袋裝砂井堆載預(yù)壓法在軟土路基處理中的應(yīng)用

王海波

摘要：軟土在我國分布較為廣泛，軟土路基會給公路帶來不同程度的危害，引起了工程技術(shù)人員的高度重視。文章重點介紹了袋裝砂井堆載預(yù)壓法的原理、施工工藝、施工要點以及施工監(jiān)測，探討了軟土路基的有效處理方法。

關(guān)鍵詞：軟土路基；袋裝砂井堆載預(yù)壓法；地基處理；施工監(jiān)測

中圖分類號：U213

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)14-0143-02

公路工程路基中常見的軟土，一般是指處于軟塑或流塑的粘性土，因沉積年代和成分不同，軟土的類型十分復(fù)雜，多分布于海濱、湖濱、河流沿岸等地勢比較低洼的地帶，地表終年潮濕或積水，多數(shù)含有一定的有機物質(zhì)，其含水量大、強度低、沉降量大、壓縮性高、固結(jié)變形持續(xù)時間長，并具有蠕變性、觸變性等特殊的工程地質(zhì)特性，如處理不當，會給公路施工和使用造成很大影響。選用軟土作為路基，必須根據(jù)軟土的不同特征，分布情況和地理環(huán)境等因素，采取切實可行的技術(shù)措施加以處理。近年來，國內(nèi)外工程實踐已積累了大量的處理方法，諸如：輕型填方處理法，加固填方處理法，土工織物處理軟土地基法。深層拌處理法，凍結(jié)法和注入化學(xué)藥劑法，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理軟土地基。其中，排水固結(jié)法是軟土路基處治的有效和常用方法，袋裝沙井堆載預(yù)壓法屬于排水固結(jié)法中的一種，適用于透水性低的軟弱粘性土處理。本文參考青島市濱海大道工程路基處理經(jīng)驗，詳細介紹袋裝砂井堆載預(yù)壓技術(shù)在公路路基處理中的應(yīng)用及其施工要點。

一、工程概況

青島市濱海大道北段工程起點為即墨市田橫島，終點為青島市香港東路，起點樁號為K0+000，終點樁號為K63+750，全長63.75km。

該工程處于海積平原區(qū)，地勢平坦，部分已辟為農(nóng)田，沿線多為魚塘、蝦池，地下水位較高，軟土埋深較淺，K45+240～K48+800段為水網(wǎng)交錯地，軟土連續(xù)，厚度為5～8m不等，路基填高3～9m，厚度變化大，常形成淤泥或淤泥質(zhì)粘土夾砂，呈流塑狀，含水量高，強度低，富含有機質(zhì)。根據(jù)土質(zhì)勘探及土樣試驗結(jié)果表明，該段軟土含水量高，孔隙比大，塑性高，強度低，壓縮性大，靈敏度高，平均滲透系數(shù)為2.91×10^-6cm²/s，徑向固結(jié)系數(shù)C_r=3.21×10^-3cm²/s，具有觸變性，流變性顯著。根據(jù)該路段的地質(zhì)力學(xué)特征，參考近年來公路工程中軟土路基處理取得的成功經(jīng)驗，該工程采用袋裝砂井結(jié)合砂墊層、填土預(yù)壓的地基處理方案。

二、袋裝砂井堆載預(yù)壓法原理

袋裝砂井堆載預(yù)壓法是排水固結(jié)法處理路基的一種方法，其原理為在軟土地基中打人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，空隙中的水慢慢被排出，空隙體積慢慢地減少，產(chǎn)生的附加應(yīng)力使土顆粒間的孔隙水通過插在軟土層中的砂井排出地層外面，以達到土體密實，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，增加土體密實度，在較短時間內(nèi)達到較高的固結(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。堆載是排水固結(jié)法的加壓系統(tǒng)，它使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié)。

三、袋裝砂井原材料要求

本工程砂井采用中砂或粗砂，含泥量不超過3％，滲透系數(shù)K≥5×10^-5cm／s，細度模數(shù)大于2.7，不均勻系數(shù)η=2.5～7.9。砂墊層用砂粒徑比砂井略粗，控制天然密度為1500～1600kg／m³，含泥量不超過5％，密實度為93％～97％。

砂袋材料應(yīng)有足夠的抗拉強度，使能承受袋內(nèi)砂自重及彎曲所產(chǎn)生的拉力，要有一定的抗老化性能和耐環(huán)境水腐蝕的性能，砂袋應(yīng)具有良好的透水性。本處理方案采用的砂袋材料為聚丙烯編織袋。滲透系數(shù)不小于5×10^-3m／s，抗拉強度不低于150N／cm，延伸率小于25％。

土工格柵采用單向拉伸聚乙烯土工格柵，設(shè)計抗拉強度不小于30kN／m，對應(yīng)延伸率不大于10％。

四、施工工藝

(一)整平原地面

清除表面雜草，平整地面。若原地面為漁塘，應(yīng)抽干塘水，清除表層淤泥50～100cm,然后換填砂。若原地面為稻田、麥田或荒地，應(yīng)在路基兩側(cè)開溝排干地表水，并清除表層雜草、淤泥等雜物。

(二)攤鋪下層砂墊層

表層清淤符合要求后，鋪設(shè)竹排車道，人力手推車排裝鋪砂，在整平的地面或經(jīng)換填砂后的漁塘上攤鋪50cm厚的砂墊層，并用壓路機穩(wěn)壓密實。砂墊層應(yīng)延伸出坡腳外1m，確保排水暢通。

(三)袋裝砂井的間距及布置形式、處理深度

排水體采用袋裝砂井，間距為1.0～1.5m，按等邊三角形布置，砂井直徑7cm。袋裝砂井處治軟土的深度為不小于軟土(淤泥及淤泥質(zhì)亞粘土)厚度，處理深度一般為3～9m。

按照砂井平面位置圖將打樁機具定位在砂井位置。打入套管，套管打入長度=砂井長度+50cm砂墊層。砂袋灌入砂后，露天放置應(yīng)有遮蓋，忌長時間曝曬，以免砂袋老化。砂井可用錘擊法或振動法施工，導(dǎo)管應(yīng)垂直，鋼套管不得彎曲，沉樁時用經(jīng)緯儀或重錘控制垂直度。

(四)土工格柵、土工布鋪設(shè)

砂井施工完成后，平整好原砂墊層。將土工格柵平整地鋪設(shè)在砂墊層上，最大拉力方向應(yīng)順橫斷面方向鋪設(shè)，接頭處采用鉛絲綁扎。在土工格柵上鋪20cm砂墊層，伸出的砂袋應(yīng)豎直埋設(shè)在砂墊層內(nèi)，不得臥倒。土工布兩端施以不小于5 kN／m的預(yù)拉力，在路基兩側(cè)挖溝錨固。土工布之間采用縫接，縫接長度為20cm。

(五)路基填筑

袋裝砂井施工完成后必須施加預(yù)壓荷載進行預(yù)壓，填土預(yù)壓期不得少于設(shè)計要求，并不小于6個月。預(yù)壓可以按設(shè)計要求采用堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓或真空堆載聯(lián)合預(yù)壓。預(yù)壓荷載應(yīng)分級施加以適應(yīng)地基強度的增長。在路基填筑前，應(yīng)先取一定長度的路基安排做試驗段，根據(jù)試驗工程取得的有關(guān)資料，應(yīng)用其成果，吸取其經(jīng)驗，以指導(dǎo)路基填筑的施工。路堤填筑過程中，每層填筑厚度不超過30cm。嚴格控制填筑速度并加強監(jiān)測，防止施工過程中造成路基失穩(wěn)。路堤填筑速度控制標準為：路基中心沉降量≤1.0cm／d，坡腳水平位移≤05cm／d，路堤在填筑過程中，當沉降速率或側(cè)向位移速率偏大，有可能導(dǎo)致路堤失穩(wěn)時，應(yīng)立即停止加載；當停止加載后，每天仍需進行觀測，并且當連續(xù)觀測3d的沉降與位移在控制值之內(nèi)時，才能繼續(xù)加載。

五、施工要點

袋裝砂井堆載預(yù)壓法施工中，應(yīng)注意以下幾個問題：

1.定位要準確，砂井垂直度要好，這樣就可保排水距離和理論計算一致。

2.砂料含泥量要小，這對小斷面的砂井尤為重要，因為直徑小，長細比大的砂井井阻效應(yīng)較為顯著，一般含泥量要求小于3％。

3.袋中砂宜用風(fēng)干砂，不宜用潮濕砂，以免內(nèi)砂干燥后，體積減小，造成袋裝砂井縮短與排水墊層不搭接等質(zhì)量事故。

4.聚丙烯編織袋在施工時應(yīng)避免太陽光長時間直接照射。

5.砂袋入口處的導(dǎo)管口應(yīng)裝設(shè)滾輪，避免刮破砂袋而漏砂。

6.施工中要經(jīng)常檢查樁尖與導(dǎo)管口的密封情況，避免導(dǎo)管內(nèi)進泥太多，影響加固深度。

7.確定袋裝砂井施工長度時，應(yīng)考慮袋內(nèi)砂體積減少，袋裝砂井在孔內(nèi)的彎曲、超深以及伸入水平排水墊層內(nèi)的長度等因素，避免砂井全部沉入孔內(nèi)，造成與砂墊層不連接。

8.路堤填筑全過程中，應(yīng)嚴格控制填土速率，避免造成路基失穩(wěn)，路堤填筑速率控制標準為：路基中心沉降量不大于1.0cm／d，坡腳水平位移不大于5cm／d。路堤在填筑過程中，當沉降速率或側(cè)向位移速率偏大，有可能導(dǎo)致路堤失穩(wěn)時，應(yīng)立即停止加載；當停止加載后，每天仍需進行觀測，并且當連續(xù)觀測3d的沉降與位移在控制值之內(nèi)時，才能繼續(xù)加載。

六、施工監(jiān)測

(一)監(jiān)測方法

為確保施工過程中路基的穩(wěn)定性，必須采取嚴密而完善的監(jiān)測措施對施工過程進行全程監(jiān)測。該工程采用孔壓、側(cè)向位移、沉降三項指標對路基進行綜合監(jiān)測。監(jiān)測斷面包括普通路段監(jiān)測斷面和橋頭路段監(jiān)測斷面。普通路段監(jiān)測斷面每隔50～100m設(shè)置1個，每個斷面設(shè)置表面沉降板3塊，分別埋設(shè)于路堤中心及兩側(cè)路肩處，沉降板在軟基處理施工完成后埋設(shè)，測斜管2個，分別埋設(shè)于路堤兩側(cè)坡腳處，孔隙水壓儀6個，埋設(shè)于路堤中心。對于橋頭路段監(jiān)測斷面，主要進行變形和應(yīng)力監(jiān)測，每個斷面監(jiān)測儀器包括5塊沉降板、2個測斜管、1個孔隙水壓力計、1個分層沉降標、1個土壓力盒。重點斷面可由業(yè)主委托專業(yè)單位進行觀測。堆載過程中檢測頻率如下：(1)加載期間：沉降板1次，天，孔壓儀2次／天，測斜1次，天，土壓力盒1次厭，分層沉降1次／2天；(2)加載后7天內(nèi)：沉降板1次／2天，孔壓儀1次，天，測斜1次／3天，土壓力盒1次／2天，分層沉降1次，3天；(3)加載后7～15天：沉降板1次／3天，孔壓儀1次／2天，測斜1次／7天，土壓力盒1次／3天，分層沉降1次／7天；(4)加載后15～60天：沉降板1次／7天，孔壓儀1次／4天，測斜1次／15天，土壓力盒1次／7天，分層沉降1次／15天。

(二)監(jiān)測標準

監(jiān)測標準采用孔壓、側(cè)向位移、沉降三項指標綜合控制。

1.加載期間穩(wěn)定控制標準為：單級孔壓系數(shù)小于0.6；綜合孔壓系數(shù)小于0.4；沉降速率不大于15mm／天；側(cè)向位移不大于5mm／天。

2.每一級加載完成后進行下一級加載控制標準為：單級孔壓系數(shù)小于0.4；沉降速率小于6～8mm／天。

3.加載間歇期為5～15天。

4.橋頭及結(jié)構(gòu)物路段。路基中心表面沉降速率不大于3cm／月時可進行反開挖施工，一般路基中心表面沉降速率不大于0.5cm／月時可卸載。

5.監(jiān)控程序：儀器埋設(shè)、初始讀數(shù)、路基填筑、監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、達到設(shè)計標高、結(jié)束填筑、進行預(yù)壓監(jiān)測。

設(shè)計要求不得大于10mm／天，當沉降速率超過10mm／天時，必須停止加載，直到沉降速率滿足要求時，方可加載。設(shè)計預(yù)壓期為不小于6個月，同時滿足連續(xù)2個月的觀測沉降速率小于5mm／月時，可判斷路基沉降穩(wěn)定，根據(jù)觀測結(jié)果來指導(dǎo)全線的施工。

七、結(jié)語

通過該工租施工實際情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)，表明袋裝砂井堆載預(yù)壓法處理軟土路基設(shè)計方案是合理的，施工工藝是可行的，達到了路堤安全、快速填筑的目的。袋裝砂井堆載預(yù)壓法處理軟土路基的深度可達20m左右，造價便宜，工藝成熟，施工簡單。缺點是只能適用于透水性低的軟弱粘性土處理，不適用于泥炭土等有機質(zhì)沉積物，預(yù)壓時間較長，工期長。但隨著該技術(shù)的不斷運用與改進，其優(yōu)越性必將日益凸顯，并被廣泛應(yīng)用于工程實踐。