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(guó)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(wèn)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(yīng)用及其成效。關(guān)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(biāo)段全長(zhǎng)2.565km，其中路基總長(zhǎng)為2.014km，大橋2座，涵洞7座。全標(biāo)為整體式路基（詳見(jiàn)下圖）：圖1本標(biāo)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(yuǎn)，沉積厚度一般較深。在漫長(zhǎng)的沉積過(guò)程中，由于植物的腐爛，在軟土中有時(shí)夾有少量的腐泥或泥炭層。其中，上部濱海沖積淤泥、淤泥質(zhì)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(dòng)等不良工程地質(zhì)特征。地表水入浸后易軟化，不宜作各類(lèi)構(gòu)筑物天然基礎(chǔ)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(cè)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(chǔ)持力層?？偟膩?lái)說(shuō)，上部軟土呈流塑、軟塑狀，擾動(dòng)易失水離析，具高壓縮性、高含水量、欠固結(jié)、高靈敏度、低強(qiáng)度，低承載力的特點(diǎn)，工程地質(zhì)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(gòu)筑物基礎(chǔ)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(diǎn)，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(lái)有五大類(lèi)，即：置換、排水固結(jié)、振動(dòng)擠密、膠結(jié)和加筋（勁）等，細(xì)分起來(lái)約有70余種。在公路工程的實(shí)際施工中，除在一些試驗(yàn)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(jié)排水和振動(dòng)擠密等法。其特點(diǎn)是技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)適用、施工容易、效果顯著且不受時(shí)空限制，故得到推廣應(yīng)用。每種方法都有它的適用范圍。由于具體工程條件千變?nèi)f化，對(duì)地基處理的要求不盡一致，施工部門(mén)采用的機(jī)具、當(dāng)?shù)氐牟牧隙紩?huì)不同。因此必須進(jìn)行具體分析，從地基條件、經(jīng)濟(jì)效益、處理范圍、工程進(jìn)度、材料機(jī)具等方面進(jìn)行綜合考慮，以確定合適的處治方案。根據(jù)本標(biāo)段的特點(diǎn)，按照經(jīng)濟(jì)合理的原則。對(duì)于一般軟基地段采用“袋裝砂井+砂墊層+土工格柵”排水固結(jié)方法加固地基。對(duì)于涵洞、橋頭高路堤地段，采用CFG樁、水泥攪拌樁擠密復(fù)合地基及換填加筋等方法。本文重點(diǎn)闡述袋裝砂井處理方法在本標(biāo)段軟基的應(yīng)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(jiàn)圖2）。在上部荷載的作用下,產(chǎn)生的附加應(yīng)力使土顆粒間的孔隙水通過(guò)插在軟土層中的砂井排出地層外面以達(dá)到土顆粒間位移密實(shí),從而大大加速了地基的固結(jié)與沉降。減少壓縮性,降低孔隙比和含水量,增加土體密實(shí)度,在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的固結(jié)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(jié)效果與它的排水邊界有關(guān)。根據(jù)固結(jié)理論，軟粘土固結(jié)所需時(shí)間的長(zhǎng)短與其相對(duì)排水距離的平方成正比。如果淤泥質(zhì)土層厚度大于10～20m，要達(dá)到較大固結(jié)度U>80%，所需的時(shí)間要幾年至幾十年至久。為了加速固結(jié)，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(shè)置豎向排水體，如圖2所示。這時(shí)在路基土體荷載的作用下，土層中的空隙水主要通過(guò)砂井、經(jīng)由砂墊層排出，縮短了路基工程的預(yù)壓期，在短期內(nèi)達(dá)到了較好的固結(jié)效果，使沉降提前完成，加速地基土強(qiáng)度的增長(zhǎng)。只要地基承載力提高的速率始終大于施工荷載增長(zhǎng)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(dá)到持續(xù)排水的效果，通常會(huì)在路堤和砂井頂部之間鋪設(shè)一定厚度的砂墊層，以起到增強(qiáng)排水和加固地基的作用。砂墊層質(zhì)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(shí)又應(yīng)注意其厚度和設(shè)置位置。目前厚度多控制在50—80cm，改變了過(guò)去僅用30cm。本標(biāo)段采用的是80cm的砂墊層，其原因是地基原地面施工前雖經(jīng)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(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾有┖穸?。同時(shí)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(biāo)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(zhǔn)備施工機(jī)具：袋樁砂井施工機(jī)械主要是導(dǎo)管式振動(dòng)打樁機(jī)，按行走方式分類(lèi)有：履帶臂架式、有軌道門(mén)架式、吊機(jī)導(dǎo)架式等。其中，履帶式砂井機(jī)行走方便，操作簡(jiǎn)單，施工方便，在本標(biāo)段中便采用此類(lèi)砂井機(jī)。材料選定：①砂袋：選用聚丙烯編制袋，抗拉強(qiáng)度應(yīng)能保證承受砂袋自重，裝砂后砂袋的滲透系數(shù)應(yīng)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(yīng)大于3%，滲透系數(shù)不應(yīng)小于5×10-3cm/s。勞動(dòng)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(jīng)驗(yàn)與操作技能,施工中每臺(tái)班勞力可按下表配置：序號(hào)工種數(shù)量備注1班長(zhǎng)1

2司機(jī)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(shè)下墊砂層→井位放樣→機(jī)具定位→打入套管→沉入砂袋→拔出套管→機(jī)具移位→依此施工完全部砂袋井后鋪設(shè)上層砂墊層。具體施工工藝圖見(jiàn)下圖：（1）清理平整場(chǎng)地：施工前應(yīng)對(duì)軟基處理范圍測(cè)量放樣，并用挖溝機(jī)、推土機(jī)清理不符合要求的表土、樹(shù)根，對(duì)常年積水地表挖溝排水、曬干，并作好填前壓實(shí)。對(duì)水塘、魚(yú)塘淤泥層厚地段，由于地基經(jīng)常浸水濕軟，含水量大，施工前應(yīng)做好抽水清淤、清淤至水塘、魚(yú)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(wèn)題。并應(yīng)按設(shè)計(jì)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(yīng)寬出路基護(hù)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(jié)。兩側(cè)端應(yīng)以砂包護(hù)砌或采有其他方式防護(hù)，以免砂料流失。在對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行碾壓平整后，即可進(jìn)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(shí)好的層次上進(jìn)行下層次的填筑時(shí)，應(yīng)采用推進(jìn)、整平、進(jìn)料的方式填筑。b、砂墊層材料采用透水性好、潔凈、級(jí)配良好的中、粗砂，含泥量不應(yīng)大于5%，滲透系數(shù)不小于10-3cm/s，細(xì)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(zhì)量，必須控制中粗砂的質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（3）布樁及測(cè)量放線(xiàn)根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖，按里程分段畫(huà)出布樁圖。布樁圖上應(yīng)標(biāo)明線(xiàn)路中心線(xiàn)、里程、路基底寬線(xiàn)、樁號(hào)和樁長(zhǎng)等。（詳圖3）施打前，準(zhǔn)確布樁，經(jīng)檢查后方可進(jìn)行施工，并在施工過(guò)程中經(jīng)常檢查樁位，確保井距及整體布井位置準(zhǔn)確。材料采集和試驗(yàn)平整場(chǎng)地材料采集和試驗(yàn)平整場(chǎng)地修筑預(yù)拱坡面修筑預(yù)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(cè)量標(biāo)定袋裝砂井位置測(cè)量標(biāo)定袋裝砂井位置砂井機(jī)具就位砂井機(jī)具就位打補(bǔ)打入套管打補(bǔ)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(jī)具移位機(jī)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(guò)程的常見(jiàn)問(wèn)題及處理辦法:袋裝砂井施工期間常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)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(biāo)段軟土層較厚，袋裝砂井處理深度達(dá)25m，底層是很厚的淤泥質(zhì)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(shè)計(jì)深度后，在提升的過(guò)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(yù)防：（1）鋼管沉至設(shè)計(jì)深度后，往鋼套管內(nèi)灌水以平衡管內(nèi)外水壓，因?yàn)闃渡?，管底壓力大，容易將淤泥從管口壓入管?nèi)，為了減小管內(nèi)壓力往管內(nèi)灌水反壓，將減少淤泥進(jìn)入管內(nèi)造成回袋。（2）鋼套管蓋口不應(yīng)過(guò)小或過(guò)大，過(guò)小或過(guò)大容易在沉樁過(guò)程中淤泥進(jìn)入鋼套管，應(yīng)將鋼套管蓋口控制在1mm空隙之內(nèi)。（3）拔出鋼管時(shí)將砂袋吊在袋裝砂井機(jī)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(zhì)量問(wèn)題，將砂袋垂直吊在袋裝砂井機(jī)上緩慢放入鋼套管，保證了砂袋的質(zhì)量，防止拔管時(shí)回袋。5.2砂袋灌砂量不足砂袋的灌入砂宜采用天然級(jí)配良好中粗河砂，并保持風(fēng)干狀態(tài)，以免袋內(nèi)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(wèn)題。不宜采用海砂，因海砂具有鹽度高、粘性大、吸濕性強(qiáng)、級(jí)配不均勻的特點(diǎn)，因而導(dǎo)致裝袋困難、不利于軟基排水固結(jié)，所以在施工中盡量避免使用海砂。砂袋灌砂使用灌砂機(jī)灌砂，人工鋪助抖實(shí)，導(dǎo)管拔出時(shí)如果發(fā)現(xiàn)砂袋頭量不足，需人工補(bǔ)灌。裝好后保證砂袋飽和密實(shí)、砂袋呈柱狀，砂袋應(yīng)隨裝隨打，不應(yīng)堆存過(guò)多過(guò)久，以免砂袋老化、松弛，更不宜在太陽(yáng)底下暴曬，砂袋暴曬后容易松弛，無(wú)法滿(mǎn)足砂樁密實(shí)要求。砂袋灌砂應(yīng)飽滿(mǎn)，砂袋灌砂率（r）按下式計(jì)算:式中：msd----實(shí)際灌入砂的質(zhì)量（kg）;d、L----依序?yàn)樯熬睆健⑸疃龋╩Pd----中粗砂的干密度（kg/m3）5．3砂袋間距施工前嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙繪制布樁圖，并用硬膠條準(zhǔn)確布樁，施工過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查樁位，確保樁距及整體布樁位置線(xiàn)形。打樁班組人員應(yīng)固定，并盡量采用熟練操作工人，鋼套管下管時(shí)應(yīng)由專(zhuān)人負(fù)責(zé)，保證砂袋間距符合設(shè)計(jì)要求。施工現(xiàn)場(chǎng)必須放出中線(xiàn)、邊線(xiàn)作布樁控制點(diǎn)，方便施工。5．4砂袋縮頸、斷裂砂袋頭應(yīng)綁扎引袋，入井時(shí)操作人員應(yīng)抓緊引袋，垂直緩慢地放入井內(nèi)，拔鋼套管時(shí)，也應(yīng)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(chǎng)淤泥清理干凈，保證砂袋留出孔口伸入砂墊層長(zhǎng)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(zhì)量控制及檢驗(yàn)（1）加強(qiáng)對(duì)材料的管理檢驗(yàn),按規(guī)定做好砂子質(zhì)量和含泥量的控制。（2）打設(shè)套管前要檢查套管長(zhǎng)度和直徑是否與設(shè)計(jì)相符,管內(nèi)有無(wú)雜物,樁尖活動(dòng)門(mén)開(kāi)啟是否靈活,封閉是否良好。（3）施工中隨時(shí)檢查套管成孔位置,垂直度是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,并檢查灌砂量是否符合理論計(jì)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(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工工藝、樁長(zhǎng)變化、砂袋灌砂質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，確保工程質(zhì)量。（5）砂井質(zhì)量控制及檢驗(yàn)應(yīng)符合下表的規(guī)定項(xiàng)目單位允許偏差井距Cm±15井長(zhǎng)Cm不小于設(shè)計(jì)井徑mm+10，0豎直度%1.5灌砂率%+5結(jié)論：在深層袋裝砂井施工完畢后，通過(guò)在上層的路堤填筑中沉降觀測(cè)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(yù)壓期，在短期內(nèi)達(dá)到了較好的固結(jié)效果，使沉降提前完成；加速地基土強(qiáng)度的增長(zhǎng)，保證了地基的穩(wěn)定性，充分說(shuō)明“袋裝砂井+砂墊層”在本標(biāo)段軟基處理上達(dá)到了預(yù)期的效果，是成功的。在科學(xué)技術(shù)日異發(fā)