袋裝砂井在市政道路軟基處理中的應用探討

陳銘能

（佛山市市政建設(shè)工程有限公司，廣東 佛山 528000）

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，工程技術(shù)人員開發(fā)并應用在處理軟土路基時的新技術(shù)和新方法越來越多。但是各種新技術(shù)及新方法都必須要經(jīng)歷一個驗證過程，從而導致諸如施工工藝不夠完善、質(zhì)量難于控制等問題暫時無法解決。由于袋裝砂井具有改善普通砂井在處理軟土地基時的弊端、施工簡單和能夠加快地基的固結(jié)等特點廣泛應用于處理軟土路基上。

1 袋裝砂井的作用機理

在軟土地基上填土時，軟土地基在荷載的作用下失去了原有的平衡，飽和軟黏土隨著孔隙水壓力的消散，地基就會產(chǎn)生排水固結(jié)、孔隙比減小，從而抗剪強度得到相應的提高。因此，通常在預壓時先在地基中設(shè)置砂井之類的排水體，將土內(nèi)的水分排除，盡快提高地基強度。

1.1 軟土的定義及其物理力學指標

軟土是指近代水下沉積的飽和黏性土，具有含水量大、滲透性弱、天然強度低、壓縮性高等特性。其物理力學指標為：天然含水量：wn≥wl；天然孔隙比：e0＞1.0；壓縮模量：Es＜4 000 kPa；滲透系數(shù)：k＜1×10－6cm/s；不排水抗剪強度：Cu＜30 kPa。

1.2 袋裝砂井的作用

根椐固結(jié)理論，軟黏土固結(jié)所需時間的長短與其相對排水距離的平方成正比。為了加速地基的固結(jié)，最有效的方法就是增加土層的排水途徑。袋裝砂井就是為此目的而設(shè)置的。

2 工程概況

佛山市季華西延道路工程在 K0＋130～K1＋800樁號段，軟基處理采用袋裝砂井＋砂墊層＋土工格柵＋吹填砂預壓的方式，該段特殊路基設(shè)計平均處理深度為8.0 m，經(jīng)勘測主要地質(zhì)條件為亞黏土0.6～1 m，含水量35%～40%，孔隙比1～1.2，壓縮模量4.0～5.0 MPa；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土7～9 m，含水量58%～60%，孔隙比1.7～1.9，壓縮模量5.0～7.0 MPa，標貫擊數(shù)3～5擊，該層較松散，夾淤泥質(zhì)亞黏土夾層；淤泥質(zhì)亞黏土7～17.5 m，含水量42%～55%，孔隙比1.3～1.4，壓縮模量3.0～5.0 MPa，標貫擊數(shù)1～3擊；中粗砂層在17.5 m以下。袋裝砂井采用正三角形均布，直徑70 mm，間距為1.3 m。砂礫墊層厚為50 cm。

3 沉降和穩(wěn)定計算

3.1 沉降計算

總沉降包括瞬時沉降Sd、固結(jié)沉降Sc和次固結(jié)沉降Ss三部分。本段軟土為單一軟土層，因此其主固結(jié)沉降量可由公式計算：

Sc＝［（e0－ei）/（1＋e0）］H

式中，e0：軟土壓實前孔隙比；

ei：固結(jié)后空隙比，由e—logp曲線求得；

H：軟基壓實層層厚。

由于本段軟土地基的下臥層為黏土，故軟土層的固結(jié)排水屬于單面排水情況。

由上式計算得Sc＝59 cm，Sd＝8 cm，沉降量S＝Sc＋Sd＝67 cm。

徑向平均固結(jié)度可根據(jù)公式：

式中，Ur：徑向排水固結(jié)度；

Th：徑向排水固結(jié)度的時間因素。

其值為：Th＝（Ch/d2e）×tCh為水平向固結(jié)系數(shù)，n為井徑比；de為每一個砂井有效影響范圍的直徑，dw為砂井直徑。

利用Ur和Th的關(guān)系曲線圖計算出固結(jié)度達到80%時所需的時間為290 d。

工后剩余沉降量由公式：

△S＝S－St＝（1－U）S 計算，△S＝S－St＝（1－U）S＝22 cm。

3.2 穩(wěn)定計算

利用條分法對打砂井前后的路基滑動面進行穩(wěn)定驗算，比較其安全系數(shù)。路基滑動破壞安全系數(shù)由下式計算：

經(jīng)計算，打砂井前后路基滑動破壞最小安全系數(shù)分別為1.38和1.06，說明打砂井后路基是穩(wěn)定的。

4 袋裝砂井施工

4.1 機具設(shè)備

機具為導管式振動打樁機，在行進方式上普遍采用的有軌道門架式、履帶臂架式、吊機導架式等。灌砂采用自制的灌砂架。

4.2 材料

袋裝砂井的砂袋選用聚丙烯或其他適用的編織料制成，抗拉強度應能保證承受砂袋自重，裝砂后砂袋的滲透系數(shù)應不小于砂的滲透系數(shù)。砂袋中的砂采用滲水率較高的中、粗砂，大于0.5 mm的砂的含量宜占總重的50%以上，含泥量小大于3%，滲透系數(shù)不應小于5×10－3cm/s。

4.3 施工工藝

在完成清表后，清理平整路基，使之具有合格的平整度和路拱度 2%。用自卸汽車將質(zhì)量合格的中粗砂運至施工試驗路段，并按設(shè)計厚度50 cm，用壓路機或推土機穩(wěn)壓3～4遍分層整平、壓實。砂墊層施工過程中，嚴防塵土、泥土和雜物污染，對受到污染的部分必須返工或更換。砂墊層的高程、厚度、干密度、平整度、滲透系數(shù)也應必須符合設(shè)計要求。

根據(jù)設(shè)計圖紙的邊線坐標、閉合導線點進行放樣，采用全站儀，每30 m定出袋裝砂井大樣，以后用鋼尺打袋裝砂井的每根樁位。

（1）機具定位：根據(jù)袋裝砂井布置范圍及間距，現(xiàn)場采用小木樁或竹板樁準確定出每個砂井的位置，在套管入土時再將其拔掉。定位時要確保樁錘中心與地面定位在同一個點上，并用經(jīng)緯儀或其他觀測辦法控制樁錘導向架的垂直度。打樁機底支墊物要平穩(wěn)牢固。

（2）裁制砂袋：根據(jù)試打后確定的深度，考慮外露長度和兩頭打結(jié)長度，準備一個比砂井設(shè)計長度還要長2 m左右的砂袋，下端放入20～30 cm左右的砂子作為壓重。

（3）灌砂：砂袋內(nèi)的砂采用自制的灌砂架（簡易單柱門架）配合裝砂漏斗靠其自重灌入，灌砂架采用Φ100～Φ150鋼管制成，其凈高度應大于設(shè)計砂袋砂井長度的一半加裝砂漏斗高。漏斗采用鋼制，確保其容量不小于2個Φ4個砂袋灌砂量，漏斗采用0.5 t卷揚機提升，漏斗底設(shè)4個Φ55漏口與砂袋口（Φ 70）連接綁扎牢固，砂袋露天堆放應有遮蓋，切忌長時間暴曬，以免砂袋老化。

（4）安裝套管與樁尖：套管頂端要有便于起吊的吊鉤或吊環(huán)，并在套管上劃出控制標高的刻度線。如套管接長時，在打設(shè)前要試接，要求連接處平順密封。活瓣式樁尖固定在套管上作為一個整體，套管的定位是利用樁機上的起吊設(shè)備使其吊起，上端送入樁帽中，下端扶住，準確安插在定位點上。

（5）套管打入：當套管吊起定位后可開錘施打，開始時落錘要輕緩，防止套管突然偏斜。套管入土深度距設(shè)計深度約2 m時，控制錘擊頻率，防止超深，垂直度小于1.5%，樁位偏差小于15 cm。

（6）下砂袋：砂袋運輸要用專門的運送工具，嚴禁在地上拖拉。并防止砂袋發(fā)生扭結(jié)、縮頸、斷裂和磨損。下砂袋時，在套管口設(shè)置滾輪或滑槽，將砂袋緩慢順直地放入套管中。

（7）振動拔管：砂袋到位后起拔套管，起拔時連續(xù)緩慢進行，中途不得放松吊繩，防止砂袋回帶及因套管下墜而損壞砂袋。砂袋留出孔口長度保證伸入砂墊層30 cm，并不臥倒。

5 袋裝砂井質(zhì)量檢驗及效果

袋裝砂井施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到軟基處理的效果，因此，除施工部門要嚴格遵照施工工藝和施工質(zhì)量控制的要求操作外，還要不定時的進行抽查。井徑和井長施工完成后檢測相對比較困難，常用的方法有挖驗法、拔樁法、工程鉆探法和沖水拔袋法等。幾種檢查方法各有優(yōu)缺點，在進行現(xiàn)場實際比對后決定采用沖水拔袋法，此種方法檢驗精度可靠，消除了斷井現(xiàn)象。沖水拔袋法的工作原理是用高壓水沖袋裝砂井內(nèi)的砂，砂在高壓水作用下，泛出地面造成空井，減小土對砂井的握裹力，然后拔出砂袋測定井深，以此來檢測施工質(zhì)量。

6 結(jié)束語

綜上所述，袋裝砂井在公路建設(shè)中被認為是一種軟土路基加固的好方法，對于普通砂井，有用砂量少、施工方便、快捷，防止砂井在施工過程中被擠斷和扭曲、質(zhì)量易控制的優(yōu)點，且可以增大地基的抗剪強度。

1 鄧雅峰.袋裝砂井在路基軟基加固處理中的應用［J］.科學之友（下旬），2011（02）