振動(dòng)沉管砂井施工在復(fù)雜地質(zhì)軟基處理中的應(yīng)用

文｜廣東省建筑工程機(jī)械施工有限公司 王磊

1、工程概況

東莞市城市快速軌道交通R2線是一條由北部--西南方向的市域快速干線，是連接?xùn)|莞西部城鎮(zhèn)密集帶的客運(yùn)交通走廊。東城車輛段選址位于東莞市東城區(qū)寒溪河?xùn)|側(cè)，緊臨防洪大堤。段址北側(cè)有茶山環(huán)城道路和污水處理廠，東南側(cè)有變電站和坑口排站。區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀為魚塘，地勢平坦，有少量房屋，塘埂高程平均4米，魚塘水深平均2米。車輛段施工占地面積大，場地處理面積40.9萬m2，主要工程內(nèi)容包括：站場土石方工程、軟基處理工程、出入線段明挖工程、涵洞工程等。車輛段工程總造價(jià) 3.7億元，合同工期28個(gè)月。

段址范圍上覆地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填筑土（Q4ml），全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl），更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl），第四系殘積層（Qel），下伏基巖為震旦系大紺山組（Zd）混合片麻巖。根據(jù)不同的巖土類別、巖土不同的成因時(shí)代、巖土不同的狀態(tài)等，劃分巖土層。主要巖土層描述如下：

①素填土（Q4ml）

灰褐色、黃褐色、紫紅、褐紅色、磚紅色等，成分以粉質(zhì)粘土為主，局部夾少量砂層，可塑～硬塑狀；該層局部為透鏡狀填砂層，松散、潮濕狀。分布于場地道路、塘埂、堤壩表層，層厚0.4m～6.7m。

②粉質(zhì)粘土（Q4al+pl）

灰黃、褐黃、灰褐色，軟塑狀，土質(zhì)不純，切面光滑，干強(qiáng)度較高，偶夾透鏡狀砂層，層厚0.5m～5.7m，埋深0m～11.5m。

③淤泥質(zhì)粘土（Q4al+pl）

灰褐色、深灰色、灰黑色，軟塑至流塑狀，韌性高，偶有臭味，局部夾腐爛樹葉。該層中多夾透鏡狀粉細(xì)砂層，分布無規(guī)律性。局部以淤泥或淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主。層厚0.5m～9.2m，埋深0～15.4m。

完成地面控制點(diǎn)與像片控制點(diǎn)的像平面坐標(biāo)獲取后，在光束法區(qū)域網(wǎng)平差內(nèi)引入GPS攝站坐標(biāo)（作為帶權(quán)觀測值）。出于消除系統(tǒng)漂移誤差和坐標(biāo)變化誤差的考慮，區(qū)域兩端加設(shè)架構(gòu)航線1條，四角設(shè)置平高地面控制點(diǎn)1個(gè)。加密結(jié)果如表1所示。

④淤泥質(zhì)砂（Q4al+pl）

褐灰色，主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土與粉砂組成，呈混合、互層、夾層狀產(chǎn)出，分布不均勻。其中淤泥質(zhì)粘土軟～流塑狀態(tài)，局部含半腐植物；粉砂呈松散狀態(tài)，飽和，成份以石英，長石為主，顆粒級(jí)配一般，分選性一般。 層厚1.0m～13.7m，埋深0～14.7m。

⑤細(xì)砂、<3-10>中砂、<3-11>粗砂（Q4al+pl）

灰色、灰褐、灰白色，松散至稍密狀態(tài)，飽和狀。顆粒均勻，成分以石英、長石為主。局部夾薄層狀粉土。

2、振動(dòng)沉管砂井的選用

本工程的軟基處理采用豎向排水固結(jié)施工，施工順序如下：①清表-②場地平整至3米標(biāo)高-③鋪1米厚中粗砂墊層-④塑料排水板施工、攪拌樁施工-⑤集水井、盲溝施工-⑥分級(jí)加載土方至8米標(biāo)高-⑦超載土方至10.5米標(biāo)高-⑧卸載土方至7.5米標(biāo)高-⑨封閉土施工（0.5米厚）。

該車輛段區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀為魚塘，地勢平坦，有少量房屋。軟基處理面積達(dá)到40.9萬平方米，主要采用塑料排水板豎向排水固結(jié)和車輛段周邊采用攪拌樁加固處理。塑料排水板主要位于魚塘區(qū)域，處理面積約36萬平方米，深度為15米～22米，工程數(shù)量為380萬米。場地周邊采用10米寬水泥攪拌樁帶加固處理，處理面積約3.5萬平方米，深度為14米～23米，工程數(shù)量為25萬米。施工完塑料排水板和攪拌樁后采用分層填土加載（按每米一層加載），加載高度約4～6米。

在軟基處理塑料排水板的實(shí)際施工中，出現(xiàn)了在既有的河堤、塘梗及機(jī)耕道路等位置由于表層土比較堅(jiān)硬，塑料排水板施工比較困難或無法施打，該區(qū)域無法保證軟基處理質(zhì)量。該軟基處理區(qū)域經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)約7萬平方米，我司提出兩種處理方案。其中方案一：采用水泥攪拌樁（直徑φ500mm）加固，采用正三角形布置，間距1.6米，深度為16米～22米，工程數(shù)量為52萬米；方案二：采用振動(dòng)沉管砂井（直徑φ400mm）豎向排水固結(jié)，采用正三角形布置，間距1.6米，工程數(shù)量為52萬米。水泥攪拌樁（直徑φ500mm）造價(jià)約52元/米，振動(dòng)沉管砂井（直徑φ400mm）造價(jià)約26元/米，為了既能節(jié)省工程造價(jià)，又能保證質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的軟基處理效果，經(jīng)各參建單位討論，建議采用振動(dòng)沉管砂井（直徑φ400mm）豎向排水固結(jié)方案。在實(shí)際施工時(shí)，根據(jù)具體的情況調(diào)整，在能夠采用塑料排水板施工的部位應(yīng)盡量考慮采用排水板，在塑料排水板施工困難、而且施工質(zhì)量難以保證的條件下，采用振動(dòng)沉管砂井。

3、振動(dòng)沉管砂井的施工

1.砂井施工工藝流程如下：

①施工準(zhǔn)備-②場地平整-③鋪砂墊層-④測放樁位-⑤樁機(jī)就位-⑥振動(dòng)沉管-⑦灌砂-⑧拔套管-⑨樁機(jī)移位。

2.砂井的設(shè)計(jì)施工技術(shù)要求如下：

①采用振動(dòng)沉管成樁處理，砂井直徑φ400mm，間距1.6m，正三角形布置。

②砂井自砂墊層頂面開始打設(shè)，進(jìn)入淤泥至下臥土層1.0m，上端必須高出砂墊層0.2m。

③砂井采用套管法，用振動(dòng)錘將帶有瓣管的套管沉到淤泥至下臥土層1.0m，然后在套管內(nèi)灌砂，拔出套管形成砂井；當(dāng)遇到較大障礙物時(shí)，應(yīng)采用預(yù)制砼樁尖。

④砂井平面位置偏差不大于10cm，垂直度偏差不超過砂井長的1.5%。

⑤使用砂料為中粗砂。

⑥保證砂井連續(xù)、密實(shí)，并且不出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。

⑦既有高壓線兩側(cè)按15m寬范圍內(nèi)設(shè)置砂井帶，因既有高壓線高度限制，可采用地質(zhì)鉆機(jī)套管成孔，在套管內(nèi)灌砂后，逐漸拔出套管以形成砂井。

4、振動(dòng)沉管砂井的質(zhì)量控制

在振動(dòng)沉管砂井施工過程中，砂料的控制、砂井施工順序、樁長的確定、垂直度的控制、砂井的振動(dòng)沖水密實(shí)及廢棄物的處理振動(dòng)沉管砂井質(zhì)量控制的重點(diǎn)。質(zhì)量控制的要點(diǎn)如下：

1.砂料的控制：砂料按規(guī)范要求進(jìn)場檢驗(yàn)，合格后方可進(jìn)場，中粗砂級(jí)配良好，滿足砂井工藝對(duì)砂料的質(zhì)量要求，且其含泥量不得大于3%。

2.砂井的施工順序：采用間隔排跳打的順序施工，施工推進(jìn)先施工奇數(shù)排砂井，然后再施工偶數(shù)排砂井，以此類推。

3.樁長控制及拔壓樁管：振動(dòng)沉管前，先按設(shè)計(jì)的要求及地勘報(bào)告，初步確定樁長，樁管下沉，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)入下臥層1米，同時(shí)參考樁機(jī)電流突變?yōu)閰⒖?，終止下沉。在灌砂振動(dòng)密實(shí)后方可進(jìn)行樁管拔管。

4.全過程實(shí)行旁站監(jiān)督，按設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求嚴(yán)格控制樁身垂直度、樁位偏差、樁長及砂料灌入量，做好施工記錄，并按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)數(shù)量和檢驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，確保樁的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

5.注意水量要充足，但不宜過多。成孔過程中水壓要盡可能大、水量要盡可能充足。在接近設(shè)計(jì)加固深度時(shí)，要降低水壓。在加料振密過程中，控制水壓和水量要均值較小。

6.灌砂的密實(shí)：灌砂過程中，需要邊灌砂，邊沖水密實(shí)，控制加料振密過程中的密實(shí)電流，要求穩(wěn)定電流超過規(guī)定的密實(shí)電流值。

7.成樁結(jié)束后，樁管帶出的少量淤泥及施工廢棄物要及時(shí)用人工鏟至斗車，拉至場外清理，以免污染中粗砂墊層。

8、振動(dòng)沉管砂井結(jié)合塑料排水板施工的軟基固結(jié)沉降效果

原設(shè)計(jì)中采用塑料排水板豎向排水固結(jié)沉降值為0.97米，經(jīng)我司現(xiàn)場監(jiān)測固結(jié)沉降數(shù)據(jù)結(jié)果得知采用振動(dòng)沉管砂井結(jié)合塑料排水板豎向排水固結(jié)沉降值為1.2米，遠(yuǎn)滿足于原設(shè)計(jì)的軟基處理固結(jié)沉降效果。

＞＞原設(shè)計(jì)塑料排水板固結(jié)沉降過程曲線圖

＞＞振動(dòng)沉管砂井結(jié)合塑料排水板固結(jié)沉降過程曲線圖

5、結(jié)語

從實(shí)際施工效果來看，在軟基處理工程中，在遇到岸堤、塘埂、機(jī)耕道路等復(fù)雜地質(zhì)的情況下，塑料排水板工藝施工困難或無法施工，難于保證工程質(zhì)量的前提下，采用振動(dòng)沉管砂井結(jié)合塑料排水板的施工工藝對(duì)節(jié)約工程造價(jià)，滿足軟基處理豎向排水固結(jié)沉降起到非常顯著的效果，在軟基處理工程中值得借鑒、采用。