋頭、沉降和穩(wěn)定測(cè)量元件，并將砂墊層整平、灑水沖實(shí)。

5.10 質(zhì)量保證措施

（1）按設(shè)計(jì)要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收材料，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

（2）建立完整的質(zhì)量保證體系，實(shí)行全面質(zhì)量管理。

（3）灌制砂袋后，檢查灌制的砂袋是否飽滿，灌砂量是否符合理論計(jì)算值，外觀有無裂縫，縮頸或鼓包現(xiàn)象。砂袋灌砂后，露天堆放應(yīng)有遮蓋，切忌長時(shí)間暴曬，以免砂袋老化。砂袋運(yùn)輸、堆放必須保持砂袋順直暢通，并保證不要損壞。

（4）按0.9 m的間距呈等邊三角形測(cè)量及布設(shè)井位樁。機(jī)具調(diào)整定位時(shí)要保證錘中心與地面點(diǎn)位在同一點(diǎn)上，并用經(jīng)緯儀觀測(cè)，控制導(dǎo)向架的垂直度。

（5）為控制砂井的設(shè)計(jì)入土深度，在鋼套管上應(yīng)劃出標(biāo)尺。開始施打時(shí)落錘要輕緩，防止套管突然偏斜，接近標(biāo)高時(shí)，控制錘擊頻率，防止超深。

（6）下放砂袋時(shí)必須將整個(gè)砂袋吊起，從端部放入管口，徐徐下放，防止砂袋扭結(jié)、斷裂和砂袋磨損。

（7）套管拔出后，砂袋按設(shè)計(jì)要求露出孔口至少

20 cm。對(duì)已施設(shè)的袋裝砂井，若砂袋不滿，應(yīng)及時(shí)向袋內(nèi)補(bǔ)砂。

（8）在施工中，對(duì)每道工序，每個(gè)工種，每個(gè)操作工人，作到質(zhì)量工作“三個(gè)落實(shí)”即：

①施工前，施工管理人員必須對(duì)施工班組進(jìn)行書面技術(shù)交底，每個(gè)操作人員，明確操作要點(diǎn)及質(zhì)量要求。

②施工過程中施工管理人員必須隨時(shí)檢查指導(dǎo)施工，制訂工序流程圖，確定關(guān)鍵工序和特殊工序的關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，對(duì)比分析質(zhì)量偏差，及時(shí)糾正質(zhì)量問題，把質(zhì)量隱患消滅在施工過程中。

③每道工序施工結(jié)束后，要及時(shí)組織質(zhì)量檢查評(píng)比，進(jìn)行工序交接，上道工序質(zhì)量不合格，下道工序不得開始，并根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)施工班組及操作人員進(jìn)行相應(yīng)獎(jiǎng)罰，強(qiáng)化施工人員的質(zhì)量意識(shí)。

5.11 堆載預(yù)壓

堆載預(yù)壓與袋裝砂井為軟基同步，預(yù)壓處理路段累計(jì)長750 m，堆載土方43 175 m3。預(yù)壓高度為預(yù)壓期沉降量+路面與路堤填料密度的等效厚度差，預(yù)壓處理地段路堤基底鋪設(shè)50 cm厚砂墊層，砂墊層提前14天，將監(jiān)測(cè)原始記錄、沉降記錄匯總表、沉降曲線圖等相關(guān)資料以及完成預(yù)壓期的分析報(bào)告，報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。預(yù)壓處理的預(yù)壓期采用沉降量與預(yù)壓時(shí)間雙控，預(yù)壓期可根據(jù)沉降觀測(cè)結(jié)果在監(jiān)理工程師的指示下確定是否應(yīng)予以延長。

5.12 沉降觀測(cè)

軟土路基從開始填筑起直至路面施工前，必須對(duì)路基沉降與變形進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，保證預(yù)壓期內(nèi)沉降量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

沉降觀測(cè)點(diǎn)按設(shè)計(jì)要求布設(shè)，路基填筑施工期每填筑一層觀測(cè)一次，路堤填高超過極限高度之后，每天需觀測(cè)一次，因故停止施工，每三天觀測(cè)一次，若兩次填筑時(shí)間間隔較長，每三天觀測(cè)一次;路基預(yù)壓期第一個(gè)月每三天觀測(cè)一次，第二至第三個(gè)月每七天觀測(cè)一次，第四個(gè)月起每半個(gè)月觀測(cè)一次。

5.13 卸載

通過以上所述袋裝砂井處理方式，該路段在進(jìn)行卸載前得到以下數(shù)據(jù)：累計(jì)沉降量達(dá)到83.6%;沉降速度為0.3 mm/d;理論計(jì)算地基的總固結(jié)度達(dá)到了85%;累計(jì)堆載時(shí)間為195天。該段軟基處理達(dá)到了預(yù)期的效果，且經(jīng)濟(jì)上、工期上、質(zhì)量上都滿足了施工要求，取得較好的效果。

6 結(jié)束語

在科學(xué)技術(shù)日異發(fā)展的今天，處理軟基的新方法及新工藝越來越多，但由于各種新型的排水固結(jié)法的施工工藝還不夠完善，施工中存在質(zhì)量控制難等一系列問題，所以袋裝砂井在公路建設(shè)中被認(rèn)為是一種軟土路基加固的好方法。而且被廣泛應(yīng)用在加固軟土路基中。施工中若能嚴(yán)格按照施工工藝與質(zhì)量控制要求合理施工，選用較為適宜的打樁設(shè)備，砂井施工效果就更好，經(jīng)濟(jì)效益也就更高，也易保證較好的施工質(zhì)量。

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