高速公路軟基施工中袋裝砂井法的應(yīng)用

溫仁斌

（保利長(zhǎng)大工程有限公司，廣州 511431）

1 引言

軟土地基的強(qiáng)度非常低、壓縮變形比較大[1]，觸變性非常顯著， 在軟土地基上修筑高速公路， 如不提前對(duì)地基進(jìn)行處理，有很大可能性會(huì)導(dǎo)致路基出現(xiàn)失穩(wěn)、不均勻沉降現(xiàn)象[2]，對(duì)高速公路的運(yùn)營(yíng)造成較大影響。 所以，應(yīng)該結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況選擇具備可行性、 經(jīng)濟(jì)性的地基加固方法， 提高地基承載力，保證高速公路的施工質(zhì)量。

2 工程概況

此次研究以廣東省汕湛高速公路作為研究案例， 研究路段的起止點(diǎn)為：湛江調(diào)順島大橋—6325 國(guó)道。該路段的總長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為26.842 km，行車速度為120 km/h，設(shè)計(jì)為雙向四車道形式，沿線的路基寬度為26.5 m。 其中，連接線路段的長(zhǎng)度為3.615 km，行車速度設(shè)計(jì)為80 km/h，設(shè)計(jì)為雙向六車道，該部分的路基寬度為32 m。

3 施工方案

建設(shè)沿線的軟土地基主要分布在鑒江沖級(jí)平原、 塘綴積平原等區(qū)域，軟土地基主要由淤泥土、淤泥、淤泥質(zhì)細(xì)砂構(gòu)成，軟土地基段的長(zhǎng)度總計(jì)為8 km， 該部分的長(zhǎng)度占施工總長(zhǎng)度的26%。 結(jié)合實(shí)際情況而言，軟土地基分布較為分散，且規(guī)模比較大，施工現(xiàn)場(chǎng)附近滿足回填條件的原材料匱乏，實(shí)際施工存在一定的難度。 在設(shè)計(jì)階段，施工項(xiàng)目部委派專人對(duì)軟土地基進(jìn)行勘察，根據(jù)勘察結(jié)果對(duì)軟土地基處理的質(zhì)量、處理成本及時(shí)間進(jìn)行了分析，并與設(shè)計(jì)人員積極交流，對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定如下處理方案：軟土地基比較深，在K10+763 m部位存在1 座既有橋梁， 可使用袋裝砂井法對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。

4 袋裝砂井施工

1）基本原理：施工人員將砂料裝在透水性良好的砂袋內(nèi)，使用專用設(shè)備將砂袋擊入軟土地基中，打造垂直排水通道。 利用砂墊層形成一個(gè)水平方向的排水通道，從而形成垂直、水平兩個(gè)方向的排水通道。 通過(guò)外部施加壓力促使土體內(nèi)的水流速度加快，進(jìn)而達(dá)到排水固結(jié)的目的。

2）處理工具及材料：砂、耐腐蝕的麻袋、打樁機(jī)、預(yù)壓設(shè)備等。

3）布設(shè)方式：砂袋井的直徑控制在7～12 cm，按照等邊三角形進(jìn)行布設(shè)，砂袋井之間的間距控制在1～1.5 m。 砂袋井頂部的墊層厚度控制在0.5～1 m。

4）施工工期：打樁作業(yè)比較快，預(yù)壓作業(yè)大概需要6～12個(gè)月。

5）施工特點(diǎn)：施工工藝操作簡(jiǎn)單，施工方法發(fā)展成熟，在經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理以后，沉降能夠得到良好的控制。 但是施工時(shí)間較長(zhǎng)，且需要在施工現(xiàn)場(chǎng)堆載大規(guī)模土方，實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，避免地下水水位超過(guò)警戒值。

4.1 機(jī)具設(shè)備

主要施工機(jī)具為振動(dòng)打樁機(jī)，可使用履帶式打樁機(jī)[3]、軌道式打樁機(jī)等。

4.2 材料

1）袋子材料：使用聚丙烯或其他聚合物編織布加工而成的袋子，袋子應(yīng)具備良好的抗老化性能，袋子的抗拉強(qiáng)度應(yīng)能抵抗砂料的質(zhì)量。 袋子裝砂以后，其自身的滲透系數(shù)≥砂的滲透系數(shù)。 砂料可選擇使用滲水率偏大的中砂或粗砂，砂料中粒徑＞0.5mm 的砂含量≥其總質(zhì)量的50%， 砂料的含泥量不得超過(guò)3%，砂料的滲透系數(shù)至少要達(dá)到5×10-3cm/s。

2）樁身材料：砂料可選擇使用滲水率偏大的中砂或粗砂，砂料的含泥量不得超過(guò)3%，砂料的細(xì)度模數(shù)不得低于2.7，滲透率應(yīng)大于0.005 cm/s。砂料需保證干燥，灌砂率應(yīng)超過(guò)95%。

4.3 施工工藝

待清表作業(yè)完成以后， 施工人員立即清理并進(jìn)行平整作業(yè)，保證路基的平整度達(dá)標(biāo)，同時(shí)路拱度達(dá)到2%。使用自卸汽車將中粗砂運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，回填厚度設(shè)計(jì)為5 cm，使用壓路機(jī)碾壓，碾壓作業(yè)應(yīng)分層進(jìn)行，碾壓遍數(shù)保持在3～4 遍即可。砂墊層施工時(shí)，不得出現(xiàn)淤泥、灰塵污染現(xiàn)象，如砂料被污染，應(yīng)進(jìn)行返工。

結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑倪吘€坐標(biāo)、導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量放樣，測(cè)量放樣使用全站儀完成，放樣的間距設(shè)置為30 m。

1）機(jī)具定位：結(jié)合裝砂井的施工范圍及布設(shè)間距，使用竹板確定出每一個(gè)砂井的具體位置，保證位置定位的精準(zhǔn)性，然后將套管拔出。 定位過(guò)程中，應(yīng)保證樁位的中心與地面定位保持一致，然后使用經(jīng)緯儀對(duì)樁錘導(dǎo)向架的垂直度進(jìn)行檢查。 打樁機(jī)的下側(cè)設(shè)置支墊件，以保證打樁過(guò)程中樁機(jī)的穩(wěn)定性。

2）裁制砂袋：通過(guò)試作業(yè)確定出合理的打樁深度，在計(jì)算打樁深度時(shí)，兼顧外露部位的長(zhǎng)度與兩端的打結(jié)長(zhǎng)度，砂袋的長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)砂井長(zhǎng)度2 m， 在砂袋的下側(cè)預(yù)先堆放20～30 cm厚度的砂料作為壓重物。

3）灌砂：使用灌砂架與定制漏斗向砂袋內(nèi)灌砂，灌砂架使用φ100 mm～φ150 mm 鋼管加工制作而成， 灌砂架的高度應(yīng)超過(guò)砂井長(zhǎng)度值50%與漏斗的高度的總和。 漏斗使用鋼材加工而成，漏斗的容量應(yīng)大于2 個(gè)φ4 mm 砂袋灌的容量，使用0.5 t 卷?yè)P(yáng)機(jī)緩慢提升漏斗，砂袋嚴(yán)禁直接露天堆放，使用篷布作覆蓋處理，不得長(zhǎng)時(shí)間在太陽(yáng)光下暴曬，避免砂袋老化。

4）安裝套管與樁尖：套管的頂部設(shè)置吊鉤或吊環(huán)，施工人員在套管外表面標(biāo)記標(biāo)高刻度線。 如需要對(duì)套管進(jìn)行接長(zhǎng)處理，應(yīng)保證接長(zhǎng)部位的密封性。

5）套管打入：待套管被吊起且定位完成后，開(kāi)始進(jìn)行捶打施工。 試打套管過(guò)程中，應(yīng)保證落錘輕緩，避免套管因錘擊力過(guò)大而出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。 套管深入土體大概2 m 上下時(shí)，施工人員應(yīng)減緩錘擊的頻率，避免出現(xiàn)超深現(xiàn)象。 成樁的垂直度不得超過(guò)1.5%。 成樁位置的偏差應(yīng)控制在15 cm 以內(nèi)。

6）下砂袋：使用專用工具運(yùn)輸砂袋，嚴(yán)禁施工人員直接在地面拖拽砂袋，保證砂袋不出現(xiàn)扭結(jié)、斷裂、破損現(xiàn)象。 落放砂袋過(guò)程中，應(yīng)在套管口部位安裝滑槽，然后將砂袋緩慢放置在套管中。

7）振動(dòng)拔管：當(dāng)砂袋全部落放完成以后，緩慢拔出套管，拔管速度不宜過(guò)快，且拔管過(guò)程中不得放松吊繩。

5 施工質(zhì)量控制

因袋裝砂井的施工質(zhì)量比較高， 且土體排水固結(jié)速度比較快，地基沉降的時(shí)間比較短，建設(shè)沿線施工完成以后，地基沉降已基本穩(wěn)定，每個(gè)月的平均沉降量大概保持在0.1 mm 左右。經(jīng)過(guò)后期的觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，兩年間的總沉降量保持在30 mm以內(nèi)。

施工現(xiàn)場(chǎng)組織建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位、地方質(zhì)監(jiān)站對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行全面檢查， 嚴(yán)格按照現(xiàn)行管理規(guī)范隨機(jī)抽取2%的砂井進(jìn)行檢查，檢查的內(nèi)容包括深度、間距、直徑、垂直度等。 經(jīng)檢查以后發(fā)現(xiàn)，砂井的間距偏差最大為+14.8 cm，規(guī)范要求控制在±15 cm 以內(nèi)； 砂井的垂直度偏差未超過(guò)1.5%，灌砂率偏差未超過(guò)5%，由此可以確定成井質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

（1）砂井的灌砂率偏差不得超過(guò)5%。 （2）裝有砂料的砂袋不得直接水平放置在地面，需將其吊起，砂袋嚴(yán)禁直接露天堆放，需使用篷布作覆蓋處理，不得長(zhǎng)時(shí)間在太陽(yáng)光下暴曬，避免砂袋老化。 （3）在對(duì)砂井進(jìn)行施工時(shí)，保證導(dǎo)軌處于垂直狀態(tài)，套管不得出現(xiàn)彎曲、變形現(xiàn)象。 使用經(jīng)緯儀對(duì)成樁的垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（4）在套管上標(biāo)記出標(biāo)高刻度尺，嚴(yán)格把控砂井入土深度。 （5）砂袋以垂直狀態(tài)吊放在井內(nèi)，砂袋不得出現(xiàn)扭結(jié)、磨損現(xiàn)象。 （6）拔管作業(yè)時(shí)，保證套管始終處于垂直狀態(tài)，避免套管損壞砂袋。 （7）砂袋露出孔口以上的長(zhǎng)度應(yīng)能夠深入墊層以內(nèi)30 cm，且不得處于臥倒?fàn)顟B(tài)。 砂袋施工質(zhì)量偏差見(jiàn)表1。

表1 袋裝砂井施工允許偏差

6 軟土地基沉降觀測(cè)

6.1 觀測(cè)方法及要求

待軟土地基加固處理完成后，將觀測(cè)點(diǎn)作掩埋處理。 路堤應(yīng)分層進(jìn)行回填，并分層碾壓，保持勻速加載，每回填一層，施工人員觀測(cè)一次。 如若2 次回填土方的時(shí)間間隔＞3 d 時(shí)，應(yīng)按照1次/3 d的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)，保證其滿足設(shè)計(jì)圖紙的要求，超載預(yù)壓時(shí)，對(duì)加載速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，一旦發(fā)現(xiàn)地表沉降＞20 mm/d 或水平位移＞6 mm/d 時(shí)，施工人員不得繼續(xù)加載，待其穩(wěn)定以后繼續(xù)加載。 連續(xù)7 d 地基沉降量＜0.2～0.5 mm/d時(shí)，可以結(jié)束預(yù)壓施工；正常情況下，超載預(yù)壓的時(shí)間不宜小于6 個(gè)月。

6.2 位移觀測(cè)邊樁的埋設(shè)與觀測(cè)

1）以該項(xiàng)目的實(shí)際情況而言，對(duì)邊樁的位移進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，可以按照1 處/100m 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置，路堤兩側(cè)及邊緣部位，每個(gè)斷面至少設(shè)置6 個(gè)觀測(cè)樁， 相同斷面上的邊樁應(yīng)處于同一條軸線上。

2）觀測(cè)樁采用的是混凝土預(yù)制樁，觀測(cè)樁的尺寸設(shè)計(jì)為15 cm×15 cm×150 cm，觀測(cè)樁的強(qiáng)度≥25 MPa，觀測(cè)樁的埋設(shè)深度≥140 cm，觀測(cè)樁上部長(zhǎng)度≥50 cm。

3）可使用單三角交匯法進(jìn)行觀測(cè)，選擇使用全站儀作為觀測(cè)設(shè)備，觀測(cè)的精準(zhǔn)度要求：測(cè)距合理偏差±3 mm，測(cè)角合理偏差±2″。

6.3 地表沉降觀測(cè)

1）在原地面埋設(shè)沉降板，使用沉降板對(duì)底板沉降進(jìn)行觀測(cè)；沉降板應(yīng)埋設(shè)在該路的中心部位，每一個(gè)斷面埋設(shè)5 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；沉降板使用鐵板加工制作而成，尺寸設(shè)計(jì)為50 cm×50 cm×3 cm；觀測(cè)桿使用鍍鋅管焊接，觀測(cè)桿的直徑與長(zhǎng)度分別為4 cm、50 cm，采用焊接方式將觀測(cè)桿加固在觀測(cè)板上。

2）觀測(cè)儀器的精準(zhǔn)度不得低于DS3 型水準(zhǔn)儀，以二等水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)觀測(cè)儀器進(jìn)行控制，讀數(shù)精度≥1 mm。

6.4 觀測(cè)結(jié)果

地基加固處理完成以后， 將兩個(gè)不同路段的超載預(yù)壓后的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，繪制出圖1。 對(duì)圖1 中的信息進(jìn)行分析以后得出，地基沉降會(huì)隨著時(shí)間不斷延長(zhǎng)而逐漸收斂，反映出該部分的軟土地基已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 沉降曲線圖

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，袋裝砂井能夠?qū)ι疃容^大的軟土地基進(jìn)行加固處理，不會(huì)出現(xiàn)常規(guī)性砂井經(jīng)常出現(xiàn)的縮徑現(xiàn)象，這種加固基礎(chǔ)對(duì)地層要求比較低，布井非常靈活，具備良好的經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)可行性。實(shí)際施工過(guò)程中不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成污染，不會(huì)對(duì)軟土地基造成較大的擾動(dòng)，也不會(huì)對(duì)附近的建筑物、構(gòu)筑物造成影響。 我國(guó)的沿海地區(qū)存在深厚的淤泥，淤泥中的含水量非常高，且淤泥自身的壓縮性比較大。 在經(jīng)過(guò)實(shí)踐論證以后得出，袋裝砂井加固方法具備良好的應(yīng)用效果， 可以有效提高軟土地基的承載力，加快軟土地基排水固結(jié)的速度，降低地基沉降量。