砂樁堆載預壓法在公路軟基處理中的應用

周 昌 雄

(中鐵五局機械化公司，湖南 長沙 430117)

0 引言

近年來，隨著我國沿海經濟的高速發展，對土地資源的需求日益增大，臨海口采用吹填砂人工圍海造地、興建港口及碼頭等方式來擴大城市規模，而臨海區主要以軟土為主，軟土地基處理的好壞直接影響公路的使用壽命，為了滿足地區的發展必須建設好四通八達的交通網，軟基上修建公路的難題就成為當前研究的熱點。而砂樁堆載預壓處理技術作為軟基處理的一種方法，非常適用于沿海地區含水量高的灘涂吹填路段的軟基處理，對提高地基承載力和減少地基沉降方面有非常好的效果[1]。在公路建設當中使用可以滿足公路軟土地基的驗收標準，在國內外也得到了廣泛的應用[2,3]。砂樁堆載預壓處理技術與其他常見軟基處理方式如水泥攪拌樁[4]、CFG樁鋼管樁[5]相比，施工簡便快捷，且可以利用當地豐富砂料資源，具有較高的經濟性。因此，結合濱海東大道項目，對該項目中采用的砂樁堆載預壓軟基處理方式進行分析，并將其施工方案要領及其質量控制要點進行闡述，對同類工程項目提供一定的參考和借鑒。

1 地基加固原理

砂樁堆載預壓法[6]的加固原理主要靠振動沉管機把套管打入規定的設計深度，擠密套管周圍土體后，灌入中粗砂，緩慢提升及反插、振動密實成樁，且在樁的頂部設置砂碎墊層及縱橫向盲溝，形成由砂樁、砂碎墊層及盲溝縱橫向的排水系統，再通過在砂碎墊層的上部進行土方堆載預壓，增加地基土壤中的附加應力，讓土壤中的水分能有效地通過砂樁和砂碎墊層排出去，使砂樁周圍的軟基土排水固結，大大提高地基承載力，而且對減少地基沉降有較好的作用。

2 工程實例

濱海東大道(翔安東路—蓮河段)公路一標段路基絕大部分處于先期吹填造地存在軟基土，先期處理方式采用真空預壓，經處理后地質情況依次為素填土、填砂、淤泥、淤泥質粘土、殘積砂質粘性土，地表地基承載力在60 kPa以上。考慮到該段路基軟基處理工期較寬松，故采用工期較長、造價較低的砂樁堆載預壓復合地基處理方案，經處理后復合地基承載力可以滿足不小于85 kPa的設計要求。

2.1 砂樁堆載預壓處理的設計

在設計砂樁堆載預壓處理時，要依據地質情況，地下水位高程、工期、堆載土方來源、工程造價等，合理確定樁間距、堆載時間、堆載高度等關鍵參數，綜合考慮以上因素，砂樁設計采用樁徑0.5 m，間距1.8 m，正方形布置，堆載高度為路面頂高程加高2 m，堆載時間不小于6個月，且工后沉降滿足要求方可卸載。

2.2 砂樁堆載預壓的施工

1)砂樁施工順序。由于本標段砂樁數量大，施工前應將先后施工順序編號，繪制布置圖，根據進度安排，配置足夠數量的樁基，分段施工，砂樁施工順序采用從路基兩側向中間推移并不斷向前推進，且要跳躍間打相鄰兩根樁。

2)砂樁施工工藝。擠密砂樁施工流程如下：平整打樁場地→測量放樣→機具定位、打樁機進行垂直度調整→沉管→樁管灌砂(灌滿)→振動并提升樁管→機具移位進行下一根樁施工。

移動樁基就位，先進行對中調平，校正樁管垂直度，且垂直度不小于1.5%；檢查鉆桿長度，并在鉆塔旁用紅油漆標記深度線，確保樁身設計長度。準備工作完成后，在樁點位處堆少量的砂，以利于沉管對中；用振動沉樁機振動下沉至樁底標高。

到達設計樁底標高后，稍提升樁管使樁尖打開，停止振動，樁管內加足水量，使砂料呈飽和水狀態，開始上料，一次上足或分兩次投料，亦可超量投砂。

為使樁管內投入砂料密實，在啟動拔管前先振動1 min，然后邊振動邊均勻緩慢提升樁管，提升速度控制在1 m/min～1.5 m/min，每提升1.0 m留振30 s。

當拔出樁管的一半長度時，邊加水邊加剩余的投料，直至裝滿為止；邊振動邊繼續加水，直至樁管提升至孔口。

在提升及反插過程中注意速度的均勻性，反插深度由深到淺，每根樁在保證樁長和灌入砂量的前提下，反插次數不少于5次，做到沉管每提升1.0 m反插一次，并根據成樁過程進行施工調整，保證成樁樁頂標高以及灌砂量滿足設計要求。完成該樁灌砂量，樁管提至地面，樁管移到下一樁位。

3)排水墊層施工。在砂樁施工完畢后，開挖至設計樁頂標高，清理樁頭覆蓋淤泥等雜物，以免影響砂樁透水效果。基底清理完畢后，將拌制好的3∶7的砂碎石分層鋪筑在砂樁頂面，為了保證預壓后地下水的排水，沿線路方向每隔50 m設置一道盲溝，將水排至盲溝兩端集水井，再通過排水溝排至路基以外。

4)采取分層堆載預壓。通過堆載預壓，加速路基的基底和路基本體下沉，降低空隙比和含水量，提高土體密實度，減小路基工后沉降量，確保路基的承載力和穩定性。加載過程應分級進行，以保證每級荷載下地基的穩定性。預壓土填筑過程要嚴格控制每層厚度，采用中型碾壓機具壓實，確保在填筑后壓實度不小于80%。預壓土超載填筑過程中加強沉降觀測，當變形過大時，應暫停加載，待查明原因及穩定后，方可繼續加載，分層填至頂面標高，經驗收合格后并進行監測。

5)卸載。根據沉降觀測數據進行工后沉降分析，結果同時滿足三項設計要求：砂樁段預壓期不小于6個月、由監測數據推算的工后沉降量小于設計容許值、連續2個月觀測的沉降量每月不超過5 mm，方可進行卸載施工。

2.3 砂樁堆載預壓質量檢測

施工過程及施工后需檢驗砂樁施工質量、驗證軟基處理是否達到設計預期要求，并確定卸載時間，所以砂樁施工質量是軟基處理好壞的關鍵因素。施工時需對樁距、樁徑、樁長、灌砂量等指標進行嚴格控制外，需對樁體的砂密實狀態、單樁復合地基承載力等指標進行檢測。

1)砂樁要求樁體的連續性及密實狀態，檢測的方法一般用動探Ⅱ型，檢測頻率控制在1%以內。以每貫入30 cm的錘擊數不小于標準值為合格。

2)單樁復合地基承載力靜載試驗，試驗頻率視工程大小而定，考慮砂樁的擠密作用，砂樁復合地基承載力按70 kPa控制。砂樁打設完成，并靜置28 d后進行，每級荷載增量均為17.5 kPa，分8級加載，最大試驗荷載加至140 kPa，P—S(荷載—沉降)曲線為平緩的光滑曲線，即滿足設計要求。

3)卸載后進行土工試驗，包括相對密度、天然含水量、天然孔隙比、飽和度、塑限、液限等，對比加固前后土工試驗結果，得出加固后淤泥的力學性質改變情況及加固效果。

3 砂樁堆載預壓處理質量控制要點

砂樁的擠密、置換及排水固結作用，通過堆載預壓后可達到90%以上的固結度，從而較好地改變軟弱地基以滿足地基承載力要求，假如施工不當或技術要領把握不好，極易留下質量隱患，嚴重影響處理效果，所以施工過程中需注意以下幾點：

1)砂料控制：砂料進場前按驗標要求進行檢驗，材料采用天然濕砂，顆粒細度模數大于3，含泥量不大于3%，滲透系數不小于0.05 cm/s。檢測合格后方可使用。

2)樁孔內填料量嚴格按樁孔體積乘以充盈系數確定，其中充盈系數暫定1.3(最終以試樁參數為準)。施工過程中若地面出現沉降或隆起，可根據實際情況調整填料量。

3)施工過程中應嚴格保持打樁機機架穩固可靠，套管上下移動的導軌應保持垂直，宜采用經緯儀隨時校準其垂直度，保證樁身豎直度。

4)砂樁施工過程中地面下1 m～2 m土層應采用超量投砂，并通過壓擠提高表層砂的密實程度，當砂樁實際灌砂量未達到設計用量時，應在原位將樁打入，補充灌砂后復打一次，或在旁邊補樁。

5)施工過程中要嚴格按照施工工藝要求控制拔管高度和拔管進度，保證樁身的連續性，同時應避免反插深度有誤、塌孔、卡管活頁打不開等出現斷樁現象，如不慎形成斷樁，必須在旁邊補樁。

6)砂樁施工完畢后開挖出樁頭，并清理砂樁頂部，不得有淤泥雜質附著在上面，保證砂樁頂質量及透水性能，以便利于堆載預壓排水效果。

4 結語

1)闡述了砂樁堆載預壓的基本原理，提出采取砂樁+堆載預壓處理的詳細設計方案；

2)設計具體的施工流程，包括砂樁施工順序、施工工藝、排水墊層施工、采取分層堆載預壓及卸載過程；

3)通過檢驗砂樁施工質量、證明軟基處理能達到設計預期要求，力學性質得到良好的改善，加固效果明顯；

4)從灌砂量、樁管豎直度、斷樁等施工可能出現的問題，提出了砂樁堆載預壓過程中的控制要點。