福州沿海地區(qū)海砂砂樁法加固軟基的應(yīng)用分析

呂荔炫

(福州市規(guī)劃設(shè)計研究院 福建福州 350003)

福州沿海地區(qū)海砂砂樁法加固軟基的應(yīng)用分析

呂荔炫

(福州市規(guī)劃設(shè)計研究院 福建福州 350003)

目前福建沿海地區(qū)河砂日益短缺，海砂存量豐富。針對目前海砂具有含泥量大、粒徑小等特點，結(jié)合福州地區(qū)典型海相軟基處理(海砂砂樁方案)的具體工程，推薦出砂樁中海砂的基本要求，并通過現(xiàn)場靜力觸探與沉降觀測表明施工效果良好。說明所推薦的砂樁海砂的技術(shù)特點要求合理，適用于沿海海砂存量豐富地區(qū)的砂樁軟基處理工程。

軟基；海砂砂樁；靜力觸探；沉降監(jiān)測

0 引言

福建沿海地區(qū)海相、河相軟土分布十分廣泛。軟土地基存在天然含水量高、天然孔隙比大、滲透系數(shù)小、壓縮模量高、強度低，可呈靈敏性結(jié)構(gòu)等特點[1-2]。近年來，隨著大量土建工程的動工，不可避免地存在大量軟基處理問題?，F(xiàn)有多種軟基處理方法，砂樁作為一種常見的軟基處理方法，其作用機理為充分利用砂的排水通道作用加快地基固結(jié)，且砂樁的擠密置換作用能提高地基承載力并減少地基沉降。由于砂樁施工簡便、單價低等特點，在公路市政道路軟基處理中應(yīng)用非常廣泛。

通常情況下，砂樁采用中粗砂以有利于排水效果，但隨著福建沿海地區(qū)河沙的大量開采與應(yīng)用，中粗砂料日益短缺，嚴(yán)重影響砂樁的推廣應(yīng)用。與此同時，沿海地區(qū)擁有大量的海砂，但海砂具有含泥量大、粒徑小等特點[3-4]，若直接應(yīng)用于砂樁，將阻礙砂樁的排水路徑，不利于軟基的固結(jié)。因此，規(guī)定海砂的基本要求事關(guān)砂樁成敗關(guān)鍵，但目前相應(yīng)規(guī)范中缺乏對于海砂應(yīng)用于砂樁的要求，因而，設(shè)計部門深感困惑。

鑒此，本文綜合本地已有經(jīng)驗，推薦出砂樁中海砂的基本要求，并應(yīng)用福州地區(qū)典型海相軟基處理(海砂砂樁方案)的具體工程，為海砂砂樁技術(shù)的推廣提供依據(jù)。

1 工程概況

1.1軟基地質(zhì)概況

福建省普通國省干線“縱一線”(福清濱海大通道)元洪區(qū)縱四路至東閣農(nóng)場段道路工程通過的不良地質(zhì)主要是海灣灘涂地段的軟土，多為海積和陸地河水沖積形成，沿途有較多的池塘和海鮮塘。經(jīng)地質(zhì)鉆探顯示，均為淤泥質(zhì)軟弱地基，具體特點如下：

(1)土層厚度大，淤泥深度在7m～22m之間。

(2)滲透性較強，賦水性強，具呈壓性，不利于土基的固結(jié)。

(3)壓縮系數(shù)大，可壓縮性高，使建成的路基沉降量大。淤泥或淤泥質(zhì)土壓縮模量標(biāo)準(zhǔn)值為1.7MPa～4.4MPa。

(4)抗剪強度低，粘聚力小。淤泥或淤泥質(zhì)土的直剪粘聚力為8kPa～12kPa，地基容易被剪切破壞，必須嚴(yán)格控制填土高度和加荷速率。

1.2海砂砂樁處理軟基方案

通過廣泛調(diào)查福清市已建和在建公路的軟基處理設(shè)計情況及處理效果，根據(jù)該項目沿線軟土地基的分布特征及軟土性質(zhì)，從施工難易程度、對周圍環(huán)境的影響、工期和工程造價等方面進行論證比較，擬定砂樁作為地基處理方案。

砂樁等邊三角形布設(shè)，直徑為50cm，樁打穿軟土層進入下臥層不得小于0.5m，樁間距為1.5m。采用振動沉樁機、振動沉管工藝施工。在砂樁施工結(jié)束并檢驗合格后，樁頂設(shè)置砂墊層50cm以上，并經(jīng)監(jiān)測結(jié)果確認(rèn)滿足工后沉降要求后方可卸載進行路面結(jié)構(gòu)的施工。

砂料：由于周邊河砂短缺，海砂存量豐富，經(jīng)充分比選，選用海砂作為主骨料替代河砂，同時要求含泥量不應(yīng)大于3%，細(xì)度模數(shù)不小于2.3，有機質(zhì)含量不大于1%，滲透系數(shù)不小于5×10-3cm/s。

具體方案如圖1所示。

圖1 海砂砂樁處理軟基方案

1.3海砂砂樁方案實施

“縱一線”(福清濱海大通道) 元洪區(qū)縱四路至東閣農(nóng)場段道路工程，2014年7月開工，2015年1月開始擠密砂樁施工，2015年8月部分路段路基堆載預(yù)壓完成。

路基加載速率關(guān)系到路堤施工中的穩(wěn)定性，同時要考慮工期的因素。以下填筑速率可作參考：在達(dá)到極限填土高度以前，可采用較快的加載速率，按15～30cm /d的填筑速率；填土高度大于極限填土高度以后，按1m/月的填筑速率(即每填一層0.25m間隔時間不得少于7d)，每填筑1m，停載1個月，如此反復(fù)直至設(shè)計標(biāo)高。施工過程中應(yīng)以路堤沉降及觀測數(shù)據(jù)為主，滿足監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，對填土速率嚴(yán)格控制，防止路堤失穩(wěn)。海砂砂樁現(xiàn)場施工照片如圖2所示。

圖2 海砂砂樁現(xiàn)場施工圖

2 工程效果評價

2.1靜力觸探檢測

海砂砂樁的有效檢測是控制砂樁成樁質(zhì)量的關(guān)鍵，目前的檢測方法通常有動力觸探法和靜力觸探法。重型動力觸探試驗過程中由于樁身砂石料造成抱桿現(xiàn)象，探桿受側(cè)摩阻力影響嚴(yán)重，特別在深部探桿無法轉(zhuǎn)動，擊數(shù)異常已經(jīng)不能反映實際樁身情況，甚至發(fā)生埋桿現(xiàn)象。而靜力觸探所采集的數(shù)據(jù)為探頭位置阻力值，反映的是直接樁身質(zhì)量情況[5]。基此，本文建議針對砂樁成樁質(zhì)量檢測應(yīng)采用靜力觸探法。

目前靜力觸探法主要有單橋和雙橋靜力觸探兩種試驗方法，單橋靜力觸探只能得到一個參數(shù),即比貫入阻力ps。雙橋靜力觸探可得到兩個測試參數(shù)，即錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs，還可以得到一個計算參數(shù)，即摩阻比FR(FR=fs/qc×100%)[6]。

根據(jù)以上所述，福建省普通國省干線縱一線(福清濱海大通道)合同段砂樁檢測均采用雙橋靜力觸探測試。主要目的是通過靜力觸探試驗分別采集各施工砂樁不同深度的錐尖阻力(qc)、側(cè)壁阻力(fs)數(shù)值，并按規(guī)范進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、計算、繪圖，利用繪制的qc、fs曲線圖結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗值及鉆探資料等，可對砂土層和淤泥層進行較準(zhǔn)確的地質(zhì)分層，據(jù)此判斷施工砂樁的樁身連續(xù)性。圖3～圖4分別為典型海砂砂樁與樁間土的靜力觸探曲線。

圖3 砂樁靜探曲線

圖4 樁間土靜探曲線

依據(jù)雙橋探頭所獲得的力學(xué)上連續(xù)變化的曲線和相鄰的鉆探資料，結(jié)合地區(qū)性使用經(jīng)驗，對地質(zhì)分層已是成熟的勘察方法。由圖3～圖4可見，砂土的qc和fs曲線是駝峰形，而軟土的qc和fs曲線是直線形。除了砂樁上部3m～4m之間存在一軟弱層，導(dǎo)致砂樁密實度不均勻外，其余段砂樁的樁身完整性較好。

2.2沉降觀測

路基施工期的動態(tài)控制標(biāo)準(zhǔn)參照中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路路基設(shè)計規(guī)范》[7]《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》[8]執(zhí)行。根據(jù)公路的現(xiàn)狀工況條件、工程擬采用的技術(shù)方案，現(xiàn)場監(jiān)測主要擬達(dá)到以下目的：

①監(jiān)控整個施工過程中路基的穩(wěn)定性，控制填土速率；②推測工后沉降，確定開始鋪筑路面的時間；③了解復(fù)合地基的力學(xué)與變形性狀。

本次監(jiān)測重點為施工過程中兩個路段多個樁號的沉降隨時間變化，如圖5所示。

(a)K177+550-K178+350

(a)K176+050-K176+650圖5 各路段樁號沉降曲線

由圖5可見：(1)K177+550-K178+350段，近10個月(從2015年8月1日至2016年5月31日)最大累計沉降量為206mm，平均累計沉降量為192.8mm。在2016年5月底，各樁號的沉降值均已減少至8mm以內(nèi)。

(2)K176+050-K176+650段，近6個月(從2015年11月1日至2016年5月31日)最大累計沉降量為494mm，平均累計沉降量為425.4mm。在2016年5月底，各樁號的沉降值均已減少至9mm以內(nèi)。圖中存在部分沉降量變化較大的時間段，主要是由于路基軟弱層較大，導(dǎo)致沉降較大。

以上表明軟基在加載預(yù)壓之后整體沉降量及沉降速率均趨于減小，大部分?jǐn)嗝娉两稻呌谑諗?，由此證明了海砂作為砂樁的填料是可行的，也間接說明了本文提出的海砂作為砂樁的指標(biāo)是合理的。

3 結(jié)語

福建省普通國省干線“縱一線”(福清濱海大通道) 元洪區(qū)縱四路至東閣農(nóng)場段道路工程，2014年7月開工，2015年1月開始擠密砂樁施工，2015年8月部分路段路基堆載預(yù)壓完成，路基堆載預(yù)壓至8～10個月后，路基沉降基本穩(wěn)定，符合設(shè)計要求及滿足工期要求。

目前福建沿海地區(qū)河砂日益短缺，海砂存量豐富，針對目前海砂具有含泥量大、粒徑小等特點，本文推薦出砂樁中海砂的基本要求，并應(yīng)用福州地區(qū)典型海相軟基處理(海砂砂樁方案)的具體工程，取得了良好的施工效果，表明所推薦的砂樁海砂的技術(shù)特點要求合理，適用于沿海海砂存量豐富地區(qū)的砂樁軟基處理工程中，為海砂砂樁軟基處理技術(shù)的推廣提供依據(jù)。

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[6] TBJ37-1993 靜力觸探技術(shù)規(guī)則[S].北京：中國鐵道出版社，1993.

[7] JTG D30-2015 公路路基設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2015.

[8] JTG/T D31-02-2013 公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則[S].北京：人民交通出版社，2013.

ApplicationAnalysisofConsolidatingSoftFoundationbyQueezedSandPileMethodinFuzhouCoastalArea

LVLixuan

(Fuzhou Planning Design & Research Institute,Fuzhou 350003)

At present,the riversand in Fujian is becoming more and more scarce,and rich reserves of sea sand.Sea sand has the characteristics of large amount of mud and small size. This paper combines the specific marine soft foundation treatment (E.g:sand pile scheme) Engineering in Fuzhou,recommended sand pile in the basic requirements of sand.Through the site of static sounding and settlement monitoring shows that the construction effect is good. It is recommended that the technical characteristics of the sand pile sea sand are reasonable.Also apply to the soft foundation treatment of sand piles in coastal area where is rich reserves of sea sand.

Soft foundation; Sea sand pile; Static sounding; Settlement monitoring

U41

A

1004-6135(2017)11-0062-04

呂荔炫(1981.6- )，男，高級工程師。

E-mail:12847837@qq.com

2017-07-24