振動沉管砂井施工在復雜地質軟基處理中的應用

文｜廣東省建筑工程機械施工有限公司 王磊

1、工程概況

東莞市城市快速軌道交通R2線是一條由北部--西南方向的市域快速干線，是連接東莞西部城鎮密集帶的客運交通走廊。東城車輛段選址位于東莞市東城區寒溪河東側，緊臨防洪大堤。段址北側有茶山環城道路和污水處理廠，東南側有變電站和坑口排站。區域內現狀為魚塘，地勢平坦，有少量房屋，塘埂高程平均4米，魚塘水深平均2米。車輛段施工占地面積大，場地處理面積40.9萬m2，主要工程內容包括：站場土石方工程、軟基處理工程、出入線段明挖工程、涵洞工程等。車輛段工程總造價 3.7億元，合同工期28個月。

段址范圍上覆地層主要為第四系全新統人工填筑土（Q4ml），全新統沖洪積層（Q4al+pl），更新統沖洪積層（Q3al+pl），第四系殘積層（Qel），下伏基巖為震旦系大紺山組（Zd）混合片麻巖。根據不同的巖土類別、巖土不同的成因時代、巖土不同的狀態等，劃分巖土層。主要巖土層描述如下：

①素填土（Q4ml）

灰褐色、黃褐色、紫紅、褐紅色、磚紅色等，成分以粉質粘土為主，局部夾少量砂層，可塑～硬塑狀；該層局部為透鏡狀填砂層，松散、潮濕狀。分布于場地道路、塘埂、堤壩表層，層厚0.4m～6.7m。

②粉質粘土（Q4al+pl）

灰黃、褐黃、灰褐色，軟塑狀，土質不純，切面光滑，干強度較高，偶夾透鏡狀砂層，層厚0.5m～5.7m，埋深0m～11.5m。

③淤泥質粘土（Q4al+pl）

灰褐色、深灰色、灰黑色，軟塑至流塑狀，韌性高，偶有臭味，局部夾腐爛樹葉。該層中多夾透鏡狀粉細砂層，分布無規律性。局部以淤泥或淤泥質粉質粘土為主。層厚0.5m～9.2m，埋深0～15.4m。

完成地面控制點與像片控制點的像平面坐標獲取后，在光束法區域網平差內引入GPS攝站坐標（作為帶權觀測值）。出于消除系統漂移誤差和坐標變化誤差的考慮，區域兩端加設架構航線1條，四角設置平高地面控制點1個。加密結果如表1所示。

④淤泥質砂（Q4al+pl）

褐灰色，主要由淤泥、淤泥質土、粉土與粉砂組成，呈混合、互層、夾層狀產出，分布不均勻。其中淤泥質粘土軟～流塑狀態，局部含半腐植物；粉砂呈松散狀態，飽和，成份以石英，長石為主，顆粒級配一般，分選性一般。 層厚1.0m～13.7m，埋深0～14.7m。

⑤細砂、<3-10>中砂、<3-11>粗砂（Q4al+pl）

灰色、灰褐、灰白色，松散至稍密狀態，飽和狀。顆粒均勻，成分以石英、長石為主。局部夾薄層狀粉土。

2、振動沉管砂井的選用

本工程的軟基處理采用豎向排水固結施工，施工順序如下：①清表-②場地平整至3米標高-③鋪1米厚中粗砂墊層-④塑料排水板施工、攪拌樁施工-⑤集水井、盲溝施工-⑥分級加載土方至8米標高-⑦超載土方至10.5米標高-⑧卸載土方至7.5米標高-⑨封閉土施工（0.5米厚）。

該車輛段區域內現狀為魚塘，地勢平坦，有少量房屋。軟基處理面積達到40.9萬平方米，主要采用塑料排水板豎向排水固結和車輛段周邊采用攪拌樁加固處理。塑料排水板主要位于魚塘區域，處理面積約36萬平方米，深度為15米～22米，工程數量為380萬米。場地周邊采用10米寬水泥攪拌樁帶加固處理，處理面積約3.5萬平方米，深度為14米～23米，工程數量為25萬米。施工完塑料排水板和攪拌樁后采用分層填土加載（按每米一層加載），加載高度約4～6米。

在軟基處理塑料排水板的實際施工中，出現了在既有的河堤、塘梗及機耕道路等位置由于表層土比較堅硬，塑料排水板施工比較困難或無法施打，該區域無法保證軟基處理質量。該軟基處理區域經初步統計約7萬平方米，我司提出兩種處理方案。其中方案一：采用水泥攪拌樁（直徑φ500mm）加固，采用正三角形布置，間距1.6米，深度為16米～22米，工程數量為52萬米；方案二：采用振動沉管砂井（直徑φ400mm）豎向排水固結，采用正三角形布置，間距1.6米，工程數量為52萬米。水泥攪拌樁（直徑φ500mm）造價約52元/米，振動沉管砂井（直徑φ400mm）造價約26元/米，為了既能節省工程造價，又能保證質量達到設計要求的軟基處理效果，經各參建單位討論，建議采用振動沉管砂井（直徑φ400mm）豎向排水固結方案。在實際施工時，根據具體的情況調整，在能夠采用塑料排水板施工的部位應盡量考慮采用排水板，在塑料排水板施工困難、而且施工質量難以保證的條件下，采用振動沉管砂井。

3、振動沉管砂井的施工

1.砂井施工工藝流程如下：

①施工準備-②場地平整-③鋪砂墊層-④測放樁位-⑤樁機就位-⑥振動沉管-⑦灌砂-⑧拔套管-⑨樁機移位。

2.砂井的設計施工技術要求如下：

①采用振動沉管成樁處理，砂井直徑φ400mm，間距1.6m，正三角形布置。

②砂井自砂墊層頂面開始打設，進入淤泥至下臥土層1.0m，上端必須高出砂墊層0.2m。

③砂井采用套管法，用振動錘將帶有瓣管的套管沉到淤泥至下臥土層1.0m，然后在套管內灌砂，拔出套管形成砂井；當遇到較大障礙物時，應采用預制砼樁尖。

④砂井平面位置偏差不大于10cm，垂直度偏差不超過砂井長的1.5%。

⑤使用砂料為中粗砂。

⑥保證砂井連續、密實，并且不出現頸縮現象。

⑦既有高壓線兩側按15m寬范圍內設置砂井帶，因既有高壓線高度限制，可采用地質鉆機套管成孔，在套管內灌砂后，逐漸拔出套管以形成砂井。

4、振動沉管砂井的質量控制

在振動沉管砂井施工過程中，砂料的控制、砂井施工順序、樁長的確定、垂直度的控制、砂井的振動沖水密實及廢棄物的處理振動沉管砂井質量控制的重點。質量控制的要點如下：

1.砂料的控制：砂料按規范要求進場檢驗，合格后方可進場，中粗砂級配良好，滿足砂井工藝對砂料的質量要求，且其含泥量不得大于3%。

2.砂井的施工順序：采用間隔排跳打的順序施工，施工推進先施工奇數排砂井，然后再施工偶數排砂井，以此類推。

3.樁長控制及拔壓樁管：振動沉管前，先按設計的要求及地勘報告，初步確定樁長，樁管下沉，根據設計要求進入下臥層1米，同時參考樁機電流突變為參考，終止下沉。在灌砂振動密實后方可進行樁管拔管。

4.全過程實行旁站監督，按設計及規范的要求嚴格控制樁身垂直度、樁位偏差、樁長及砂料灌入量，做好施工記錄，并按照驗收標準規定的檢驗數量和檢驗方法對其進行檢驗，確保樁的質量滿足設計要求。

5.注意水量要充足，但不宜過多。成孔過程中水壓要盡可能大、水量要盡可能充足。在接近設計加固深度時，要降低水壓。在加料振密過程中，控制水壓和水量要均值較小。

6.灌砂的密實：灌砂過程中，需要邊灌砂，邊沖水密實，控制加料振密過程中的密實電流，要求穩定電流超過規定的密實電流值。

7.成樁結束后，樁管帶出的少量淤泥及施工廢棄物要及時用人工鏟至斗車，拉至場外清理，以免污染中粗砂墊層。

8、振動沉管砂井結合塑料排水板施工的軟基固結沉降效果

原設計中采用塑料排水板豎向排水固結沉降值為0.97米，經我司現場監測固結沉降數據結果得知采用振動沉管砂井結合塑料排水板豎向排水固結沉降值為1.2米，遠滿足于原設計的軟基處理固結沉降效果。

＞＞原設計塑料排水板固結沉降過程曲線圖

＞＞振動沉管砂井結合塑料排水板固結沉降過程曲線圖

5、結語

從實際施工效果來看，在軟基處理工程中，在遇到岸堤、塘埂、機耕道路等復雜地質的情況下，塑料排水板工藝施工困難或無法施工，難于保證工程質量的前提下，采用振動沉管砂井結合塑料排水板的施工工藝對節約工程造價，滿足軟基處理豎向排水固結沉降起到非常顯著的效果，在軟基處理工程中值得借鑒、采用。