袋裝砂井排水法在軟土路基中的應用

摘要：袋裝砂井加固軟土地基法屬于垂直排水加固地基方法，是在一般砂井法的基礎上發展起來的一種新工藝、新技術。它是在需要加固地段的地面上先填筑好排水坡(路拱或橫坡)，并鋪設好排水墊層，再將加工好的砂袋垂直置入地基中已成孔內，形成袋裝砂井，然后對地基加載預壓，使地基中的水分迅速從袋砂井中排出，從而達到加速地基工沉降固結的目的。本文針對這種方法的理論基礎、特性及施工工藝進行了簡要的論述。

關鍵詞：袋裝砂井 軟土地基 應用

隨著科學技術的發展，越來越多的新技術及新方法都應用到處理軟土路基中（如塑料排水板等）。但是各種新技術及新方法都必須要有一個驗證過程，其間必然會存在各種各樣的難點暫時無法解決（如施工工藝還不夠完善、質量難于控制等問題），因此袋裝砂井在處理軟土路基上還是很受歡迎的。

1 袋裝砂井排水法加固軟土路基的應用原理分析

1.1 軟土的定義及其物理力學指標

軟土是指近代水下沉積的飽和粘性土，具有含水量大、滲透性弱、天然強度低、壓縮性高等特性。其物理力學指標為：天然含水量：wn≥wl；天然孔隙比：e0>1.0；壓縮模量：Es<4000kPa；滲透系數：k<1×10-6cm/s；不排水抗剪強度：Cu<30kPa。軟土路基處理就是控制這些物理力學指標，使之達到規范要求，袋裝砂井等排水固結法正好能解決這些問題。

1.2 袋裝砂井的作用

根椐固結理論，軟粘土固結所需時間的長短與其相對排水距離的平方成正比。為了加速地基的固結，最有效的方法就是增加土層的排水途徑。袋裝砂井就是為此目的而設置的。

1.3 袋裝砂井排水法的加固原理

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。在上部荷載的作用下，產生的附加應力使土顆粒間的孔隙水通過插在軟土層中的砂井排出地層外面以達到土顆粒間位移密實，從而大大加速了地基的固結與沉降。減少壓縮性，降低孔隙比和含水量，增加土體密實度，在較短時間內達到較高的固結度，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定。

2 袋裝砂井排水法的特點及適用范圍

排水固結法是處理粘土地基的有效方法之一，它可以解決沉降與穩定問題。沉降問題即是使地基的沉降在加載預壓期間大部分或基本完成，使構筑物在使用期間不產生不利的沉降或沉降差。穩定問題即加速地基土的抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩定性。其特點主要表現為：

2.1 本工法采用袋裝砂井的直徑一般為7～12cm，間距為100～350cm，加固地基深度20m左右。

2.2 由于本工法采用的砂袋具有一定的抗拉強度和韌性，能在地基產生變形的情況下，保持砂井排水的連續與暢通，所以排水加固效果明顯、可靠。

2.3 本工法成功地解決了施工中砂袋隨套管上拔的問題，使砂井合格率達100%。

2.4 施工機具設備簡單、輕便，振動及噪音小，施工靈活，對地基及周圍建筑物擾動小。

2.5 成本低、效率高，以較小的投入，即可達到理想的加固效果。

本工法適用于軟粘土和超軟粘土地區的鐵路、公路、機場、碼頭、工業與民用建筑物等地基加固工程，尤其適用于對周圍受擾動條件限制的地基加固工程。

3 袋裝砂井排水法的施工工藝

3.1 施工準備

本工法強調在施工前必須認真熟悉和掌握設計標準、質量要求及操作規范，仔細進行現場踏勘及地質調查取樣分析，在此基礎上，編制施工組織設計，合理調配施工機具及組織勞力，搞好各工種的崗前培訓及認證工作，為正常的施工作好前期準備。

3.1.1 主要機具選配

目前國內常用的袋裝砂井打設機有以下幾種。

①專用打設機：該機配有寬履帶行走、機架、起升、振動錘、灌裝砂袋等系統。機體對地壓強較小，運轉靈活，打設深度可達20m，每臺班可打設2000延米。②輕型柴油打設機(DD-6型)：該機構造簡單，拆裝方便，移位靈活，打設深度單節可達8m，按長套管可達24m，每臺班可打設300—400延米。③門式打設機：該機需鋪軌行走，轉向較困難，振動錘打設深度可達20m，宜用于地形平坦的大面積區域施工。

3.1.2 配套設備

①灌砂袋設備：除專用打設機隨機配有灌砂袋系統外，采用其它打設機時，應自制灌砂袋設備，常用的有門式機械振動灌砂袋架、三角架、獨角架等。②成孔套管：所用套管應為無縫鋼管，內徑比砂袋稍大，內壁光潔。其長度、剛度要與設計的袋裝砂井相適應。當打樁架高度不夠時，套管可分節接長(可采用法蘭盤連接)。③樁尖與樁帽：樁尖多采用在導管端口設置一活瓣封門，利用套管內砂袋的壓力將其頂開，隨套管拔出，可多次使用；也有一次性使用的樁尖，套管到位后，樁尖不再隨套管拔出。樁帽可根據套管直徑與樁錘型號加工配套。樁尖與樁帽都要有一定的密封性，防止套管內進入泥漿等雜物。

3.1.3 主要材料的選定

①砂袋：應采用透水性、耐水性好、韌性強的麻布或聚丙乙烯編織布制作，砂袋長度應比設計井深多150-200cm。

②砂料：應選用滲水率較高的干燥粗砂，大于0.5mm粒徑的應占總量的50%以上，含泥量不得超過3%。

3.1.4 勞動力組織：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驗與操作技能，施工中每臺班勞力配置如表1：

3.2 工藝要求及技術措施

①認真熟悉施工圖紙，領會設計要點，編制特殊作業指導書。②清理場地，將路幅范圍內原地面的淤泥、樹根、腐植土等不適用材料全部挖除。③填筑土拱坡，以4%的橫坡填成路拱形，并碾壓密實。④填筑砂墊層，在路拱橫坡上按設計要求和砂墊層施工要求均勻等厚的鋪設砂墊層。⑤機具定位，根據設計布置的行間距采用小木樁正確定位，機具定位時要保證錘中心與地面定位在同一線上，并用經緯儀觀測控制導向架的垂直度。⑥砂井灌砂不得過急，并保證砂樁的連續性，砂井內應灌中粗砂，灌砂率不得小于90%。⑦砂井頂部應鋪設砂墊層，使與砂井聯結，以利排水，砂井回填使用的中粗砂含泥量不大于3%。⑧拔套管時，若帶出砂袋，則機具要重新定位，砂井要重新灌注。⑨樁機移位至下一樁位，同時及時清理套管帶出的淤泥土，并用干凈的砂礫回填留下的洞穴，確保排水暢通。

在科學技術日異發展的今天，處理軟基的新方法及新工藝越來越多，但由于各種新型的排水固結法的施工工藝還不夠完善，施工中存在質量控制難等一系列問題，所以袋裝砂井在鐵路及公路建設中被認為是一種軟土路基加固的好方法。而且被廣泛應用在加固軟土路基中。施工中若能嚴格按照施工工藝與質量控制要求合理施工，選用較為適宜的打樁設備，砂井施工工效就好，經濟效益也就有所提高，也易保證較好的施工質量。