砂桩与预压技术在厚层软土路基施工中的应用

林学锦

（中铁十八局集团有限公司，天津 300222）

砂桩与预压技术在厚层软土路基施工中的应用

林学锦

（中铁十八局集团有限公司，天津 300222）

福建沿海公路福清滨海大通道，部分路段为海水养殖区域，覆盖层淤泥较厚，厚度在0-28m不等，含水率高，为保证道路路基施工质量，确保道路使用安全，经过设计单位及省内专家的研究和探讨，决定采用挤密砂桩竖向排水结合堆载预压的施工工艺，并取得了很好的成效.后期的工后沉降等各项数据均能满足设计规范要求，达到了预期的效果.

软土路基；施工工艺；挤密砂桩；预压；沉降

前言

软土路基在我国分布较广，主要在沿海地区、各大湖泊周边及长江淮河等河滩附近.目前对于软土路基的研究仍停留在初级阶段，软土路基的处理工艺成为国内广大工程建设者研究的课题，很多工艺还处于试验阶段，软土路基的处理是路基施工中的技术难点，尤其是淤泥层较厚的地质，其质量直接影响通车后运营的安全性和舒适性.

若采取不当的施工工艺，后期会产生路面开裂等病害问题，甚至返工处理.

1 工程概况

路线所穿越地貌为滨海冲海积平原地貌，表层多为人工填土，其它依次为淤泥、淤泥夹沙、粉质粘土，软土厚度在0-28m之间，呈深灰色，流塑状，含水量65%～75%，天然孔隙比大于1，地基承载力小于35Kpa.软土层厚度偏厚，含水量大且需要处理的路段长，采取

普通的表层处置和换填工艺，很难保证路基稳定，无法满足公路施工质量要求.经过研究探讨，决定采用挤密砂桩竖向排水结合堆载预压的施工工艺.

2 工艺原理及特点

2.1 工艺原理

首先在软土地基中施工挤密砂桩和砂垫层，然后进行路基填筑以及预压土方施工.由于受到上方路基及预压土方的压力，使软土中的孔隙水利用挤密砂作为竖向排水通道，砂垫层作为横向排水通道，将水排出至路基外.土体孔隙比缩小，也缩小了土体固结排水距离，抗剪强度加大，地基承载力提高，地基逐步固结稳定，工后沉降减少.砂桩起到了排水、挤密、置换的作用.

2.2 工艺特点

工艺特点是排水速度慢，路基沉降时间长，但是运营后路基整体稳定，病害少.砂桩的施工质量直接影响整个软基处理的效果，因此施工过程中要重点控制.

3 施工工艺

3.1 挤密砂桩施工

3.1.1 试验段施工

通过试验段的施工，检验砂桩长度、填砂量、提升速度、时间、电机工作电流等参数，根据试桩参数制定实施性施工工艺细则及标准，检验成桩施工工艺及施工方法.试验段施工成功后方可进入主体施工.

3.1.2 砂桩施工

砂桩施工采用振动沉管工艺，选用履带式振动沉桩机，或具有同等以上施工能力的机型，配套机具有：带活瓣桩尖的与砂桩同直径(50cm)的桩管、下料斗.桩间距为1.5m呈等边三角形布设，直径为50cm.材料选用渗透系数不小于5× 10-3cm/s，含泥量不大于3%，细度模数不小于3.0，渗水率较高的洁净中粗砂.主要工序流程如下：施工准备→实地布置桩位→桩机就位→开机振动沉管→灌砂振捣密实→拔管→关机移位.

（1）机具就位、桩管沉入

要有砂桩施工布桩平面图，图应注明桩位编号和设计、施工说明.场地桩位放样后，应做好记录及保护桩位标志，桩位与设计图误差不得大于5cm.根据测量放样的位置，机具准确就位.桩管沉入前，用红油漆将沉管深度标示于桩管上，控制沉管深度.活瓣桩尖的尖点对准砂桩桩位中心，中心偏差控制在±5cm以内；调整机架确保桩管垂直，垂直度控制在1%以内.启动振动器，以2～3m／min的速度使桩管边振动边下沉.下沉时，要注意沉管的垂直度，可用靠尺进行控制.

（2）灌砂

沉桩的同时，进行灌砂，采用人工拉动料斗进行加料，考虑到砂桩振动挤密后体积减小，砂顶标高下降，因此沉管顶应高出地面1m.为保证砂子的密实度，在管内灌满水后再灌砂，边加砂边加水.因前期钻探点的间距为50m一个，所以部分砂桩的设计桩长与实际有一定出入，为确保砂桩底部必须打穿软土层进入下卧层不小于0.5米，在砂桩施工中应采取灌砂量和桩机电流进行进行双向控制，确保桩身连续密实.

（3）拔管

在桩管内加入砂料后，边振动边缓慢拔出桩管，拔管速度控制在0.5m／min以内，边拔边补充砂子，将落入桩孔内的砂压实，确保每m灌砂量达到设计要求.单桩砂设计灌入量q=0.237*h（h为实际施打桩长）.为确保桩身质量，要严格控制拔管速度不宜过快，灌砂的数量及质量要满足要求.

（4）移机

沉管拔出后，及时清理带出的淤泥，并将周围的施工用水利用排水沟排出路基，确保工作面的整洁干燥，根据放样的测量点，移机到下一桩位.

（5）砂桩质量验收

砂桩质量验收的主控项目如下表：

项主控项目序号 项目 允许偏差或允许值 检测频率 检验方法1灌砂量 95% 100% 实际灌砂量与计算体积比2 桩身完整性 无断桩 总桩数的5% 静力触探3沉降量 ±1mm 每天1次 水平仪

目前国内对于桩身的完整性的检验，主要有重型动力触探和静力触探等，该工程采用静力触探检测方法.在检测的过程中发现，部分20多米以上的砂桩长度检测结果与实际存在出入.经过分析和现场验证，可能的原因是：①由于砂桩的垂直度允许偏差是1%，检测设备垂直度也存在偏差，两者叠加，导致未能测出实际桩长；②桩身质量不密实，周边受到挤压后产生断桩.为确保施工质量，对有争议的砂桩，可在周边进行补桩.

最后验收时应进行复合地基承载力试验，复合地基承载力试验不少于总桩数的0.5%.

3.2 横向排水系统施工

在砂桩顶部铺设2m厚的砂垫层作为横向排水通道，在砂垫层内部铺设一层土工格栅，使受力均匀，增强整体性.砂垫层两侧使用粘土作为包边，厚度2m，防止砂层流失，并间隔一定距离设置泄水孔.

3.3 路基填筑

路基填筑，可根据附近材料资源进行选择填料，按照正常路基施工方案进行施工，填筑过程中要进行侧向位移观测（测斜管）、沉降观测（沉降标）以及孔隙水压力变化（孔隙压力计），目的在于监控整个施工过程中路基的稳定性，控制填土速率，并推测工后沉降.监测频率可随着加载天数的增加，进行相应调整.

3.4 预压土方

预压土方可使用填土或者填砂，预压土方可采用等载或超载预压，等载预压施工高度＝路基设计高+预压期沉降量+路面换算土柱高度.预压过程中应及时追加土方，保证预压高度不变.该工程由于路基高度较低，能满足稳定要求，因此未设置反压护道.

预压期间，必须对垂直沉降绘制“沉降量-时间”关系曲线，发现异常应及时查明原因.并推算地基的最终固结变形量、不同时间的固结度和相应的变形量，以分析处理效果并为确定卸载时间提供依据.预压完成后，进行如下的检验，并同加固前进行对比：常规土工试验，检测含水量、土容重、孔隙比.静力触探强度试验，检测贯入阻力十字板抗剪强度试验.

3.4 沉降观测

工后沉降容许值一般路段不大于50cm，地基沉降量计算采用分层总和法，主固结沉降量采用e-p曲线法计算，总沉降量计算采用沉降系数修正法，沉降系数Ms取值为1.1～1.6.路基横断面上某点的工后沉降等于路基该点在现有固结压力状态下基准期内的总沉降减去该点在先前各固结压力下经历的固结沉降之和.

沉降及位移的观测应做到“四固定”（固定观测人员、固定仪器及水准尺、固定后观尺读数、固定测站及转点）.路堤施工期内观测精度±2mm，预压期及路面施工期内观测精度±1mm.预压期间加强观测，尤其在雨季.必须按规定妥善保存原始记录.

要求预压期未沉降速率连续两个月应小于5mm/月，同时推算的工后沉降小于设计容许值后，方可铺筑路面结构底基层.在堆载预压8个月后，现场监测取得路基监测点的沉降速率介于0.17～0.77mm/d之间，沉降有明显收敛，且沉降速率逐渐变缓，路基坡脚稳定.

4 施工注意事项

（1）涵洞、挡墙等路基附属结构，应该等路基沉降稳定后进行施工，否则可能出现因沉降引起开裂破坏.

（2）挤密砂桩沉管施工时，对周围环境的震动影响很大，应该时刻观测周围建筑物的变化，必要时采取相应的保护措施或拆除.

（3）桩机对净空要求高，施工区域内有电线、电话线等线路应提前迁移，并保证三通一平.

（4）因砂桩地基处理属隐蔽工程，出于施工控制及质量检测的考虑，应要求有详细的施工原始记录（数据真实性必须经过现场监理工程师的确认），并派专人进行全程旁站和作好拍摄照片或录象等实态记录.

5 结束语

综上所述，该施工工艺利用土力学原理，以挤密砂桩的竖向排水为主，结合预压、观测等手段，使基础固结，效果稳定.对于有充分施工时间的项目，可采用该工艺进行施工.当然工艺中仍然存在一些不足，需要我们去研究和发掘，比如砂桩上料可否采用自动装置，可自动上料又能准确计量用砂量？长桩桩身完整性的检测是否有更准确可靠的检验方法？这些问题将是后续研究工作的重点内容.

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TU74

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2017-01-10