基于砂井處理方法的高速公路軟土路基變形規(guī)律探究

1、基于砂井處理方法的高速公路軟土路基變形規(guī)律探究摘要：由于軟土路基變形機(jī)理的復(fù)雜性及其影響因素的多樣性，軟土路基變形控制研究一直是高速公路建立中的一個(gè)重要課題。采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)高速公路軟土路基的變形規(guī)律進(jìn)展了研究，以目的繞城高速公路K29+000砂井處理試驗(yàn)段為依托，對(duì)砂井處理軟土路基的工程效果進(jìn)展了初步研究。結(jié)果說明，砂井可以加快路基排水、加速路基固結(jié)，使路基土的變形模量得到進(jìn)步，加固效果較好，是一種適宜深沉軟土路基處理的方法。關(guān)鍵詞：砂井；軟土路基；變形；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)；高速公路1基于砂井處理方法的路基變形規(guī)律現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)軟土路基處理的方法有很多種，進(jìn)展軟土路基處理的目

2、的是進(jìn)步路基土的抗剪強(qiáng)度和壓縮模量，滿足沉降和穩(wěn)定要求，使得路基在上部荷載作用下保持足夠的穩(wěn)定。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各種處理方法的適用性進(jìn)展比照研究，分析軟土路基的變形規(guī)律是一個(gè)重要且有價(jià)值的手段。目的繞城高速公路北線工程，進(jìn)展了包括淺層排水固結(jié)法、塑料排水板、砂井及粉噴水泥攪拌樁四類處理方法的路基處理效果方面的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究工作。本文研究砂井處理軟土路基的方法及處理效果。1.1砂井路基處理方法1砂井路基。如圖1所示砂井路基是在路基中設(shè)置砂井豎向排水體，然后利用路堤本身重量逐漸加載；或在建筑物構(gòu)筑物建造之前，在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓，使土中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，路基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐漸進(jìn)步。該方法常用于解決軟

3、粘土路基的沉降和穩(wěn)定問題，可使路基的沉降在加載預(yù)壓期間根本完成或大部分完成，使公路在使用期間不至于產(chǎn)生過大的沉降和沉降差，同時(shí)可增加路基土的抗剪強(qiáng)度，從而進(jìn)步路基的承載力和穩(wěn)定性。當(dāng)軟土層較薄或土的浸透性較好而施工期允許較長(zhǎng)時(shí)，僅在地面鋪設(shè)一定厚度的砂墊層，然后加載，土中的水沿豎向流入砂墊層而排出。當(dāng)工程上遇到透水性很差的深沉軟土層時(shí)才需要在地基中設(shè)置砂井豎向排水體，地面連以排水砂層，構(gòu)成完好的排水系統(tǒng)。2砂井施工工藝。砂井成孔的典型方法有套管法、射水法、螺旋鉆成孔法和爆破法。套管法。該法是將活瓣管尖套有端靴的套管沉到預(yù)定深度，然后在管內(nèi)灌砂、拔出套管形成砂井。根據(jù)沉管工藝的不同，又分為靜壓沉

4、管法、錘擊沉管法、錘擊靜壓結(jié)合沉管法和振動(dòng)沉管法。采用靜壓、錘擊結(jié)合沉管法施工，往往在提管時(shí)由于砂的拱作用及管壁的摩阻力會(huì)將管內(nèi)砂帶上來，使砂井夾泥或縮頸，這就會(huì)影響砂井的排水效果。為了不使套管內(nèi)的砂帶上來，保證砂井的連續(xù)性，一般輔以氣壓的施工工藝。采用振動(dòng)沉管法，是以振動(dòng)錘為動(dòng)力，將套管沉到預(yù)定深度，灌砂后振動(dòng)，提管形成砂井。采用該法施工不僅防止了管內(nèi)砂隨管帶上，保證了砂井的連續(xù)性，同時(shí)砂受到振密，砂井質(zhì)量較好。射水法。射水法是指利用高壓水通過射水管形成高速水流的沖擊和環(huán)刀的機(jī)械切削，使土體破壞，并形成一定直徑和深度的砂井孔，然后灌砂而成砂井。射水成孔工藝對(duì)土質(zhì)較好且均勻的粘性土路基是較適用

5、，但對(duì)土質(zhì)很軟的淤泥因成孔和灌砂過程中容易縮孔，很難保證砂井的直徑和連續(xù)性，對(duì)夾有粉砂薄層的軟土路基，假設(shè)壓力控制不嚴(yán)，易在沖水成孔時(shí)出現(xiàn)串孔，對(duì)路基擾動(dòng)較大。射水法成井的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，對(duì)土的擾動(dòng)較小，但在泥漿排放，塌孔，縮頸，串孔和灌砂等方面都還存在一定的問題。螺旋鉆成孔法。該法以動(dòng)力螺旋鉆鉆孔，屬于干鉆法施工，提鉆后孔內(nèi)灌砂成井。此法適用于陸上工程，砂井長(zhǎng)度在19以內(nèi)，土質(zhì)較好，不會(huì)出現(xiàn)縮頸和塌孔現(xiàn)象的軟土路基。此法在美國(guó)應(yīng)用較廣泛，該工藝所用設(shè)備簡(jiǎn)單而機(jī)動(dòng)，成孔比較規(guī)整，但灌砂質(zhì)量較難掌握，對(duì)很軟弱的路基也不太適用。爆破法。此法是先用直徑73的螺紋鉆鉆成一個(gè)砂井所要求設(shè)計(jì)深度的孔，在孔中

6、放置由傳爆線和炸藥組成的條形藥包，爆破后將孔擴(kuò)大，然后往孔內(nèi)灌砂形成砂井。這種方法施工簡(jiǎn)易且不需要復(fù)雜的工具。1.2工程實(shí)例目的繞城高速公路全長(zhǎng)29.297公里，其中K8617.57至K26000段為六車道路段，K26000至終點(diǎn)K37877.28段四段四車道路段。線路所處地段很大一部分為軟土路基，厚達(dá)2030。該段軟土天然含水率高、強(qiáng)度低、壓縮性高、透水性差，且具有單層和雙層兩種典型構(gòu)造。為研究不同工程措施處理軟土路基的效果及變形規(guī)律，并指導(dǎo)工程的大規(guī)模施工，指揮部選取了具有代表性的第八合同段K26000K29400作為試驗(yàn)路段，進(jìn)展包括淺層排水固結(jié)法、塑料排水板、砂井及粉噴水泥攪拌樁復(fù)合地

7、基四類處理方法的各種參數(shù)共7種方案路基處理效果方面的研究工作。軟土路基變形規(guī)律試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容包括現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)補(bǔ)充勘探、原位試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)、軟土路基變形監(jiān)測(cè)和路堤施工期間穩(wěn)定性控制及工后沉降的數(shù)值分析等。試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作從2022年3月開始，至2022年5月根本完成現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)補(bǔ)充勘探、原位試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)儀器的埋設(shè)工作；監(jiān)測(cè)工作亦于2022年5月開始進(jìn)展，至2022年3月完畢。1.3K29000試驗(yàn)段采用的處理方法K29000試驗(yàn)段處于橋頭所在地，對(duì)工后沉降要求很高，斷面表層存在68軟土，中間夾68可塑狀粉質(zhì)粘土層，下伏基巖。由于第二層軟土深沉，采用塑料排水板處理時(shí)難以穿透中間的夾層，假設(shè)不處理第二層軟

8、土，那么路基的工后沉降難以滿足要求，由于砂井的排水作用能加速軟粘土的固結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng)，用砂井結(jié)合超載預(yù)壓處理軟粘土路基己成為國(guó)內(nèi)外巖土工程中廣泛應(yīng)用、行之有效的路基加固方法。鑒于此原因，本斷面采用直徑327、間距2.7、深21.0的砂井，呈三角形布置，砂井成孔的方法采用套管振動(dòng)法施工，使砂井可以穿透第二層夾層土，有助于加速路基固結(jié)，減少工后沉降。2砂井處理方法效果評(píng)價(jià)2.1監(jiān)測(cè)工程及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置為了對(duì)路堤填筑及預(yù)壓過程中軟土路基的穩(wěn)定和變形進(jìn)展現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，討論砂井路基處理方案的軟土路基變形規(guī)律及其變形分析方法，研究砂井路基加固處理的有效性，以及在鋪筑路面和通車后，對(duì)試驗(yàn)段路基變形情況進(jìn)展跟蹤監(jiān)測(cè)，在

9、控制斷面上分別埋設(shè)了：測(cè)斜管，進(jìn)展道肩及坡腳的程度位移測(cè)量；分層沉降環(huán)，掌握路基各土層的沉降規(guī)律；沉降板及位移邊樁，用以監(jiān)測(cè)原路基外表的變形；孔隙水壓力計(jì)，測(cè)試路基中的孔隙水壓力，評(píng)價(jià)軟土路基處理的排水固結(jié)效果。圖2是K29000斷面地質(zhì)剖面及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖。圖中F6-1F6-9是分層沉降環(huán)，測(cè)量路基各土層的沉降量：S6-1和S6-2是沉降板，用以監(jiān)測(cè)路基坡腳和道肩的豎向變形；6-2和6-3是測(cè)斜管，進(jìn)展道肩及坡腳的程度位移測(cè)量；K6-1K6-8是孔壓計(jì)，用以測(cè)量路基中的孔隙水壓力。由于K29000試驗(yàn)斷面的路堤荷載是對(duì)稱的，所以，監(jiān)測(cè)儀器根本上只埋置在路堤一側(cè)。斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)工作于2022年4月3日開始，2022年7月15日埋設(shè)完畢，路堤填土期間每三天監(jiān)測(cè)一次，填土間歇期每周監(jiān)測(cè)，預(yù)壓