袋装沙井在某高速公路软基处理中的应用

李宗华

摘 要：软土是指以水下沉积的软弱粘性土或淤泥为主的地层，有时也夹有少量的腐泥或泥炭层。本文主要是对某高速公路K20+030—K20+780段袋装砂井处理软土地基的方法进行了分析探讨。

关键词：软基处理;袋装砂井;施工工艺;应用

0 前言

软土其特性主要表现为天然含水量大、孔隙比大、压缩系数高、强度低，并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质，其危害性显而易见。因此应做好深入细致的工程地质勘探工作，根据地基土的工程特性及其所在项目的工期、造价、施工部位等情况，选用适当的处理措施。本文结合某高速公路的实践谈谈袋装砂井在道路软基处理中的应用。

1 工程概况

某高速公路K20+030—K20+780段路基位于不良地质段的软土地基上，软土厚6.2 m～6.8 m，软基地段均属海积平原区，地势平坦，已辟为农田。

2 软土路基的土层分布和力学指标

2.1 土层分布

施工阶段软土路基在深度方向上土层分布比较均匀，层次简单，地质岩性自上而下大致分为四层。

2.1.1 砂粘土硬壳层

厚1.0 m～4.0 m，软-硬塑。该土层含水量低，压缩小，强度较高，在较小荷载作用下，具有较强的抗变形能力，是較好的持力层。

2.1.2 淤泥质粘土层

厚6.2 m～6.8 m，饱和，含水量高达56.7%，呈流塑状态，高压缩性，低强度，很软弱，厚度变化大。该土层的物理力学性质最差，为路基稳定及变形的控制土层。

2.1.3 中粗砂层

中粗砂层层厚0 m～6.0 m，饱和，中密，局部间1 m～2.1 m厚的砂粘土层。

2.1.4 残积砂粘土

厚3.8 m～4.5 m，可塑，含砂量约为25%，为风化极严重的花岗岩残积而成，具有良好的承载能力。

3 袋装砂井加固原理

在含水量大、孔隙比大、压缩性高、软土深厚的软土地基中打入砂袋作为排水通道以增加土层的排水途径，缩短排水的距离。在上部荷载的作用下，产生的附加应力使土颖粒问的孔隙水通过插在软土层中的砂井排出地层外面以达到土颗粒间位移密实，从而大大加速了地基的固结与沉降。减少压缩性，降低孔隙比和含水量，增加土体密实度，在较短时间内达到较高的固结度，以提高软土路基的承载力和抗剪能力，从而保证路堤和地基的稳定。

3.1 袋装砂井的优点

袋装砂井与普通砂井相比具有显著的优点。

（1）袋装砂井能适应软土固结产生的地基变位，在受力时能与地基变形相协调，故砂井的连续性不会受到砂井错位、断颈等影响。

（2）袋装砂井直径大为缩小，目前我国采用直径多为7 cm，加固同样面积的土，袋装砂井的用砂量要比普通砂井少得多，能节省费用近半。

（3）袋装砂井施工机具轻便简单、效率高，一般每台班（8 h）可打设100根左右。

（4）袋装砂井打设时，排泥量较普通砂井要少，对土体扰动也小，施工比较便捷，对周围影响也小。

3.2 袋装砂井的选用

袋装砂井适用于软土地基处理，特别是用于软土地基中存在连续薄砂层时更为有效;但对于渗透性好的以及含有大量腐殖物的土效果不显著，不宜采用。在选择袋装砂井排水法加固地基时，需要注意原地基的固结状态。如在先期固结压力（原已压密稳定的最大压力）已超过设计堆载压力值时，加载就不可能产生超静水压，砂井即无排水效果;如先期固结压力值达到加载的一部分时，则堆载在该部分作用下砂井亦无排水效果。对于灵敏度高的软土采用砂井法时，要注意其融变性，特别是采用封底钢管冲击法（或振动法）施工时，土体结构受机械扰动而破坏，打井后短期内反会使强度降低。

根据该高速公路的工期、投资、高等级公路的质量要求，本项目K20+030—K20+780路段拟采用“袋装砂井+双层土工隔栅+等载预压+反压护道”的方法。

3.3 袋装砂井的布置

袋装砂井直径7 cm，等边三角形布置，间距0.9 m，长度9.0 m（根据现场实际地质情况及监理要求加长）。

4 机具选配

4.1 主要机具选配

袋装砂井施工选用SZJ-20型袋装砂井机施工。

4.2 配套设备

（1）灌砂袋设备：采用的有门式机械振动灌砂袋三角架。

（2）成孔套管：所用套管应为无缝钢管，内径比砂袋稍大，内壁光洁。其长度、刚度要与设计的袋装砂井相适应。当打桩架高度不够时，套管可分节接长（可采用法兰盘连接）。

（3）桩尖与桩帽：桩尖采用在导管端口设置一活瓣封门，利用套管内砂袋的压力将其顶开，随套管拔出，可多次使用。桩帽可根据套管直径与桩锤型号加工配套。桩尖与桩帽都要有一定的密封性，防止套管内进入泥浆等杂物。

5 袋装砂井施工工艺

5.1 施工准备

按设计文件要求选购合格的砂袋。对拟采用的中、粗砂进行试验，确保满足规范要求。

做好材料、机械进场的道路维修、场地平整。选用SZJ20型袋装砂井机施工。其施工工艺流程如下：

整平砂垫层→测量放线→机具定位→打入套管→裁制砂袋灌砂成孔沉入砂袋→振动拔管二次补灌扎袋口→移机施打下一根砂井。

5.2 放样布桩

按设计图纸设计间距、布置形式布桩。

5.3 裁制砂袋

根据设计深度9.0 m，外露长度20 cm和两头打结长度各30 cm，砂袋裁制长度为9.8 m。

5.4 灌砂

砂井用砂应采用风干的中粗砂。采用灌砂机灌砂、机械吊振，吊振后剩余空袋用人工二次补灌，以免出现断桩，影响排水效果。

5.5 成孔

桩管下沉到设计深度，桩管插入地基时应严格控制垂直度和桩位，垂直度小于1.5%，桩位偏差应小于15 cm。

5.6 下沉砂袋

为保持排水畅通，下沉砂袋时应防止砂袋扭曲、撕破和污染。在桩管内穿一根与桩管等长的钢丝绳，将砂袋一头拴在钢丝绳上，慢慢下沉。桩管内壁附着淤泥应用清水冲洗，以减小对砂袋的涂抹。

5.7 振动拔管

拔管时应防止砂袋回带，桩管要垂直起吊防止砂袋回带或被损坏。

5.8 二次补灌

拔管后立即对桩头空袋用人工补灌，并扎好袋口。

5.9 移机施打下一根

袋装砂井施工完毕，经检查符合设计后，按设计要求埋设袋头、沉降和稳定测量元件，并将砂垫层整平、洒水冲实。

5.10 质量保证措施

（1）按设计要求和有关标准验收材料，严把质量关。

（2）建立完整的质量保证体系，实行全面质量管理。

（3）灌制砂袋后，检查灌制的砂袋是否饱满，灌砂量是否符合理论计算值，外观有无裂缝，缩颈或鼓包现象。砂袋灌砂后，露天堆放应有遮盖，切忌长时间暴晒，以免砂袋老化。砂袋运输、堆放必须保持砂袋顺直畅通，并保证不要损坏。

（4）按0.9 m的间距呈等边三角形测量及布设井位桩。机具调整定位时要保证锤中心与地面点位在同一点上，并用经纬仪观测，控制导向架的垂直度。

（5）为控制砂井的设计入土深度，在钢套管上应划出标尺。开始施打时落锤要轻缓，防止套管突然偏斜，接近标高时，控制锤击频率，防止超深。

（6）下放砂袋时必须将整个砂袋吊起，从端部放入管口，徐徐下放，防止砂袋扭结、断裂和砂袋磨损。

（7）套管拔出后，砂袋按设计要求露出孔口至少

20 cm。对已施设的袋装砂井，若砂袋不满，应及时向袋内补砂。

（8）在施工中，对每道工序，每个工种，每个操作工人，作到质量工作“三个落实”即：

①施工前，施工管理人员必须对施工班组进行书面技术交底，每个操作人员，明确操作要点及质量要求。

②施工过程中施工管理人员必须随时检查指导施工，制订工序流程图，确定关键工序和特殊工序的关键点，进行连续监控，对比分析质量偏差，及时纠正质量问题，把质量隐患消灭在施工过程中。

③每道工序施工结束后，要及时组织质量检查评比，进行工序交接，上道工序质量不合格，下道工序不得开始，并根据检查结果对施工班组及操作人员进行相应奖罚，强化施工人员的质量意识。

5.11 堆载预压

堆载预压与袋装砂井为软基同步，预压处理路段累计长750 m，堆载土方43 175 m3。预压高度为预压期沉降量+路面与路堤填料密度的等效厚度差，预压处理地段路堤基底铺设50 cm厚砂垫层，砂垫层提前14天，将监测原始记录、沉降记录汇总表、沉降曲线图等相关资料以及完成预压期的分析报告，报监理工程师批准。预压处理的预压期采用沉降量与预压时间双控，预压期可根据沉降观测结果在监理工程师的指示下确定是否应予以延长。

5.12 沉降观测

软土路基从开始填筑起直至路面施工前，必须对路基沉降与变形进行连续观测，保证预压期内沉降量达到设计要求。

沉降观测点按设计要求布设，路基填筑施工期每填筑一层观测一次，路堤填高超过极限高度之后，每天需观测一次，因故停止施工，每三天观测一次，若两次填筑时间间隔较长，每三天观测一次;路基预压期第一个月每三天观测一次，第二至第三个月每七天观测一次，第四个月起每半个月观测一次。

5.13 卸载

通过以上所述袋装砂井处理方式，该路段在进行卸载前得到以下数据：累计沉降量达到83.6%;沉降速度为0.3 mm/d;理论计算地基的总固结度达到了85%;累计堆载时间为195天。该段软基处理达到了预期的效果，且经济上、工期上、质量上都满足了施工要求，取得较好的效果。

6 结束语

在科学技术日异发展的今天，处理软基的新方法及新工艺越来越多，但由于各种新型的排水固结法的施工工艺还不够完善，施工中存在质量控制难等一系列问题，所以袋装砂井在公路建设中被认为是一种软土路基加固的好方法。而且被廣泛应用在加固软土路基中。施工中若能严格按照施工工艺与质量控制要求合理施工，选用较为适宜的打桩设备，砂井施工效果就更好，经济效益也就更高，也易保证较好的施工质量。

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