擠密砂樁在孟加拉機場跑道施工中的應(yīng)用

房慶軍

（中國葛洲壩集團國際工程有限公司，北京 100025）

1 概述

孟加拉國位于孟加拉灣之北，東、西、北三面與印度毗連，河流和湖泊約占全國面積的10%，海岸線長550 公里。石料大多來源印度、中東、中國等，難以廣泛使用。河道或海床中的沙土是回填工程的主要材料。吹填沙土無法滿足機場跑道對承載力、地震液化和變形的要求，地基需要加固處理[1-3]。

擠密砂樁[4-7]施工工藝起源于歐洲，在1950年到1959年，施工工藝才逐步完善。擠密砂樁法適合處理砂土、素填土、粉土、粘性土、雜填土等地基。擠密砂樁不僅起到加固地基的作用，還有利于后續(xù)堆載預(yù)壓排水固結(jié)。

擠密砂樁施工方法是將鋼套管按一定間距沉入地基土中擠壓成孔，然后邊拔管邊向管內(nèi)灌砂并振搗密實而成的砂質(zhì)柱體。砂樁屬于散體樁復(fù)合地基的一種，是軟弱地基處理常用的方法之一。這種處理方法對整個地基起到擠壓密實的作用，砂樁本身承受大部分上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的荷載，從而與周圍被加固土一起組成復(fù)合地基?？商岣叩鼗休d力、防止砂土振動液化和減少沉降等。本文結(jié)合孟加拉國某機場工程，從工藝試驗、施工方法、安全保障措施、質(zhì)量控制等方面，詳細分析了擠密砂樁在機場工程中的應(yīng)用情況。工程實踐表明，擠密砂樁法在孟加拉國跑道工程中效果良好，在降低項目造價、縮短工期等方面優(yōu)越顯著，可為類似工程提供借鑒。

2 工程概況

項目位于孟加拉國南部，臨孟加拉灣，原始場地為孟加拉海邊，場地采用吹填沙土回填，吹填后的高程在8.0m。擠密砂樁應(yīng)在場地填砂達到設(shè)計標高后進行，設(shè)計樁徑1.0m，間距3.0m，正方形布置，填充材料采用中粗砂，處理深度根據(jù)詳細的地質(zhì)勘察資料和設(shè)計確定。擠密砂樁采用振動沉管樁機，套筒直徑采用0.7m，樁架高度不低于最大打設(shè)深度。擠密砂樁布置如圖1 所示。

圖1 擠密砂樁布置示意圖

3 施工工藝流程

施工準備-放線定位-樁機就位-沉管至設(shè)計深度-砂料檢驗、試驗-樁管灌砂-管口沖水振密-振動拔管并持續(xù)投料-沉管拔出孔口-孔口投料-振搗密實至設(shè)計標高-機具移動-質(zhì)量檢測-堆載預(yù)壓。

4 工藝試驗

施工前需要開展成樁工藝和擠密效果試驗，先選定12根樁進行試驗，以確定砂樁的填砂系數(shù)、提升速率和高度、樁管的振動次數(shù)振動時間等關(guān)鍵參數(shù)（主要把握好振動時間，以保證樁身連續(xù)性和成樁均勻性）。試驗樁的承載力、擠密效果等符合設(shè)計要求后，依據(jù)試驗結(jié)果，擬定工程方案，對操作人員和管理人員進行培訓(xùn)考核，合格后才能上崗。

5 施工方法

5.1 施工準備

施工準備主要包括工程測量、施工區(qū)地質(zhì)勘察、采砂區(qū)土壤調(diào)查、施工圖紙詳細設(shè)計等，通過前期勘察進一步確定場地清理的范圍、深度，從而確定場地填砂工程量、采砂區(qū)的范圍和開挖厚度、跑道區(qū)地基處理深度和范圍等，同時為設(shè)計提供精確的地質(zhì)數(shù)據(jù)。

土工管袋施工：

通過現(xiàn)場實踐得出水上充灌、陸上充填、填充后的結(jié)構(gòu)形式及施工方法的最佳形式。

（1）水上充灌。水上充砂需借助運砂船和小型水力充砂泵進行。土工管袋預(yù)先加工成設(shè)計要求的斷面，充填口采用袖帶連接并引出水面供充填砂使用。砂料可從料源地用水力充砂泵抽取裝船后運至施工現(xiàn)場，然后將水力充砂泵輸砂軟管與已定位的土工管袋連接牢固，檢查無誤后邊充灌邊沉放。

圖2 水下充填土工管袋示意圖

（2）陸上充填。當場地填高至一定高程退潮后有較多露出時間時，可采取陸上充填，砂料可就近取自場內(nèi)或利用場地填砂，人工輔助挖掘機裝填，推土機輔助運砂，分段同步施工。施工時，將未加工成型的土工管袋布平鋪于施工場地，然后人工配合挖掘機裝料、整形，最后將填料用土工管袋布包裹成型，分層流水施工，每層施工時，土工管袋由外向內(nèi)依次進行。

圍堤采用土工管袋填砂的結(jié)構(gòu)形式，外側(cè)坡比宜為1：4，施工時應(yīng)與場地填砂分層交替施工，并控制每層加載高度，分層厚度宜控制在1.5-2.0m。施工前應(yīng)在圍堤設(shè)計位置埋設(shè)沉降位移觀測點，施工過程中根據(jù)圍堤監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)加載施工。場地填砂應(yīng)與土工管袋圍堤分層交替進行，并控制每層加載高度，分層厚度宜控制在1.5-2.0m，接近場地標高時，可調(diào)整吹砂厚度，并按高程控制吹砂面。土工管袋圍堤與場地填砂施工如圖3 所示。

5.2 放線定位

圖3 土工管袋圍堤與場地填砂施工

樁位放樣前先對施工基面進行整理，使場地達到設(shè)計標高。施工前在擠密砂樁外圍用全站儀測定邊線控制樁，復(fù)測合格后打木樁釘鐵釘，現(xiàn)場施工放樣用鋼尺量測樁位，并用小木樁標記，保證樁孔中心移位偏差滿足設(shè)計要求。

5.3 樁機就位

樁機就位后，對樁機開展調(diào)平、對中，修正樁機的垂直度，確保套管的中心與樁位保持一致，誤差應(yīng)小于10mm，樁機垂直度偏差低于0.3%；成孔前應(yīng)試運行空壓機、高壓水泵，使設(shè)備運行正常；復(fù)核套管長度，用紅粉筆在鉆塔旁標出高度線，保證孔底標高滿足設(shè)計要求。

5.4 沉管成孔

開啟樁錘電機，使樁管沉降至設(shè)計要求尺寸。樁管沉降入土后，需要控制沉入深度，保證達到設(shè)計的樁長。樁管沉降時，沿著導(dǎo)向架，保持同導(dǎo)桿平行，如果遇到樁管偏斜時，必須及時糾正。

5.5 樁管灌砂

樁管達到設(shè)計標高后，準備上料，并嚴格控制上料量，按照樁孔體積和砂在中密狀態(tài)時的干密度計算灌砂系數(shù)進行灌入（拔管過程中進行補砂），直至灌滿樁管。灌砂時砂含水量應(yīng)嚴格控制，對非飽和沙土土層，含水量控制在7%-9%。根據(jù)實驗樁的試驗結(jié)果確定樁體超高的高度。

5.6 管口沖水、振密

本項目采用的是沖水沉砂法，向樁管內(nèi)填砂的同時向管內(nèi)沖水，利于砂料排出樁外。當樁管接近地面時，暫停沖水。

5.7 振動拔管并向管內(nèi)投料

第一次將樁管提高約90cm，提高時樁端合葉開啟，砂料流進孔內(nèi)。振動60 秒并仔細觀察料斗中砂料變動，如砂料不變少，說明了合葉無法開啟，要繼續(xù)振動樁管，直到合葉打開為止，然后邊振動邊緩慢提升樁管，提升速度控制在0.8m/min。每提升0.4m 振動擠壓20 秒，擠壓時長為樁管無法沉降為宜，如此重復(fù)，地基被擠密。如果灌砂量不足，需要在拔管過程中加料，以保證樁頂標高及擠密效果滿足設(shè)計要求。

5.8 樁管拔出孔口

施工進度至約距樁頂時，縮減成樁的高度，增加砂樁頂部的密度，防止斷樁。振動擠密完成后，將樁管拔出孔口。

5.9 孔口投料

沉管移出樁體后，如果砂料未灌滿，改用人工投料，樁頂部位可用振搗棒振搗密實。

5.10 機具移動

完成該樁后，樁管提升地面以上，樁機移至下一樁位。

5.11 質(zhì)量檢測

擠密砂樁的樁體的密實度，檢驗頻率小于2%。樁體的承載力和樁體復(fù)合地基承載力開展靜載試驗，測試頻率視項目的大小而定。檢驗的方法一般使用動探Ⅱ型。動探Ⅱ型檢查擠密砂樁的基本原理是以每貫入30cm 的錘擊數(shù)不低于標準值為符合要求。標準值隨深度的改變而變動，結(jié)合工程的地質(zhì)構(gòu)造確定合格標準。

質(zhì)量檢驗后，對照標準形成檢查結(jié)果的文件，如果擠密砂樁的質(zhì)量不滿足設(shè)計要求，應(yīng)實施加樁或其他處理措施，處理完成后，重新進行檢測評定。

5.12 堆載預(yù)壓

施工現(xiàn)場堆載預(yù)壓分別進行了1 次加載，2 次加載，3次加載，實踐表明2 次加載效果最好，即堆載預(yù)壓分兩期進行加載。

堆載預(yù)壓應(yīng)在地基擠密砂樁驗收合格后進行，堆載砂料取自兩側(cè)場地填砂，初步估計取砂厚度2.0m。砂料卸載時，再將其運回原場地并按設(shè)計指標要求分層壓實。為確保工程安全并方便圍堤外坡防護施工，距圍堤邊界20m 范圍內(nèi)不取砂，并沿回填場地周邊形成循環(huán)臨時道路。本工程堆載預(yù)壓計劃加載高度4.5m，滿載時間5 個月。擠密砂樁堆載預(yù)壓如圖4 示。

圖4 堆載預(yù)壓示意圖

加載宜分二期進行，首期加載高度3.0m，二期加載至設(shè)計高度。砂料運距在60m 以內(nèi)可采用推土機推砂，60m 之外宜采用自卸車運輸，堆載斷面采用挖掘機整理。靜載期間應(yīng)做好防護，防止風(fēng)吹雨刷，可采用土工布覆蓋，并用袋裝砂壓護，同時做好周邊排水。

待滿負荷靜載時間滿足設(shè)計要求并檢測合格后方可卸載。砂料卸載開始后使用推土機向兩邊推土，直至兩側(cè)場地高程達到須分層壓實的基面標高，然后整平壓實基面。多余砂土使用挖掘機配合自卸車裝卸，并按照業(yè)主要求均勻攤鋪。

6 控制要點和安全措施

6.1 控制要點

（1）工程開始前應(yīng)選擇有代表性的機場跑道段開展試驗，確定相關(guān)參數(shù)。（2）灌砂率應(yīng)滿足設(shè)計標準，砂土的含泥量低于3%。（3）拔管后應(yīng)確認灌砂量是否滿足設(shè)計要求，如有不滿足要求及時與工程師溝通，進行處理。（4）沉樁時垂直度不夠或受鄰樁施工影響，造成砂樁傾斜。樁位偏差不應(yīng)大于5cm，垂直度偏差低于1.5%。施工過程中校正樁管垂直度，相鄰樁采用間隔跳躍法，避免相互間影響。（5）拔管平均速率不能太快，避免破壞樁口。（6）擠密砂樁開始建設(shè)后應(yīng)檢測地基的承載力。（7）擠密砂樁滿足設(shè)計要求后，才可開展堆載預(yù)壓的施工。

6.2 安全措施

（1）工作人員應(yīng)按要求穿戴好防護用品。特種作業(yè)人員需要持證上崗。（2）項目部應(yīng)編制符合項目實際需求的應(yīng)急預(yù)案，對作業(yè)人員進行應(yīng)急預(yù)案的培訓(xùn)，并在項目現(xiàn)場開展相關(guān)的演練。（3）禁止在塔架起落及高空墜落范圍內(nèi)進行作業(yè)，要有明顯的警示標志，防止工人進入危險區(qū)域。（4）振動沉管樁施工時禁止超負荷使用。（5）按照“以人為本、預(yù)防為主、應(yīng)急響應(yīng)”原則進行安全應(yīng)急管理。（6）組裝樁機時，安裝就位后，需要進行空載試運行。（7）每孔開始前后，應(yīng)細心檢查螺絲是否松動，潤滑油是否泄漏或變質(zhì)等。

7 結(jié)束語

孟加拉機場跑道工程采用擠密砂樁對地基進行加固處理是可行的。擠密砂樁施工方案適用于石料大多依靠進口，難以廣泛使用，河道或海床中的沙土是回填工程的主要材料的國家，吹填沙土無法滿足地基對承載力、地震液化和變形要求的情況。

采用擠密砂樁施工方案，通過擠密作用，提高了沙土的抗液化性能，砂土液化破壞表現(xiàn)為土體噴水冒砂、土體中建筑物上浮、土體開始滑流和地面建筑沉降等現(xiàn)象。擠密砂樁加固時，在砂土中形成了滲透性能良好的排水通道，從而加快了地基的排水固結(jié)，減小了機場跑道填筑后地基的不均勻沉降問題，具有良好的承載能力。在降低項目造價的同時減少了對大自然的破壞，充分利用了現(xiàn)場附近的回填材料。擠密砂樁施工工藝相對簡單，效率高，與傳統(tǒng)的水泥攪拌樁法，換土墊層法，強夯法等方案相比具有施工質(zhì)量可靠、造價低、環(huán)保、工期短等優(yōu)點。土工管袋填砂施工方法實用，堆載預(yù)壓分兩期加載是施工方法的創(chuàng)新，具有極佳的經(jīng)濟效益。