袋裝沙井在某高速公路軟基處理中的應用

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，有時也夾有少量的腐泥或泥炭層。本文主要是對某高速公路K20+030—K20+780段袋裝砂井處理軟土地基的方法進行了分析探討。

關鍵詞：軟基處理;袋裝砂井;施工工藝;應用

0 前言

軟土其特性主要表現為天然含水量大、孔隙比大、壓縮系數高、強度低，并具有蠕變性、觸變性等特殊的工程地質性質，其危害性顯而易見。因此應做好深入細致的工程地質勘探工作，根據地基土的工程特性及其所在項目的工期、造價、施工部位等情況，選用適當的處理措施。本文結合某高速公路的實踐談談袋裝砂井在道路軟基處理中的應用。

1 工程概況

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

2 軟土路基的土層分布和力學指標

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，層次簡單，地質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，強度較高，在較小荷載作用下，具有較強的抗變形能力，是較好的持力層。

2.1.2 淤泥質粘土層

厚6.2 m～6.8 m，飽和，含水量高達56.7%，呈流塑狀態，高壓縮性，低強度，很軟弱，厚度變化大。該土層的物理力學性質最差，為路基穩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%，為風化極嚴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，產生的附加應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到土顆粒間位移密實，從而大大加速了地基的固結與沉降。減少壓縮性，降低孔隙比和含水量，增加土體密實度，在較短時間內達到較高的固結度，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定。

3.1 袋裝砂井的優點

袋裝砂井與普通砂井相比具有顯著的優點。

（1）袋裝砂井能適應軟土固結產生的地基變位，在受力時能與地基變形相協調，故砂井的連續性不會受到砂井錯位、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，能節省費用近半。

（3）袋裝砂井施工機具輕便簡單、效率高，一般每臺班（8 h）可打設100根左右。

（4）袋裝砂井打設時，排泥量較普通砂井要少，對土體擾動也小，施工比較便捷，對周圍影響也小。

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薄砂層時更為有效;但對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，需要注意原地基的固結狀態。如在先期固結壓力（原已壓密穩定的最大壓力）已超過設計堆載壓力值時，加載就不可能產生超靜水壓，砂井即無排水效果;如先期固結壓力值達到加載的一部分時，則堆載在該部分作用下砂井亦無排水效果。對于靈敏度高的軟土采用砂井法時，要注意其融變性，特別是采用封底鋼管沖擊法（或振動法）施工時，土體結構受機械擾動而破壞，打井后短期內反會使強度降低。

根據該高速公路的工期、投資、高等級公路的質量要求，本項目K20+030—K20+780路段擬采用“袋裝砂井+雙層土工隔柵+等載預壓+反壓護道”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（根據現場實際地質情況及監理要求加長）。

4 機具選配

4.1 主要機具選配

袋裝砂井施工選用SZJ-20型袋裝砂井機施工。

4.2 配套設備

（1）灌砂袋設備：采用的有門式機械振動灌砂袋三角架。

（2）成孔套管：所用套管應為無縫鋼管，內徑比砂袋稍大，內壁光潔。其長度、剛度要與設計的袋裝砂井相適應。當打樁架高度不夠時，套管可分節接長（可采用法蘭盤連接）。

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

5 袋裝砂井施工工藝

5.1 施工準備

按設計文件要求選購合格的砂袋。對擬采用的中、粗砂進行試驗，確保滿足規范要求。

做好材料、機械進場的道路維修、場地平整。選用SZJ20型袋裝砂井機施工。其施工工藝流程如下：

整平砂墊層→測量放線→機具定位→打入套管→裁制砂袋灌砂成孔沉入砂袋→振動拔管二次補灌扎袋口→移機施打下一根砂井。

5.2 放樣布樁

按設計圖紙設計間距、布置形式布樁。

5.3 裁制砂袋

根據設計深度9.0 m，外露長度20 cm和兩頭打結長度各30 cm，砂袋裁制長度為9.8 m。

5.4 灌砂

砂井用砂應采用風干的中粗砂。采用灌砂機灌砂、機械吊振，吊振后剩余空袋用人工二次補灌，以免出現斷樁，影響排水效果。

5.5 成孔

樁管下沉到設計深度，樁管插入地基時應嚴格控制垂直度和樁位，垂直度小于1.5%，樁位偏差應小于15 cm。

5.6 下沉砂袋

為保持排水暢通，下沉砂袋時應防止砂袋扭曲、撕破和污染。在樁管內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。樁管內壁附著淤泥應用清水沖洗，以減小對砂袋的涂抹。

5.7 振動拔管

拔管時應防止砂袋回帶，樁管要垂直起吊防止砂袋回帶或被損壞。

5.8 二次補灌

拔管后立即對樁頭空袋用人工補灌，并扎好袋口。

5.9 移機施打下一根

袋裝砂井施工完畢，經檢查符合設計后，按設計要求埋設袋頭、沉降和穩定測量元件，并將砂墊層整平、灑水沖實。

5.10 質量保證措施

（1）按設計要求和有關標準驗收材料，嚴把質量關。

（2）建立完整的質量保證體系，實行全面質量管理。

（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算值，外觀有無裂縫，縮頸或鼓包現象。砂袋灌砂后，露天堆放應有遮蓋，切忌長時間暴曬，以免砂袋老化。砂袋運輸、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量及布設井位樁。機具調整定位時要保證錘中心與地面點位在同一點上，并用經緯儀觀測，控制導向架的垂直度。

（5）為控制砂井的設計入土深度，在鋼套管上應劃出標尺。開始施打時落錘要輕緩，防止套管突然偏斜，接近標高時，控制錘擊頻率，防止超深。

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

（7）套管拔出后，砂袋按設計要求露出孔口至少

20 cm。對已施設的袋裝砂井，若砂袋不滿，應及時向袋內補砂。

（8）在施工中，對每道工序，每個工種，每個操作工人，作到質量工作“三個落實”即：

①施工前，施工管理人員必須對施工班組進行書面技術交底，每個操作人員，明確操作要點及質量要求。

②施工過程中施工管理人員必須隨時檢查指導施工，制訂工序流程圖，確定關鍵工序和特殊工序的關鍵點，進行連續監控，對比分析質量偏差，及時糾正質量問題，把質量隱患消滅在施工過程中。

③每道工序施工結束后，要及時組織質量檢查評比，進行工序交接，上道工序質量不合格，下道工序不得開始，并根據檢查結果對施工班組及操作人員進行相應獎罰，強化施工人員的質量意識。

5.11 堆載預壓

堆載預壓與袋裝砂井為軟基同步，預壓處理路段累計長750 m，堆載土方43 175 m3。預壓高度為預壓期沉降量+路面與路堤填料密度的等效厚度差，預壓處理地段路堤基底鋪設50 cm厚砂墊層，砂墊層提前14天，將監測原始記錄、沉降記錄匯總表、沉降曲線圖等相關資料以及完成預壓期的分析報告，報監理工程師批準。預壓處理的預壓期采用沉降量與預壓時間雙控，預壓期可根據沉降觀測結果在監理工程師的指示下確定是否應予以延長。

5.12 沉降觀測

軟土路基從開始填筑起直至路面施工前，必須對路基沉降與變形進行連續觀測，保證預壓期內沉降量達到設計要求。

沉降觀測點按設計要求布設，路基填筑施工期每填筑一層觀測一次，路堤填高超過極限高度之后，每天需觀測一次，因故停止施工，每三天觀測一次，若兩次填筑時間間隔較長，每三天觀測一次;路基預壓期第一個月每三天觀測一次，第二至第三個月每七天觀測一次，第四個月起每半個月觀測一次。

5.13 卸載

通過以上所述袋裝砂井處理方式，該路段在進行卸載前得到以下數據：累計沉降量達到83.6%;沉降速度為0.3 mm/d;理論計算地基的總固結度達到了85%;累計堆載時間為195天。該段軟基處理達到了預期的效果，且經濟上、工期上、質量上都滿足了施工要求，取得較好的效果。

6 結束語

在科學技術日異發展的今天，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法的施工工藝還不夠完善，施工中存在質量控制難等一系列問題，所以袋裝砂井在公路建設中被認為是一種軟土路基加固的好方法。而且被廣泛應用在加固軟土路基中。施工中若能嚴格按照施工工藝與質量控制要求合理施工，選用較為適宜的打樁設備，砂井施工效果就更好，經濟效益也就更高，也易保證較好的施工質量。

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