袋裝砂井在公路工程軟基處理中的應用

朱廣幸 魏榮華 韓 燕

袋裝砂井在公路工程軟基處理中的應用

朱廣幸 魏榮華 韓 燕

結合袋裝砂井的作用機理,以佛山市和順—北滘公路主干線工程為例,介紹了袋裝砂井在公路工程軟基處理中的應用,分別闡述了袋裝砂井的沉降和穩定計算、施工工藝及質檢方法,以期指導實踐。

袋裝砂井,公路工程,軟土地基

袋裝砂井加固軟土地基法屬于垂直排水加固地基法,是在砂井和砂樁的基礎上發展而來的。普通砂井在處理軟土地基時,如果地基變形過大或施工質量稍差,就會出現砂井被擠斷,不能保持砂井在軟土中排水通道的暢通,影響加固效果;由于袋裝砂井改善了普通砂井在處理軟土地基時的弊端,而且施工簡單,加快了地基的固結,因此得以廣泛采用,并取得良好的經濟和社會效益。

1 袋裝砂井的作用機理

在軟土地基上填土時,軟土地基在荷載的作用下失去了原有的平衡,飽和軟粘土隨著孔隙水壓力的消散,地基就會產生排水固結,孔隙比會減小,從而抗剪強度會得到相應的提高。因此通常在預壓時先在地基中設置砂井之類的排水體,將土內的水分排除,盡快地提高地基強度。

2 工程概況

佛山市和順—北滘公路主干線某合同段,K 4+596～K4+728軟基處理采用袋裝砂井 +砂墊層+土工格柵 +吹填砂預壓的方式,該段特殊路基設計平均處理深度為 8.0m,經勘測主要地質條件為亞粘土 0.6m～1m,含水量 35%～40%,孔隙比 1～1.2,壓縮模量 4.0MPa～5.0MPa;淤泥質粉質粘土 7m～9m,含水量 58%～60%,孔隙比 1.7～1.9,壓縮模量 5.0MPa～7.0MPa,標貫擊數3擊 ～5擊,該層較松散,夾淤泥質亞粘土夾層;淤泥質亞粘土 7m～17.5m,含水量 42%～55%,孔隙比 1.3～1.4,壓縮模量 3.0MPa～5.0MPa,標貫擊數 1擊 ～3擊;中粗砂層在 17.5m以下。袋裝砂井采用正三角形均布,直徑 70mm,間距為 1.3m。砂礫墊層厚為50 cm。

3 沉降和穩定計算

3.1 沉降計算

總沉降包括瞬時沉降 Sd、固結沉降 Sc和次固結沉降 Ss三部分。本段軟土為單一軟土層,因此其主固結沉降量可由公式計算：

其中,e0為軟土壓實前孔隙比;ei為固結后空隙比,由 e—logp曲線求得;H為軟基壓實層層厚。由于本段軟土地基的下臥層為粘土,故軟土層的固結排水屬于單面排水情況。

由上式計算得 Sc=59 cm,Sd=8 cm,沉降量 S=Sc+Sd=67 cm。

其中,Ur為徑向排水固結度;Th為徑向排水固結度的時間因素,其值為：Th=(Ch/d2e)t,Ch為水平向固結系數,n為井徑比;de為每一個砂井有效影響范圍的直徑,dw為砂井直徑。

利用Ur和 Th的關系曲線圖計算出固結度達到 80%時所需的時間為 290 d。

工后剩余沉降量由公式 ΔS=S-St=(1-U)S計算,ΔS=S-St=(1-U)S=22 cm。

3.2 穩定計算

利用條分法對打砂井前后的路基滑動面進行穩定驗算,比較其安全系數。路基滑動破壞安全系數由下式計算：

經計算,打砂井前后路基滑動破壞最小安全系數分別為1.38和 1.06,說明打砂井后路基是穩定的。

4 袋裝砂井施工

4.1 機具設備

機具為導管式振動打樁機,在行進方式上普遍采用的有軌道門架式、履帶臂架式、吊機導架式等。灌砂采用自制的灌砂架。

4.2 材料

袋裝砂井的砂袋選用聚丙烯或其他適用的編織料制成,抗拉強度應能保證承受砂袋自重,裝砂后砂袋的滲透系數應不小于砂的滲透系數。砂袋中的砂采用滲水率較高的中、粗砂,大于 0.5mm的砂的含量宜占總重的 50%以上,含泥量不應大于 3%,滲透系數不應小于 5×10-3cm/s。

4.3 施工工藝

在完成清表后,清理平整路基,使之具有合格的平整度和路拱度 2%。用自卸汽車將質量合格的中粗砂運至施工試驗路段,選用適宜的機具按設計厚度 30 cm分層整平、壓實。砂墊層施工過程中,嚴防塵土、泥土和雜物污染,對受到污染的部分必須返工或更換。砂墊層的高程、厚度、干密度、平整度滲透系數也應必須符合設計要求。

根據設計圖紙的邊線坐標,閉合導線點進行放樣,采用全站儀,每 30m定出袋裝砂井大樣,以后用鋼尺打袋裝砂井的每根樁位。

1)機具定位：根據袋裝砂井布置范圍及間距,現場采用小木樁或竹板樁準確定出每個砂井的位置,在套管入土時再將其拔掉。定位時要確保樁錘中心與地面定位在同一個點上,并用經緯儀或其他觀測辦法控制樁錘導向架的垂直度。打樁機底支墊物要平穩牢固。2)裁制砂袋：根據試打后確定的深度,考慮外露長度和兩頭打結長度,砂袋長度按規范要求裁制。3)灌砂：砂袋內的砂采用自制的灌砂架(簡易單柱門架)配合裝砂漏斗靠其自重灌入,灌砂架采用 φ100～φ150鋼管制成,其凈高度應大于設計砂袋砂井長度的一半加裝砂漏斗高。漏斗采用鋼制,確保其容量不小于 2個 ～4個砂袋灌砂量,漏斗采用 0.5 t卷揚機提升,漏斗底設 4個 φ55漏口與砂袋口(φ70)連接綁扎牢固,砂袋露天堆放應有遮蓋,切忌長時間暴曬,以免砂袋老化。4)安裝套管與樁尖：套管頂端要有便于起吊的吊鉤或吊環,并在套管上劃出控制標高的刻度線。如套管接長時,在打設前要試接,要求連接處平順密封。活瓣式樁尖固定在套管上作為一個整體,套管的定位是利用樁機上的起吊設備使其吊起,上端送入樁帽中,下端扶住準確安插在定位點上。5)套管打入：當套管吊起定位后可開錘施打,開始時落錘要輕緩,防止套管突然偏斜。套管入土深度距設計深度約2m時,控制錘擊頻率,防止超深,垂直度小于 1.5%,樁位偏差小于 15 cm。6)下砂袋：砂袋運輸要用專門的運送工具,嚴禁在地上拖拉。并防止砂袋發生扭結、縮頸、斷裂和磨損。下砂袋時,在套管口設置滾輪或滑槽,將砂袋緩慢順直地放入套管中。7)振動拔管：砂袋到位后起拔套管,起拔時連續緩慢進行,中途不得放松吊繩,防止砂袋回帶及因套管下墜而損壞砂袋。砂袋留出孔口長度保證伸入砂墊層 30 cm,并不臥倒。

5 袋裝砂井質量檢驗及效果

袋裝砂井施工質量的好壞直接關系到軟基處理的效果,因此,除施工部門要嚴格遵照施工工藝和施工質量控制的要求操作外,還要不定時的進行抽查。

井徑和井長施工完成后檢測相對比較困難,常用的方法有挖驗法、拔樁法、工程鉆探法和沖水拔袋法等。幾種檢查方法各有優缺點,在進行現場實際比對后決定采用沖水拔袋法,此種方法檢驗精度可靠,消除了斷井現象。

沖水拔袋法的工作原理是用高壓水沖袋裝砂井內的砂,砂在高壓水作用下,泛出地面造成空井,減小土對砂井的握裹力,然后拔出砂袋測定井深,以此來檢測施工質量。

6 結語

經過施工對比,袋裝砂井相對于普通砂井,有用砂量少、施工方便、快捷,防止砂井在施工過程中被擠斷和扭曲,質量容易控制的優點,而且可以增大地基的抗剪強度。另外,為保證砂袋的密實,灌砂時必須采用二次吊振,吊裝后空袋用人工二次補灌,以此來達到砂袋的密實,防止塌孔或斷井;一般袋裝砂井的井間距以1.0m～1.5m為宜。袋裝砂井樁管拔出時,拔管速度應控制在1m/m in～1.5m/min,以保證砂樁密實,同時防止帶出砂袋,如果出現砂袋帶出,分析其原因,若是套管內外壓力差的問題,在套管上提前,向套管內注水,注水量視軟土地基情況和井深,經試驗確定;若是樁靴問題,則更換樁靴。拔管后立即對樁頭空袋用人工補灌,并扎好袋口,將砂井周圍空隙用砂填實,整理好樁頭,用編織袋覆蓋,以防編織砂井袋老化。

[1]劉 勇.公路工程軟基處理技術探析[J].山西建筑,2009,35(18)：292-293.

On application of bag-sand well in road project's soft foundation treatm ent

ZHU Guang-xing WEIRong-hua HAN Yan

Combining with the working princip le ofbag-sand well,the paper,taking themain line projectof Heshun-Beijiao road in Foshan,introduces the application of bag-sand well in road p roject's soft foundation treatment,and illustrates the settlementand stability calculation,the construction craftand quality checkingmethods of bag-sand well,so as to direct the practice.

bag-sand well,road project,soft-soil foundation

U 416.1

A

1009-6825(2011)03-0158-02

2010-10-12

朱廣幸(1978-),男,助教,泰山職業技術學院,山東泰安 271000

魏榮華(1956-),男,講師,白城師范學院,吉林白城 137000

韓 燕(1981-),女,助教,泰山職業技術學院,山東泰安 271000

橋隧工程