砂桩堆载预压法在公路软基处理中的应用

周 昌 雄

(中铁五局机械化公司，湖南 长沙 430117)

0 引言

近年来，随着我国沿海经济的高速发展，对土地资源的需求日益增大，临海口采用吹填砂人工围海造地、兴建港口及码头等方式来扩大城市规模，而临海区主要以软土为主，软土地基处理的好坏直接影响公路的使用寿命，为了满足地区的发展必须建设好四通八达的交通网，软基上修建公路的难题就成为当前研究的热点。而砂桩堆载预压处理技术作为软基处理的一种方法，非常适用于沿海地区含水量高的滩涂吹填路段的软基处理，对提高地基承载力和减少地基沉降方面有非常好的效果[1]。在公路建设当中使用可以满足公路软土地基的验收标准，在国内外也得到了广泛的应用[2,3]。砂桩堆载预压处理技术与其他常见软基处理方式如水泥搅拌桩[4]、CFG桩钢管桩[5]相比，施工简便快捷，且可以利用当地丰富砂料资源，具有较高的经济性。因此，结合滨海东大道项目，对该项目中采用的砂桩堆载预压软基处理方式进行分析，并将其施工方案要领及其质量控制要点进行阐述，对同类工程项目提供一定的参考和借鉴。

1 地基加固原理

砂桩堆载预压法[6]的加固原理主要靠振动沉管机把套管打入规定的设计深度，挤密套管周围土体后，灌入中粗砂，缓慢提升及反插、振动密实成桩，且在桩的顶部设置砂碎垫层及纵横向盲沟，形成由砂桩、砂碎垫层及盲沟纵横向的排水系统，再通过在砂碎垫层的上部进行土方堆载预压，增加地基土壤中的附加应力，让土壤中的水分能有效地通过砂桩和砂碎垫层排出去，使砂桩周围的软基土排水固结，大大提高地基承载力，而且对减少地基沉降有较好的作用。

2 工程实例

滨海东大道(翔安东路—莲河段)公路一标段路基绝大部分处于先期吹填造地存在软基土，先期处理方式采用真空预压，经处理后地质情况依次为素填土、填砂、淤泥、淤泥质粘土、残积砂质粘性土，地表地基承载力在60 kPa以上。考虑到该段路基软基处理工期较宽松，故采用工期较长、造价较低的砂桩堆载预压复合地基处理方案，经处理后复合地基承载力可以满足不小于85 kPa的设计要求。

2.1 砂桩堆载预压处理的设计

在设计砂桩堆载预压处理时，要依据地质情况，地下水位高程、工期、堆载土方来源、工程造价等，合理确定桩间距、堆载时间、堆载高度等关键参数，综合考虑以上因素，砂桩设计采用桩径0.5 m，间距1.8 m，正方形布置，堆载高度为路面顶高程加高2 m，堆载时间不小于6个月，且工后沉降满足要求方可卸载。

2.2 砂桩堆载预压的施工

1)砂桩施工顺序。由于本标段砂桩数量大，施工前应将先后施工顺序编号，绘制布置图，根据进度安排，配置足够数量的桩基，分段施工，砂桩施工顺序采用从路基两侧向中间推移并不断向前推进，且要跳跃间打相邻两根桩。

2)砂桩施工工艺。挤密砂桩施工流程如下：平整打桩场地→测量放样→机具定位、打桩机进行垂直度调整→沉管→桩管灌砂(灌满)→振动并提升桩管→机具移位进行下一根桩施工。

移动桩基就位，先进行对中调平，校正桩管垂直度，且垂直度不小于1.5%；检查钻杆长度，并在钻塔旁用红油漆标记深度线，确保桩身设计长度。准备工作完成后，在桩点位处堆少量的砂，以利于沉管对中；用振动沉桩机振动下沉至桩底标高。

到达设计桩底标高后，稍提升桩管使桩尖打开，停止振动，桩管内加足水量，使砂料呈饱和水状态，开始上料，一次上足或分两次投料，亦可超量投砂。

为使桩管内投入砂料密实，在启动拔管前先振动1 min，然后边振动边均匀缓慢提升桩管，提升速度控制在1 m/min～1.5 m/min，每提升1.0 m留振30 s。

当拔出桩管的一半长度时，边加水边加剩余的投料，直至装满为止；边振动边继续加水，直至桩管提升至孔口。

在提升及反插过程中注意速度的均匀性，反插深度由深到浅，每根桩在保证桩长和灌入砂量的前提下，反插次数不少于5次，做到沉管每提升1.0 m反插一次，并根据成桩过程进行施工调整，保证成桩桩顶标高以及灌砂量满足设计要求。完成该桩灌砂量，桩管提至地面，桩管移到下一桩位。

3)排水垫层施工。在砂桩施工完毕后，开挖至设计桩顶标高，清理桩头覆盖淤泥等杂物，以免影响砂桩透水效果。基底清理完毕后，将拌制好的3∶7的砂碎石分层铺筑在砂桩顶面，为了保证预压后地下水的排水，沿线路方向每隔50 m设置一道盲沟，将水排至盲沟两端集水井，再通过排水沟排至路基以外。

4)采取分层堆载预压。通过堆载预压，加速路基的基底和路基本体下沉，降低空隙比和含水量，提高土体密实度，减小路基工后沉降量，确保路基的承载力和稳定性。加载过程应分级进行，以保证每级荷载下地基的稳定性。预压土填筑过程要严格控制每层厚度，采用中型碾压机具压实，确保在填筑后压实度不小于80%。预压土超载填筑过程中加强沉降观测，当变形过大时，应暂停加载，待查明原因及稳定后，方可继续加载，分层填至顶面标高，经验收合格后并进行监测。

5)卸载。根据沉降观测数据进行工后沉降分析，结果同时满足三项设计要求：砂桩段预压期不小于6个月、由监测数据推算的工后沉降量小于设计容许值、连续2个月观测的沉降量每月不超过5 mm，方可进行卸载施工。

2.3 砂桩堆载预压质量检测

施工过程及施工后需检验砂桩施工质量、验证软基处理是否达到设计预期要求，并确定卸载时间，所以砂桩施工质量是软基处理好坏的关键因素。施工时需对桩距、桩径、桩长、灌砂量等指标进行严格控制外，需对桩体的砂密实状态、单桩复合地基承载力等指标进行检测。

1)砂桩要求桩体的连续性及密实状态，检测的方法一般用动探Ⅱ型，检测频率控制在1%以内。以每贯入30 cm的锤击数不小于标准值为合格。

2)单桩复合地基承载力静载试验，试验频率视工程大小而定，考虑砂桩的挤密作用，砂桩复合地基承载力按70 kPa控制。砂桩打设完成，并静置28 d后进行，每级荷载增量均为17.5 kPa，分8级加载，最大试验荷载加至140 kPa，P—S(荷载—沉降)曲线为平缓的光滑曲线，即满足设计要求。

3)卸载后进行土工试验，包括相对密度、天然含水量、天然孔隙比、饱和度、塑限、液限等，对比加固前后土工试验结果，得出加固后淤泥的力学性质改变情况及加固效果。

3 砂桩堆载预压处理质量控制要点

砂桩的挤密、置换及排水固结作用，通过堆载预压后可达到90%以上的固结度，从而较好地改变软弱地基以满足地基承载力要求，假如施工不当或技术要领把握不好，极易留下质量隐患，严重影响处理效果，所以施工过程中需注意以下几点：

1)砂料控制：砂料进场前按验标要求进行检验，材料采用天然湿砂，颗粒细度模数大于3，含泥量不大于3%，渗透系数不小于0.05 cm/s。检测合格后方可使用。

2)桩孔内填料量严格按桩孔体积乘以充盈系数确定，其中充盈系数暂定1.3(最终以试桩参数为准)。施工过程中若地面出现沉降或隆起，可根据实际情况调整填料量。

3)施工过程中应严格保持打桩机机架稳固可靠，套管上下移动的导轨应保持垂直，宜采用经纬仪随时校准其垂直度，保证桩身竖直度。

4)砂桩施工过程中地面下1 m～2 m土层应采用超量投砂，并通过压挤提高表层砂的密实程度，当砂桩实际灌砂量未达到设计用量时，应在原位将桩打入，补充灌砂后复打一次，或在旁边补桩。

5)施工过程中要严格按照施工工艺要求控制拔管高度和拔管进度，保证桩身的连续性，同时应避免反插深度有误、塌孔、卡管活页打不开等出现断桩现象，如不慎形成断桩，必须在旁边补桩。

6)砂桩施工完毕后开挖出桩头，并清理砂桩顶部，不得有淤泥杂质附着在上面，保证砂桩顶质量及透水性能，以便利于堆载预压排水效果。

4 结语

1)阐述了砂桩堆载预压的基本原理，提出采取砂桩+堆载预压处理的详细设计方案；

2)设计具体的施工流程，包括砂桩施工顺序、施工工艺、排水垫层施工、采取分层堆载预压及卸载过程；

3)通过检验砂桩施工质量、证明软基处理能达到设计预期要求，力学性质得到良好的改善，加固效果明显；

4)从灌砂量、桩管竖直度、断桩等施工可能出现的问题，提出了砂桩堆载预压过程中的控制要点。