袋裝砂井法處治軟弱地基技術(shù)介紹

龍治國

(新疆吐魯番公路管理局托克遜分局)

袋裝砂井法處治軟弱地基技術(shù)介紹

龍治國

(新疆吐魯番公路管理局托克遜分局)

摘 要:介紹了一種目前在工程實施中較為新型的工藝——袋裝砂井處治技術(shù)，對該工藝的設(shè)計、施工做出詳實的闡述。

關(guān)鍵詞:軟弱地基;袋裝砂井法;固結(jié)度;孔隙水;砂井

0 引言

自20世紀80年代以來，改革開放促使了我國的高速公路建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，截至2006年底，我國的高速公路通車里程已達4.54萬km。與此同時，在高速公路的建設(shè)過程中遇到需要進行加固的不良地基也越來越多，尤其是軟土地基處治也是廣大公路建設(shè)從業(yè)者所面臨的共同問題。軟土在我國沿海地區(qū)和內(nèi)陸平原或山間盆地都有比較廣泛的分布，它們的成因、結(jié)構(gòu)和形態(tài)雖然不同，但都具有含水量大、壓縮性高、強度低和透水性差的特點。

1 應用袋裝砂井法的原則

袋裝砂井在處理公路軟弱地基時主要起以下作用。

(1)排水固結(jié)作用。在軟土地基中設(shè)置袋裝砂井這個排水“通道”，改變了原有地基的邊界條件，增加了孔隙水的排除途徑，在逐級填筑路堤荷載作用下，使得軟基中的水分能夠快速排出，從而縮短固結(jié)時間、加快軟土固結(jié)速率，使土體強度增長，地基承載力提高。由于砂井的間距遠小于被加固軟土層的厚度，因此土體中的孔隙水主要是從水平向集中到砂井中排出的，豎向排水只是少量的。

(2)承重作用。影響加固作用的主要原因是砂井的間距而不是直徑。在同一井徑的情況下，砂井間距減小1/2，固結(jié)時間約縮短3倍;在同一間距的條件下，井徑增大1倍，固結(jié)時間約只減少1/3，因此縮短間距比增加井徑對加速固結(jié)的效果更好，所以應采用“細而密”的原則。

(3)加筋和抗滑作用。由于裝砂的砂袋通常由化纖紡織物制成，它具有較大的拉伸強度，工程在施工加荷時豎向砂袋正好處在與土體滑動帶相交位置，所以起到了豎向加筋和抗滑作用，對土體的穩(wěn)定較為有利。

袋裝砂井法主要適用于軟土厚度大、路堤穩(wěn)定、填土高的軟土路基，如軟粘土、淤泥和淤泥質(zhì)土地基。如果天然土層的水平排水性比垂直方向的大，或軟土中有薄層粉細砂夾層時，效果會更好。不適用于次固結(jié)量占很大比例的土類，如泥炭、有機質(zhì)粘土和高塑性粘土。

2 設(shè)計

袋裝砂井法的主要設(shè)計指標有井徑、井間距和井長。設(shè)計時要根據(jù)勘察調(diào)查的實驗數(shù)據(jù)，考慮到工期、容許工后沉降、路堤高度、施工條件等因素，并通過固結(jié)理論計算來確定袋裝砂井的直徑、間距和長度。在預壓期內(nèi)要求完成的固結(jié)度大小，則根據(jù)路基剩余沉降以及不均勻沉降可能造成道路基面層結(jié)構(gòu)破壞這一因素來考慮，一般取固結(jié)度U=80%～95%。

2.1 直徑和間距

由于縮小砂井間距比增大砂井直徑使得加固效果更為明顯，因此設(shè)計時采用“細而密”的方案比用“粗而疏”的方案好。袋裝砂井的布置形式一般有等邊三角形(即梅花形)和正方形兩種，設(shè)袋裝砂井的設(shè)置間距為L，其影響圓的直徑。

當為等邊三角形排列時

2.2 砂井長度

砂井的長度主要取決于軟土層排水固結(jié)效果。一般當軟土層較薄或其底層為透水層時，砂井應貫穿軟土層;當軟土層較厚時，砂井深度由地基穩(wěn)定和容許工后沉降計算來確定。當?shù)鼗钐幍母郊討苄r，砂井的作用很小，因此砂井具有最佳有效長度。

2.3 袋裝砂井地基固結(jié)度的計算

軟土地基在預壓荷載作用下，經(jīng)過一段時間t所產(chǎn)生的變形量St與土層的最終變形量S之比成為固結(jié)度Ut。軟土地基經(jīng)袋裝砂井處理后，其固結(jié)屬三維固結(jié)。設(shè)置砂井后按三維固結(jié)理論進行，計算時可以分為豎向固結(jié)與水平(徑向)固結(jié)兩種情況分別確定在指定時間內(nèi)的固結(jié)度。

計算時的假設(shè):

(1)地基土是飽和的，固結(jié)過程即是土中孔隙水的排出過程;

(2)袋裝砂井地基表面受連續(xù)均勻分布荷載作用下，地基中附加應力分布不隨深度而變化，故地基土僅產(chǎn)生豎向的壓密變形;

(3)荷載是一次性施加上去的，加荷開始時，外荷載全部由孔隙水壓力負擔;(4)在整個壓密過程中，地基土的滲透系數(shù)保持不變;在天然地基上進行堆載預壓，其固結(jié)度一般采用一維固結(jié)理論計算。其豎向排水固結(jié)度的表達計算形式為

式中:Tv為豎向固結(jié)的時間因素(無量綱);H為單面排水土層的厚度或雙面排水時土層厚度的一半，cm;Cv為豎向固結(jié)系數(shù)(cm2/s)，其值為

式中:e1為土的初始孔隙比;α為土的壓縮系數(shù)(0.1cm2/N);γw為水的容重(0.01 N/cm3);t為固結(jié)時間。如荷載逐漸增加，則從加荷歷時的一半起算，s。

3 材料要求

3.1 砂袋

砂袋可采用聚丙烯、聚乙烯、聚酯等適用的編制料制成，其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)。目前，普遍采用的是聚丙烯編織袋，它具有足夠的抗拉強度，耐腐蝕，便于制作，對人體無害，價格低廉，但其抗老化能力差。

另外，由于砂袋有膨脹性，當設(shè)計樁徑為10 cm時，制成袋的周長 L為31～29.8 cm，一般為設(shè)計尺寸的94% ～98%。其脫離導管進入井孔之后，其直徑將有所增大。

3.2 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量的50%以上，含泥量不能大于3%，滲透系數(shù)不應小于5×10-3cm/s。除此之外，砂應保持干燥，不宜潮濕，以免砂干燥后體積減少造成短井。

4 施工工藝

袋裝砂井施工的主要機具為導管式振動打樁機，在行進方式上普遍采用有軌道門架式、履帶臂架式、吊機導架式等。

成孔方法可根據(jù)機械設(shè)備條件進行比較選擇。通常采用套管法、水沖成孔法、螺旋鉆成孔法等，結(jié)合實際工程，研究并總結(jié)了套管法的施工工藝。

4.1 施工流程

(1)平整場地。清除草皮及表土，用推土機將場地大致平整，鋪設(shè)30 cm厚下墊砂礫層。

(2)施工放樣。在平整好的場地上，按坐標法用全站儀進行中樁、邊樁的放樣。根據(jù)處理寬度、設(shè)計樁距繪出布樁圖，并用白石灰做出明顯標記。

本研究發(fā)現(xiàn)，在對新異oddball范式的行為學操作中，化療組并未表現(xiàn)出較低的反應速度和準確率，與既往應用同類對象的行為學研究結(jié)果一致[7-8]，這可能是由于化療對患者的注意損害程度尚不足以被一般的行為學任務(wù)所檢測到。雖然也存在另外一種可能性——即化療并未對患者的注意功能造成損害，但這一可能性明顯與本研究在ERPs方面的發(fā)現(xiàn)相悖，而后者顯然比前者更為客觀、精確、敏感，且一般不受非實驗因素的干擾。

(3)機具定位，沉入套管。將帶有可開閉底蓋的套管或帶有預制樁尖的套管(內(nèi)徑略大于砂袋直徑)按井孔定位沉入到要求的深度。

(4)沉入砂袋。原則上應用樁架將砂袋垂直吊起沉入。當受樁架高度限制(袋裝砂井長度超過樁架高度)時，可采用兩節(jié)套管。砂袋輸入時用人工輸入。

(5)拔出套管。同時做好施工記錄，具體項目包括井距、井長、井徑、豎直度、灌砂率等。

(6)重復進行(3)～(5)工序至全部砂井施工完畢。

(7)施工完畢后，整平場地，測量標高，整理施工記錄。試驗檢測后編寫袋裝砂井施工總結(jié)并鋪筑砂礫墊層和土工格柵。

4.2 施工要點

(1)定位要準確，沉入砂袋時應用經(jīng)緯儀或重錘控制垂直度，這樣就可確保排水距離和理論計算一致。

(2)砂料含泥量要小，這對于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較為顯著，—般含泥量要求小于3%。

(4)聚丙烯紡織袋在施工時應避免太陽光長時間直接照射，以免老化。

(5)砂袋入口處的導管口應裝設(shè)滾輪，避免刮破砂袋而漏砂。

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

5 質(zhì)量控制與檢驗

5.1 質(zhì)量控制

袋裝砂井在施工過程中要嚴格控制各材料、工序等的施工質(zhì)量，因為一但施工完成，對成品的質(zhì)量檢查將非常困難。

砂袋灌砂率r按式(6)計算

式中:msd為實際灌入砂的質(zhì)量;d、L為依序為井直徑、深度，m;ρd為中粗砂的干密度，kg/m3。

灌砂率應符合表1的規(guī)定。

表1 袋裝砂井施工允許偏差

5.2 質(zhì)量檢驗

袋裝砂并施工質(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，質(zhì)檢、監(jiān)督部門也要進行抽查。一般砂子、編織袋、灌砂量和井距，可以通過常規(guī)的方法在試驗室進行試驗測定和在現(xiàn)場進行實際量測，各項指標均應符合表1的要求。但是井徑和井長施工完成后檢測相對比較困難，下面介紹幾種常用的方法。

(1)挖驗法。挖驗法就是對施工完成的袋裝砂井進行大開挖檢驗。此種方法的優(yōu)點是能夠直觀地看出砂井的質(zhì)量，檢測精度高。缺點是費時、費力，對現(xiàn)場破壞較大，且挖驗深度受限，對于井長(深)大的不適用。

(2)拔樁法。拔樁法就是用機械將袋裝砂井整體拔出，進行檢驗。此種方法也比較直觀，但是受拔樁機械的限制較大.并且很容易出現(xiàn)斷井現(xiàn)象。

(3)工程鉆探法。工程鉆探法的原理是利用鉆機對砂井進行鉆進，套管取芯樣。這種方法相對以上兩種方法來說比較容易，費用較低，對施工現(xiàn)場的破壞較小;缺點是需要使用專門鉆機，且受鉆桿垂直度和砂并垂直度影響較大，垂直度差時，鉆桿易偏離砂井，無法進行難確的測定。

6 結(jié)束語

袋裝砂井法主要適用于軟土厚度大、路堤穩(wěn)定、填土高的軟土路基，如軟粘土、淤泥和淤泥質(zhì)土地基;設(shè)計時以砂井地基的固結(jié)度為主，并根據(jù)給定的預壓荷載、預壓時間以及容許沉降量，計算出井徑和井距;研究并總結(jié)了套管法的施工工藝和施工要點;質(zhì)量控制與檢驗時應以砂井的井距、井徑、井長、豎直度和灌砂率為主。

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［1］劉玉卓.公路工程軟基處理［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］劉景政.地基處理與實例分析［M］.北京:北京建筑工業(yè)出版社，1998.

［3］陳藝南，潘華良，劉松玉，等.連云港濱海相軟土工程特性［J］.巖土工程技術(shù)，2001，(4).

中圖分類號:U416.1

C

1008-3383(2011)06-0105-02

收稿日期:2011-04-11