袋裝砂井在軟土路基中的技術應用

胡德鋒

摘要:本文結合廣東省某高速公路軟基處理的工程實例,闡述運用堆載預壓結合袋裝砂井進行軟土路基處理的原理,介紹砂墊層、袋裝砂井的施工方法、原材料及施工過程的控制措施,這些控制措施有效地保證砂墊層、袋裝砂井的施工質量,從而保證了軟基處理的效果。

關鍵詞:軟基處理;袋裝砂井;施工要求;注意事項

1 工程概況

本施工標段為廣東省某高速公路,設計時速為100km/h,雙向六車道,本標段的不良地質主要是軟土,軟土埋深一般在2.0～6.0米,軟土層厚度多在10.0～25.0米之間,局部埋深達40米左右,軟土中多含砂層和薄亞粘土層或淤泥與砂互層狀分布,經統計分析本標段軟土的含水量高,一般為35.3%～80.1%;壓縮性大,α0.1～0.2一般為0.52～1.89MPa-1;強度低,標貫擊數一般為1～6擊,天然地基承載力一般為60～80KPa;空隙比大,一般為1.01～1.75,局部路段達2.0以上;固結系數CV一般為10-4～10-3cm2/s量級,針對本標段軟弱土層具有含水量高、壓縮性高、強度低、透水性差及相當埋藏深厚的特點,對于路堤采用堆載預壓結合袋裝砂井進行處理,本文主要介紹砂墊層、袋裝砂井的施工工藝及質量管理與控制。

2 堆載預壓結合袋裝砂井處理軟土路基的原理

堆載預壓結合袋裝砂井處理軟基是排水固結法的一種,其目的是通過排水系統與荷載加壓系統的共同作用將土中的孔隙水排出、在預壓期內完成設計要求的沉降量、提高軟土地基的強度。

在軟土地基中鉆孔,將袋裝砂井沉入孔中,并在其頂部鋪設砂墊層,構成了由豎向排水體與水平排水體組成的地基排水系統,改變了地基排水條件,增加孔隙水的排出途徑,縮短地基中孔隙水的排水距離,在填土路堤的荷載作用下通過豎向設置袋裝砂井把軟土的孔隙水排至砂墊層而排出,土體孔隙變小,土體密實,土中的有效應力不斷增加,土體固結,抗剪強度不斷增長,提高了軟土地基的承載力和穩定性,同時也減少了土體的壓縮性,消除沉降量,在使用期不致產生有害的沉降。

3 砂墊層的施工及技術措施

鋪設水平排水砂墊層使預壓過程中進入砂墊層的空隙水迅速的排出,土層的固結能正常進行,防止土顆粒堵塞排水系統,并起到持力層的作用,因此鋪設水平排水砂墊層是保證處理軟基的效果主要的環節之一。

排水砂墊層的施工要點是:整平原地面回填調平層并分層碾壓密實,壓實度不小于85%;排水砂墊層的平面尺寸和厚度符合設計要求以滿足其作用;鋪設在調平層上的砂墊層必須與袋裝砂井相連,不允許有雜物堵塞或割斷相連處;不得將泥土或其它雜物混入砂墊層中;透水土工布沿路線縱斷面方向鋪設并反包寬出路基兩側的砂墊層。

排水砂墊層的鋪設方法:本工程采用機械法鋪設,按設計厚度的1.2～1.3倍一次填筑,常規的壓實方法對砂墊層壓實意義不大及砂墊層的壓縮量可在袋裝砂井施工期間完成,故未對砂墊層分層碾壓。

4 袋裝砂井的施工

在軟基中設置豎向排水體大大縮短了排水距離,加速地基的固結過程,在填土荷載的作用下,預壓期內達到設計所要求的沉降量,因此設置豎向排水體是保證軟基處理效果的又一主要環節。

4.1 袋裝砂井試打

每一施工段落開工前在鋪設的砂墊層上進行試打以確定該段落袋裝砂井的施工長度。

在施工段落范圍內每50米試打一個斷面,在每個斷面的左、中、右位置各試打一個點,左、右幅分別以相鄰斷面4個點(左側兩個值及中間兩個值或右側兩個值及中間兩個值)的平均值做為左右區域的試打長度,根據各斷面的試打長度確定該施工段落袋裝砂井的施工長度。

4.2 袋裝砂井施工工藝及技術措施

測量放樣→灌砂→成孔→沖水→沉入砂袋→振動拔管→機具移位→人工補砂→埋砂袋頭

測量放樣:在鋪設的砂墊層上放出施工段落的中線,橫向布孔以中樁為標準向兩邊延伸,當袋裝砂井間距S不能整除路基邊坡坡腳之間的寬度時,應向兩邊延伸一個等與于井距的長度,使之剛好是S的整倍數,并對孔位進行標識。

灌砂:為了保證灌砂率,本標段使用具有振動功能機械灌砂機,灌砂架高度能滿足灌砂時砂袋懸空50厘米以上;裁剪砂袋的長度至少在設計長度的基礎上增加40厘米,以利于袋裝砂井兩頭打結;將砂井袋固定在灌砂機上進行灌砂,灌砂的過程中人工進行輔助搖擺、振動,砂袋取下后,手持砂袋的另一端進行上下振動,振動后空袋部分人工進行補灌,以保證灌砂率達到95%以上。

成孔:本標段采用振動貫入法施工,樁機移至放樣孔位后,調整套管的垂直度,偏差不大于1.5%,在確認套管底部閥門關閉時均勻振動打入套管并達到設計標高;套管下沉過程中速度無明顯變化而又超過設計深度時,應暫停施工,由設計部門確認是否地質與設計不符,確定是否需增加樁長;當未達到設計深度套管下沉困難時,可用靜力觸探探明軟土埋藏的深度和厚度后再開工,或采用最后15秒下沉不超過5mm即可認為已超過軟土層。

沖水:套管到達設計標高后即向管內沖水,以保證在拔管時,管底閥門順利打開;減少砂袋與管壁的摩擦力,拔管時不回帶。

沉入砂袋:砂袋用吊繩吊起,人工輔助徐徐沉入套管中,在沉入的過程中應防止砂袋扭結、斷裂、磨損、掉帶。

振動拔管:砂袋全部沉入套管內即可拔管,拔管時應該垂直振動起吊,連續緩慢地進行,中途不得放松吊繩,以防止掉帶、回帶、損壞砂袋現象。

人工補砂:套管拔出后解開吊繩,施工機具移至下一孔位,人工將砂井袋上部結松開,手持砂井袋的上部上、下、左、右振動,對空袋部分應再次補砂,以防止出現縮頸。

埋砂袋頭:砂袋頂部至少要伸入砂墊層30厘米以上,保證袋裝砂井與砂墊層貫通,伸入段應保持密實、飽滿、伸入段不得臥倒,必要時采用人工補砂以保證灌砂率,砂井袋的上部袋口應扎牢,施工完成經檢驗合格可將露出部分彎折埋置于砂墊層中,并將帶出的淤泥清走。

5 質量控制

5.1 原材料

砂:砂墊層采用潔凈、級配良好、透水性好的中粗砂,細度模數應大于2.7,含泥量不大于5.0%,滲透系數大于5×10-3cm/s;袋裝砂井采用滲透系數較高的粗砂,滲透系數大于5×10-3cm/s,大于0.6mm顆粒的含量宜占總量的50%以上,細度模數應大于3.0,含泥量不大于3.0%。

砂井袋:選用具有足夠抗拉強度、透水性好、不外漏砂料的聚丙烯編織袋,縱向抗拉強度不小于15KN/M,砂井袋的滲透系數不小于砂的滲透系數。

5.2 砂墊層的厚度

5.3 袋裝砂井井距

豎向排水體的間距對排水體的作用影響很大,孔位放樣結束后要進行復核,平面井距偏差10排樁不應大于15cm,本標段的袋裝砂井設計間距為1.0米～1.3米,布置形式按等邊三角形布置。

井距的復核:孔位按等邊三角形布置,井距S=1.0米時,丈量10排樁的距離L=8.66m±0.15m;井距S=1.2米時,丈量10排樁的距離L=10.39m±0.15m;井距S=1.3米時,丈量10排樁的距離L=11.26m±0.15m;若誤差超出±0.15m,要調整砂井間距。

6 施工中應注意的幾個問題

灌砂率必須滿足設計要求,盡可能的避免出現頸縮。

袋裝砂井用砂宜干燥,不宜采用潮濕的填料,以免砂井袋內填料干燥后體積減少,造成短井。

為了控制袋裝砂井的設計入土深度,在施工時在套管上劃出標尺,確保井底標高符合設計要求。

由于砂袋抗老化性能差,故砂袋應遮蓋,不得暴曬,當天灌的砂袋要當天用完,不得過夜。

施工中隨時檢查套管成孔的位置、垂直度是否滿足要求,套管打入時應有專人觀測套管的入土深度、樁機是否出現傾斜或移位,出現問題要及時糾正。

參考文獻

[1]《公路路基施工技術規范》(JTGF10-2006) 人民交通出版社.

[2]《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》(JTJ017-96) 人民交通出版社.