高速公路軟基施工中袋裝砂井法的應用

溫仁斌

（保利長大工程有限公司，廣州 511431）

1 引言

軟土地基的強度非常低、壓縮變形比較大[1]，觸變性非常顯著， 在軟土地基上修筑高速公路， 如不提前對地基進行處理，有很大可能性會導致路基出現失穩、不均勻沉降現象[2]，對高速公路的運營造成較大影響。 所以，應該結合項目的實際情況選擇具備可行性、 經濟性的地基加固方法， 提高地基承載力，保證高速公路的施工質量。

2 工程概況

此次研究以廣東省汕湛高速公路作為研究案例， 研究路段的起止點為：湛江調順島大橋—6325 國道。該路段的總長度設計為26.842 km，行車速度為120 km/h，設計為雙向四車道形式，沿線的路基寬度為26.5 m。 其中，連接線路段的長度為3.615 km，行車速度設計為80 km/h，設計為雙向六車道，該部分的路基寬度為32 m。

3 施工方案

建設沿線的軟土地基主要分布在鑒江沖級平原、 塘綴積平原等區域，軟土地基主要由淤泥土、淤泥、淤泥質細砂構成，軟土地基段的長度總計為8 km， 該部分的長度占施工總長度的26%。 結合實際情況而言，軟土地基分布較為分散，且規模比較大，施工現場附近滿足回填條件的原材料匱乏，實際施工存在一定的難度。 在設計階段，施工項目部委派專人對軟土地基進行勘察，根據勘察結果對軟土地基處理的質量、處理成本及時間進行了分析，并與設計人員積極交流，對施工方案進行優化設計，確定如下處理方案：軟土地基比較深，在K10+763 m部位存在1 座既有橋梁， 可使用袋裝砂井法對軟土地基進行處理。

4 袋裝砂井施工

1）基本原理：施工人員將砂料裝在透水性良好的砂袋內，使用專用設備將砂袋擊入軟土地基中，打造垂直排水通道。 利用砂墊層形成一個水平方向的排水通道，從而形成垂直、水平兩個方向的排水通道。 通過外部施加壓力促使土體內的水流速度加快，進而達到排水固結的目的。

2）處理工具及材料：砂、耐腐蝕的麻袋、打樁機、預壓設備等。

3）布設方式：砂袋井的直徑控制在7～12 cm，按照等邊三角形進行布設，砂袋井之間的間距控制在1～1.5 m。 砂袋井頂部的墊層厚度控制在0.5～1 m。

4）施工工期：打樁作業比較快，預壓作業大概需要6～12個月。

5）施工特點：施工工藝操作簡單，施工方法發展成熟，在經過簡單的處理以后，沉降能夠得到良好的控制。 但是施工時間較長，且需要在施工現場堆載大規模土方，實際施工過程中應進行嚴密監測，避免地下水水位超過警戒值。

4.1 機具設備

主要施工機具為振動打樁機，可使用履帶式打樁機[3]、軌道式打樁機等。

4.2 材料

1）袋子材料：使用聚丙烯或其他聚合物編織布加工而成的袋子，袋子應具備良好的抗老化性能，袋子的抗拉強度應能抵抗砂料的質量。 袋子裝砂以后，其自身的滲透系數≥砂的滲透系數。 砂料可選擇使用滲水率偏大的中砂或粗砂，砂料中粒徑＞0.5mm 的砂含量≥其總質量的50%， 砂料的含泥量不得超過3%，砂料的滲透系數至少要達到5×10-3cm/s。

2）樁身材料：砂料可選擇使用滲水率偏大的中砂或粗砂，砂料的含泥量不得超過3%，砂料的細度模數不得低于2.7，滲透率應大于0.005 cm/s。砂料需保證干燥，灌砂率應超過95%。

4.3 施工工藝

待清表作業完成以后， 施工人員立即清理并進行平整作業，保證路基的平整度達標，同時路拱度達到2%。使用自卸汽車將中粗砂運輸至施工現場，回填厚度設計為5 cm，使用壓路機碾壓，碾壓作業應分層進行，碾壓遍數保持在3～4 遍即可。砂墊層施工時，不得出現淤泥、灰塵污染現象，如砂料被污染，應進行返工。

結合設計圖紙提供的邊線坐標、導線點進行測量放樣，測量放樣使用全站儀完成，放樣的間距設置為30 m。

1）機具定位：結合裝砂井的施工范圍及布設間距，使用竹板確定出每一個砂井的具體位置，保證位置定位的精準性，然后將套管拔出。 定位過程中，應保證樁位的中心與地面定位保持一致，然后使用經緯儀對樁錘導向架的垂直度進行檢查。 打樁機的下側設置支墊件，以保證打樁過程中樁機的穩定性。

2）裁制砂袋：通過試作業確定出合理的打樁深度，在計算打樁深度時，兼顧外露部位的長度與兩端的打結長度，砂袋的長度應超過砂井長度2 m， 在砂袋的下側預先堆放20～30 cm厚度的砂料作為壓重物。

3）灌砂：使用灌砂架與定制漏斗向砂袋內灌砂，灌砂架使用φ100 mm～φ150 mm 鋼管加工制作而成， 灌砂架的高度應超過砂井長度值50%與漏斗的高度的總和。 漏斗使用鋼材加工而成，漏斗的容量應大于2 個φ4 mm 砂袋灌的容量，使用0.5 t 卷揚機緩慢提升漏斗，砂袋嚴禁直接露天堆放，使用篷布作覆蓋處理，不得長時間在太陽光下暴曬，避免砂袋老化。

4）安裝套管與樁尖：套管的頂部設置吊鉤或吊環，施工人員在套管外表面標記標高刻度線。 如需要對套管進行接長處理，應保證接長部位的密封性。

5）套管打入：待套管被吊起且定位完成后，開始進行捶打施工。 試打套管過程中，應保證落錘輕緩，避免套管因錘擊力過大而出現傾斜現象。 套管深入土體大概2 m 上下時，施工人員應減緩錘擊的頻率，避免出現超深現象。 成樁的垂直度不得超過1.5%。 成樁位置的偏差應控制在15 cm 以內。

6）下砂袋：使用專用工具運輸砂袋，嚴禁施工人員直接在地面拖拽砂袋，保證砂袋不出現扭結、斷裂、破損現象。 落放砂袋過程中，應在套管口部位安裝滑槽，然后將砂袋緩慢放置在套管中。

7）振動拔管：當砂袋全部落放完成以后，緩慢拔出套管，拔管速度不宜過快，且拔管過程中不得放松吊繩。

5 施工質量控制

因袋裝砂井的施工質量比較高， 且土體排水固結速度比較快，地基沉降的時間比較短，建設沿線施工完成以后，地基沉降已基本穩定，每個月的平均沉降量大概保持在0.1 mm 左右。經過后期的觀測結果來看，兩年間的總沉降量保持在30 mm以內。

施工現場組織建設單位、監理單位、設計單位、地方質監站對施工質量進行全面檢查， 嚴格按照現行管理規范隨機抽取2%的砂井進行檢查，檢查的內容包括深度、間距、直徑、垂直度等。 經檢查以后發現，砂井的間距偏差最大為+14.8 cm，規范要求控制在±15 cm 以內； 砂井的垂直度偏差未超過1.5%，灌砂率偏差未超過5%，由此可以確定成井質量符合設計及規范要求。

（1）砂井的灌砂率偏差不得超過5%。 （2）裝有砂料的砂袋不得直接水平放置在地面，需將其吊起，砂袋嚴禁直接露天堆放，需使用篷布作覆蓋處理，不得長時間在太陽光下暴曬，避免砂袋老化。 （3）在對砂井進行施工時，保證導軌處于垂直狀態，套管不得出現彎曲、變形現象。 使用經緯儀對成樁的垂直度進行監測。（4）在套管上標記出標高刻度尺，嚴格把控砂井入土深度。 （5）砂袋以垂直狀態吊放在井內，砂袋不得出現扭結、磨損現象。 （6）拔管作業時，保證套管始終處于垂直狀態，避免套管損壞砂袋。 （7）砂袋露出孔口以上的長度應能夠深入墊層以內30 cm，且不得處于臥倒狀態。 砂袋施工質量偏差見表1。

表1 袋裝砂井施工允許偏差

6 軟土地基沉降觀測

6.1 觀測方法及要求

待軟土地基加固處理完成后，將觀測點作掩埋處理。 路堤應分層進行回填，并分層碾壓，保持勻速加載，每回填一層，施工人員觀測一次。 如若2 次回填土方的時間間隔＞3 d 時，應按照1次/3 d的標準進行觀測，保證其滿足設計圖紙的要求，超載預壓時，對加載速度進行嚴格控制，一旦發現地表沉降＞20 mm/d 或水平位移＞6 mm/d 時，施工人員不得繼續加載，待其穩定以后繼續加載。 連續7 d 地基沉降量＜0.2～0.5 mm/d時，可以結束預壓施工；正常情況下，超載預壓的時間不宜小于6 個月。

6.2 位移觀測邊樁的埋設與觀測

1）以該項目的實際情況而言，對邊樁的位移進行觀測時，可以按照1 處/100m 的標準進行設置，路堤兩側及邊緣部位，每個斷面至少設置6 個觀測樁， 相同斷面上的邊樁應處于同一條軸線上。

2）觀測樁采用的是混凝土預制樁，觀測樁的尺寸設計為15 cm×15 cm×150 cm，觀測樁的強度≥25 MPa，觀測樁的埋設深度≥140 cm，觀測樁上部長度≥50 cm。

3）可使用單三角交匯法進行觀測，選擇使用全站儀作為觀測設備，觀測的精準度要求：測距合理偏差±3 mm，測角合理偏差±2″。

6.3 地表沉降觀測

1）在原地面埋設沉降板，使用沉降板對底板沉降進行觀測；沉降板應埋設在該路的中心部位，每一個斷面埋設5 個觀測點；沉降板使用鐵板加工制作而成，尺寸設計為50 cm×50 cm×3 cm；觀測桿使用鍍鋅管焊接，觀測桿的直徑與長度分別為4 cm、50 cm，采用焊接方式將觀測桿加固在觀測板上。

2）觀測儀器的精準度不得低于DS3 型水準儀，以二等水準測量對觀測儀器進行控制，讀數精度≥1 mm。

6.4 觀測結果

地基加固處理完成以后， 將兩個不同路段的超載預壓后的沉降數據進行對比分析，繪制出圖1。 對圖1 中的信息進行分析以后得出，地基沉降會隨著時間不斷延長而逐漸收斂，反映出該部分的軟土地基已經處于穩定狀態。

圖1 沉降曲線圖

7 結語

綜上所述，袋裝砂井能夠對深度較大的軟土地基進行加固處理，不會出現常規性砂井經常出現的縮徑現象，這種加固基礎對地層要求比較低，布井非常靈活，具備良好的經濟性與技術可行性。實際施工過程中不會對周圍的環境造成污染，不會對軟土地基造成較大的擾動，也不會對附近的建筑物、構筑物造成影響。 我國的沿海地區存在深厚的淤泥，淤泥中的含水量非常高，且淤泥自身的壓縮性比較大。 在經過實踐論證以后得出，袋裝砂井加固方法具備良好的應用效果， 可以有效提高軟土地基的承載力，加快軟土地基排水固結的速度，降低地基沉降量。