袋裝砂井法在橋梁工程軟土地基處理中的應(yīng)用

馮文平　隋一鳴

摘 要：袋裝砂井是一種常用的軟土地基處理方法。分析了軟土地基的工程特性和袋裝砂井的優(yōu)點(diǎn)，闡述了砂井選用和布置要點(diǎn)，概述了袋裝砂井的施工工藝。

關(guān)鍵詞：袋裝砂井法；軟土地基；施工工藝

在江河湖泊附近修建鐵路橋梁時(shí)，會不可避免地遇到軟土地基。在軟土地基上修建橋梁時(shí)，遇到的比較麻煩的問題是天然地基承載能力不足。而橋梁基礎(chǔ)要求地基應(yīng)有足夠的承載力，符合要求的沉陷變形。為了保證持力層有足夠的強(qiáng)度，確保橋梁不發(fā)生因不均勻沉降而傾斜損毀，就需要對軟土地基采取加固措施。在橋梁工程軟土地基處理過程中，常用的方法是砂井法或袋裝砂井法。該文簡要分析軟土地基的工程特性和袋裝砂井法的施工工藝。

1 軟土地基概述

軟土是在靜水或緩慢流水環(huán)境中以細(xì)顆粒為主的近代沉積物，是一種呈軟塑狀態(tài)的飽和粘性土，包括淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他壓縮性土。由上述軟土構(gòu)成的地基稱之為軟土地基，其廣泛分布于我國東南沿海地區(qū)和內(nèi)陸江河湖泊的周圍。軟土地基主要有以下工程特性：

（1）含水量高、空隙比大。一般含水量在35%～80%，空隙比為1～2。且含水量越大，土的抗剪強(qiáng)度越小、壓縮性越大。

（2）抗剪強(qiáng)度低。根據(jù)工程試驗(yàn)結(jié)果，我國軟土的天然不排水抗剪強(qiáng)度一般小于20kPa，其變化范圍約在5～25kPa，有效內(nèi)摩擦角約為20°～35°，固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角為12°～17°。

（3）壓縮性高。一般正常固結(jié)的軟土層的壓縮系數(shù)為0.5～1.5MPa-1，最大可以達(dá)到4.5 MPa-1，壓縮指數(shù)C約為0.35～0.75。

（4）滲透性小。軟土的滲透系數(shù)一般約為ix10-6～ix10-8cm/s，固結(jié)速率很慢。當(dāng)軟土曾厚度超過10m，要使土層達(dá)到較大的固結(jié)度往往需要5年至10年或者更久。

（5）具有明顯的結(jié)構(gòu)性和流動性。軟土一般為絮狀結(jié)構(gòu)，在荷載作用下，軟土承載剪應(yīng)力的作用產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并可能導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減，在主固結(jié)沉降完畢之后還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。

2 袋裝砂井簡介

袋裝砂井的作用原理與一般砂井完全相同，它的作用原理是：袋裝砂井加載預(yù)壓，使空隙水能就近流入砂井，并通過砂井作為排水通道而排出地面，縮短排水固結(jié)時(shí)間，增強(qiáng)處理效果。

2.1 袋裝砂井的優(yōu)點(diǎn)

袋裝砂井與普通砂井相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

（1）袋裝砂井能適應(yīng)軟土固結(jié)產(chǎn)生的地基變位，在受力時(shí)能與地基變形相協(xié)調(diào)，故砂井的連續(xù)性不會受到砂井錯(cuò)位、斷頸等影響。（2）袋裝砂井直徑大為縮小，目前我國采用直徑多為7cm，加固同樣面積的土，袋裝砂井的用砂量要比普通砂井少得多，能節(jié)省費(fèi)用近半。

（3）袋裝砂井施工機(jī)具輕便簡單、效率高，一般每臺班（8h）可打設(shè)100根左右。

（4）袋裝砂井打設(shè)時(shí)，排泥量較普通砂井要少，對土體擾動也小，施工比較便捷，對周圍影響也小。

2.2 袋裝砂井的選用

袋裝砂井適用于軟土地基處理，特別是用于軟土地基中存在連續(xù)薄砂層時(shí)更為有效；但對于滲透性好的以及含有大量腐殖物的土效果不顯著，不宜采用。在選擇袋裝砂井排水法加固地基時(shí)，需要注意原地基的固結(jié)狀態(tài)。如在先期固結(jié)壓力（原已壓密穩(wěn)定的最大壓力）已超過設(shè)計(jì)堆載壓力值時(shí)，加載就不可能產(chǎn)生超靜水壓，砂井即無排水效果；如先期固結(jié)壓力值達(dá)到加載的一部分時(shí)，則堆載在該部分作用下砂井亦無排水效果。對于靈敏度高的軟土采用砂井法時(shí)，要注意其融變性，特別是采用封底鋼管沖擊法（或振動法）施工時(shí)，土體結(jié)構(gòu)受機(jī)械擾動而破壞，打井后短期內(nèi)反會使強(qiáng)度降低。

2.3 砂井布置

普通砂井直徑一般為30～40cm，護(hù)管砂井直徑可小到15cm，袋裝砂井直徑可小到7～12cm。砂井間距是指相鄰砂井中心之間的距離，是影響固結(jié)速率的主要原因之一。砂井間距一般為砂井直徑的6～10倍，常用2～4m。砂井平面布置形式有正方形和正三角形兩種。正方形排列時(shí)，每個(gè)砂井的影響范圍為一個(gè)正方形；正三角形排列時(shí)，每個(gè)砂井影響范圍為一個(gè)正六邊形。砂井長度一般為10～20cm，具體應(yīng)用時(shí)，需根據(jù)軟土層的厚度、荷載大小和工程要求而定。一般來說，砂井不一定都要穿過整個(gè)軟土層，當(dāng)軟土層不厚、底部有透水層時(shí)，砂井應(yīng)盡可能穿透軟土層；如軟土層較厚或土中夾有砂層時(shí)，有否必要將砂井穿透軟土層應(yīng)按工程要求和土質(zhì)條件等情況而定。在砂井頂部應(yīng)鋪設(shè)砂墊層，可作為良好的排水通道，并與各砂井連通，從而將水排至場地以外。砂墊層的寬度應(yīng)大于堆荷載或建筑物的底寬，并伸出砂井區(qū)外邊線2倍砂井的直徑；施工過程中應(yīng)保持墊層不受擾動，鋪設(shè)平整，墊層用砂要求與砂井相同，墊層鋪設(shè)厚度一般為50cm左右。

3 袋裝砂井的施工工藝

袋裝砂井與普通砂井的施工工藝基本相同，如砂井的成孔方法、使用的機(jī)械設(shè)備以及堆載預(yù)壓等。該文簡要介紹其施工工藝。

3.1 施工工序

袋裝砂井施工工序分為兩種，即現(xiàn)場灌砂成井和預(yù)制砂袋直接投放孔內(nèi)成井。

現(xiàn)場灌砂成井工序?yàn)椋?/p>

（1）將鋼套管（下端用可開閉的底蓋或預(yù)制樁靴）打入土中要求的深度（管徑較砂袋直徑大，一般袋裝砂井直徑為7cm，導(dǎo)管采用 89×4.5㎜無縫鋼管）；（2）將準(zhǔn)備好的砂袋，長比砂井長2m，扎好下口后向袋內(nèi)灌入潔凈的粗砂約20cm上下（高度）作為重壓，放到套管沉到要求深度；（3）在將砂井放入套管內(nèi)不能達(dá)到要求深度，會有一部分拖留在地面，此時(shí)需機(jī)械排泥處理，繼續(xù)下沉達(dá)到規(guī)定深度；（4）將袋口固定于裝砂漏斗，通過振動裝砂入袋，砂裝滿后，卸下砂袋，擰緊套管上蓋，然后一般把壓縮空氣送進(jìn)套管，一邊提升套管直至地面。

預(yù)制砂袋直接投放孔內(nèi)成井工序：

（1）預(yù)先在砂袋里裝滿砂料，并將上口扎結(jié)牢靠，運(yùn)送到現(xiàn)場，彎成圓形堆放；

（2）套管成孔后，隨即將預(yù)制砂袋投放孔內(nèi)，拔管成井。

3.2 質(zhì)量控制

（1）每根砂井的長度均須露出地面50～100cm，伸入砂墊排水層以利于排水通道流暢，如果長度所留很少或多余過多（可能砂袋被拔套管時(shí)部分帶出）皆應(yīng)重新施工，以保證成井質(zhì)量。

（2）采用袋裝砂井時(shí)，砂袋必須選用透水性和耐水性好以及韌性較強(qiáng)的麻布、再生布或聚丙烯編織布制作。

（3）灌入砂袋的砂，應(yīng)搗固密實(shí)；砂井位置的允許偏差為該砂井的直徑；垂直度的允許偏差為1.5%。

3.3 堆載預(yù)壓

一般情況下，預(yù)壓荷載的大小宜接近設(shè)計(jì)荷載，必要時(shí)可超過設(shè)計(jì)荷載10%～20%。施加預(yù)壓荷載，任何情況下作用于地基的荷載不得超過地基的極限荷載，以免地基失穩(wěn)破壞，在需要施加較大荷載時(shí)，應(yīng)分級加載，并控制加荷速率，使之與地基的強(qiáng)度增長相適應(yīng)。當(dāng)達(dá)到以下條件時(shí)，可以進(jìn)行卸荷：（1）地面總沉降量達(dá)到預(yù)壓荷載下計(jì)算最終沉降量的80%以上；（2）理論計(jì)算的地基總固結(jié)度達(dá)到80%以上；（3）地面沉降速度已降到0.5～1.0㎜/d以下。

軟土地基是鐵路工程施工中經(jīng)常遇到的地質(zhì)情況，為避免其影響橋梁構(gòu)造物的穩(wěn)定性，必須對其進(jìn)行加固處理。袋裝砂井法是一種常用的處理軟土地基的方法，它施工簡便、節(jié)約材料、效果顯著，在工程施工中應(yīng)用較為廣泛，并取得了較好的工程效益和經(jīng)濟(jì)效益。