江珠公路袋裝砂井軟基處理

袋裝砂井聯(lián)合砂墊層處理軟基摘要：在我國濱海的沖積平原，多為層厚、松軟的淤泥沉積物層，并夾有少量的腐泥或泥炭層。隨著高速公路的發(fā)展，面臨著路堤穩(wěn)定、工后沉降等系列問題。本文主要闡述廣東江珠高速公路在軟基處理中，袋裝砂井的施工應用及其成效。關鍵詞：高速公路、軟基處理、袋裝砂井、砂墊層。工程概況：江珠高速公路珠海段第九合同段（K43+234.855~K45+800）工程，本標段全長2.565km，其中路基總長為2.014km，大橋2座，涵洞7座。全標為整體式路基（詳見下圖）：圖1本標段處于江珠三角洲西江河口的沖積平原地區(qū)，軟土主要由水流緩慢淤積而成，形成年代比較久遠，沉積厚度一般較深。在漫長的沉積過程中，由于植物的腐爛，在軟土中有時夾有少量的腐泥或泥炭層。其中，上部濱海沖積淤泥、淤泥質土，層厚多在11.60~43.20m之間，多為高液限黏土夾低液限黏土及粉土，呈流塑、軟塑狀，具高壓縮性，承載力在50~100kPa之間，軟土層面埋藏淺，厚度大，分布穩(wěn)定，透水性差，具有易觸變性，易剪切滑動等不良工程地質特征。地表水入浸后易軟化，不宜作各類構筑物天然基礎的持力層。不同粒徑的沖積砂、礫砂、卵石，層厚多在3.50~22.4m之間。透鏡狀、層狀分布，呈松散、中密狀，承載力在200~400kPa，大部分厚度小，變化大，呈透鏡狀局部分布，在側向上存在相變?yōu)閬嗮ね痢⒎弁?，穩(wěn)定性差，大部分不宜作基礎持力層?？偟膩碚f，上部軟土呈流塑、軟塑狀，擾動易失水離析，具高壓縮性、高含水量、欠固結、高靈敏度、低強度，低承載力的特點，工程地質較差。底部殘積亞黏土，部分為低液限黏土或粉土，呈塑狀，承載力為100~180kPa，該層厚度變化大，層頂層底起伏變化大，且承載力低，不宜作構筑物基礎持力層。處治方法及選用：根據(jù)工程需要和地基本身的特點，軟土地基處理的理論和手段也在不斷發(fā)展。軟基處理方法很多，歸納起來有五大類，即：置換、排水固結、振動擠密、膠結和加筋（勁）等，細分起來約有70余種。在公路工程的實際施工中，除在一些試驗工程選用一些新的方法外，大多數(shù)的工程選用常規(guī)的、傳統(tǒng)的方法，即置換、固結排水和振動擠密等法。其特點是技術可靠、經濟適用、施工容易、效果顯著且不受時空限制，故得到推廣應用。每種方法都有它的適用范圍。由于具體工程條件千變萬化，對地基處理的要求不盡一致，施工部門采用的機具、當?shù)氐牟牧隙紩煌Ｒ虼吮仨氝M行具體分析，從地基條件、經濟效益、處理范圍、工程進度、材料機具等方面進行綜合考慮，以確定合適的處治方案。根據(jù)本標段的特點，按照經濟合理的原則。對于一般軟基地段采用“袋裝砂井+砂墊層+土工格柵”排水固結方法加固地基。對于涵洞、橋頭高路堤地段，采用CFG樁、水泥攪拌樁擠密復合地基及換填加筋等方法。本文重點闡述袋裝砂井處理方法在本標段軟基的應用、施工及成效。袋裝砂井排水法加固軟土路基的原理在含水量大、孔隙比大、壓縮性高、軟土深厚的軟土地基中打入砂袋作為排水通道以增加土層的排水途徑,縮短排水的距離（見圖2）。在上部荷載的作用下,產生的附加應力使土顆粒間的孔隙水通過插在軟土層中的砂井排出地層外面以達到土顆粒間位移密實,從而大大加速了地基的固結與沉降。減少壓縮性,降低孔隙比和含水量,增加土體密實度,在較短時間內達到較高的固結度,以提高軟土路基的承載力和抗剪能力,從而保證路堤和地基的穩(wěn)定。地基土層的排水固結效果與它的排水邊界有關。根據(jù)固結理論，軟粘土固結所需時間的長短與其相對排水距離的平方成正比。如果淤泥質土層厚度大于10～20m，要達到較大固結度U>80%，所需的時間要幾年至幾十年至久。為了加速固結，最為有效的方法是在天然土層中增加排水途徑，縮短排水距離，在天然地基中設置豎向排水體，如圖2所示。這時在路基土體荷載的作用下，土層中的空隙水主要通過砂井、經由砂墊層排出，縮短了路基工程的預壓期，在短期內達到了較好的固結效果，使沉降提前完成，加速地基土強度的增長。只要地基承載力提高的速率始終大于施工荷載增長的速率，就可以保證路基的穩(wěn)定性。圖2為了使從袋裝砂井豎向排出的水流處路基外，達到持續(xù)排水的效果，通常會在路堤和砂井頂部之間鋪設一定厚度的砂墊層，以起到增強排水和加固地基的作用。砂墊層質量很重要，它取決于砂粒大小和含泥量多少，一般以中、粗砂和含泥量少于3%為宜，同時又應注意其厚度和設置位置。目前厚度多控制在50—80cm，改變了過去僅用30cm。本標段采用的是80cm的砂墊層，其原因是地基原地面施工前雖經平整，但不一定理想，如出現(xiàn)凹凸不平，其厚度不盡如人意，為保證安全，應適當?shù)卦黾有┖穸取Ｍ瑫r為了使砂井和砂墊層之間形成良好的流通渠道，必須將部分砂井頭埋入砂墊層里面，一般以30cm為宜，這樣可充分發(fā)揮砂井的排水作用。施工工藝本標段砂井加固深度為25m,,砂井直徑為7cm，砂井按三角形布置，樁間距為1.1m~1.3m，砂墊層厚為80cm，砂井總工程量為1526167m。圖34.1施工準備施工機具：袋樁砂井施工機械主要是導管式振動打樁機，按行走方式分類有：履帶臂架式、有軌道門架式、吊機導架式等。其中，履帶式砂井機行走方便，操作簡單，施工方便，在本標段中便采用此類砂井機。材料選定：①砂袋：選用聚丙烯編制袋，抗拉強度應能保證承受砂袋自重，裝砂后砂袋的滲透系數(shù)應不小于砂的滲透系數(shù)；②砂：采用滲透系數(shù)較高的中、粗砂，大于0.5毫米的砂的含量宜占總量的50%以上，含泥量不應大于3%，滲透系數(shù)不應小于5×10-3cm/s。勞動力組織：袋裝砂井屬隱蔽工程,要求操作人員必須具有良好的施工經驗與操作技能,施工中每臺班勞力可按下表配置：序號工種數(shù)量備注1班長1

2司機1

3裝靴工1

4定位1

5普工4

4.2工藝流程：總體流程：排除地表水→整平原地面→鋪設下墊砂層→井位放樣→機具定位→打入套管→沉入砂袋→拔出套管→機具移位→依此施工完全部砂袋井后鋪設上層砂墊層。具體施工工藝圖見下圖：（1）清理平整場地：施工前應對軟基處理范圍測量放樣，并用挖溝機、推土機清理不符合要求的表土、樹根，對常年積水地表挖溝排水、曬干，并作好填前壓實。對水塘、魚塘淤泥層厚地段，由于地基經常浸水濕軟，含水量大，施工前應做好抽水清淤、清淤至水塘、魚塘底硬土層，防止因淤泥可能出現(xiàn)的路基盆形沉降、失穩(wěn)和沉降差等問題。并應按設計要求作好回填整平。（2）砂墊層施工：a、下層砂墊層厚度一般30cm為宜，寬度應寬出路基護坡道邊腳1.5米，防止因沉降將造成砂墊層不足，影響砂墊層排水沉降固結。兩側端應以砂包護砌或采有其他方式防護，以免砂料流失。在對場地進行碾壓平整后，即可進行砂墊層的分層碾壓攤鋪施工，每層的攤鋪厚度為30cm，并且在壓實好的層次上進行下層次的填筑時，應采用推進、整平、進料的方式填筑。b、砂墊層材料采用透水性好、潔凈、級配良好的中、粗砂，含泥量不應大于5%，滲透系數(shù)不小于10-3cm/s，細度模數(shù)大于2.5。中粗砂在軟基處理中作用是為袋裝砂井向上排水后，由砂墊層水平向外排水，為保證路基施工質量，必須控制中粗砂的質量滿足設計要求。（3）布樁及測量放線根據(jù)施工設計圖，按里程分段畫出布樁圖。布樁圖上應標明線路中心線、里程、路基底寬線、樁號和樁長等。（詳圖3）施打前，準確布樁，經檢查后方可進行施工，并在施工過程中經常檢查樁位，確保井距及整體布井位置準確。材料采集和試驗平整場地材料采集和試驗平整場地修筑預拱坡面修筑預拱坡面灌制砂袋攤鋪下層砂墊層灌制砂袋攤鋪下層砂墊層測量標定袋裝砂井位置測量標定袋裝砂井位置砂井機具就位砂井機具就位打補打入套管打補打入套管帶出0.5m以上砂袋損壞或沉入砂袋帶出0.5m以上砂袋損壞或沉入砂袋拔出套管拔出套管機具移位機具移位下根砂井埋砂袋頭下根砂井埋砂袋頭分段砂井施工完成后攤鋪上層砂墊層分段砂井施工完成后攤鋪上層砂墊層施工過程的常見問題及處理辦法:袋裝砂井施工期間常會出現(xiàn)問題有：袋裝砂井回袋、砂袋灌砂量不足、砂袋間距不符合要求、砂袋縮頸、斷裂。5.1袋裝砂井回袋本標段軟土層較厚，袋裝砂井處理深度達25m，底層是很厚的淤泥質粘性土層，深層袋裝砂井施工容易出現(xiàn)回袋（鋼套管在打入設計深度后，在提升的過程中，砂袋隨著鋼管的提升而上升的現(xiàn)象叫做“回袋”）。袋裝砂井回袋可采取以下辦法預防：（1）鋼管沉至設計深度后，往鋼套管內灌水以平衡管內外水壓，因為樁深，管底壓力大，容易將淤泥從管口壓入管內，為了減小管內壓力往管內灌水反壓，將減少淤泥進入管內造成回袋。（2）鋼套管蓋口不應過小或過大，過小或過大容易在沉樁過程中淤泥進入鋼套管，應將鋼套管蓋口控制在1mm空隙之內。（3）拔出鋼管時將砂袋吊在袋裝砂井機上，由于砂袋自重大，將砂袋直接放入鋼套管容易引起砂袋回袋、斷裂、破裂的質量問題，將砂袋垂直吊在袋裝砂井機上緩慢放入鋼套管，保證了砂袋的質量，防止拔管時回袋。5.2砂袋灌砂量不足砂袋的灌入砂宜采用天然級配良好中粗河砂，并保持風干狀態(tài)，以免袋內砂干燥后體積減小，造成砂袋砂井縮短或排水砂墊層不搭接的問題。不宜采用海砂，因海砂具有鹽度高、粘性大、吸濕性強、級配不均勻的特點，因而導致裝袋困難、不利于軟基排水固結，所以在施工中盡量避免使用海砂。砂袋灌砂使用灌砂機灌砂，人工鋪助抖實，導管拔出時如果發(fā)現(xiàn)砂袋頭量不足，需人工補灌。裝好后保證砂袋飽和密實、砂袋呈柱狀，砂袋應隨裝隨打，不應堆存過多過久，以免砂袋老化、松弛，更不宜在太陽底下暴曬，砂袋暴曬后容易松弛，無法滿足砂樁密實要求。砂袋灌砂應飽滿，砂袋灌砂率（r）按下式計算:式中：msd----實際灌入砂的質量（kg）;d、L----依序為砂井直徑、深度（mPd----中粗砂的干密度（kg/m3）5．3砂袋間距施工前嚴格按設計圖紙繪制布樁圖，并用硬膠條準確布樁，施工過程中應經常檢查樁位，確保樁距及整體布樁位置線形。打樁班組人員應固定，并盡量采用熟練操作工人，鋼套管下管時應由專人負責，保證砂袋間距符合設計要求。施工現(xiàn)場必須放出中線、邊線作布樁控制點，方便施工。5．4砂袋縮頸、斷裂砂袋頭應綁扎引袋，入井時操作人員應抓緊引袋，垂直緩慢地放入井內，拔鋼套管時，也應注意垂直起吊，以防止帶出或損壞砂袋。每條砂樁施打完畢后必須將現(xiàn)場淤泥清理干凈，保證砂袋留出孔口伸入砂墊層長度至少30cm。伸入砂墊層的砂袋要豎立，不得臥倒。使的砂井和砂墊層充分銜接，確保排水暢通。6．砂井的質量控制及檢驗（1）加強對材料的管理檢驗,按規(guī)定做好砂子質量和含泥量的控制。（2）打設套管前要檢查套管長度和直徑是否與設計相符,管內有無雜物,樁尖活動門開啟是否靈活,封閉是否良好。（3）施工中隨時檢查套管成孔位置,垂直度是否滿足設計要求,并檢查灌砂量是否符合理論計算值。（4）袋裝砂井軟基處理屬隱蔽工程，且通常是晝夜連續(xù)施工，應加強對施工工藝、樁長變化、砂袋灌砂質量進行嚴格監(jiān)控，確保工程質量。（5）砂井質量控制及檢驗應符合下表的規(guī)定項目單位允許偏差井距Cm±15井長Cm不小于設計井徑mm+10，0豎直度%1.5灌砂率%+5結論：在深層袋裝砂井施工完畢后，通過在上層的路堤填筑中沉降觀測顯示，袋裝砂井加快了土層中的空隙水豎向排出，縮短了軟土路基工程的預壓期，在短期內達到了較好的固結效果，使沉降提前完成；加速地基土強度的增長，保證了地基的穩(wěn)定性，充分說明“袋裝砂井+砂墊層”在本標段軟基處理上達到了預期的效果，是成功的。在科學技術日異發(fā)