朱廣幸 魏榮華 韓 燕

袋裝砂井在公路工程軟基處理中的應(yīng)用

朱廣幸 魏榮華 韓 燕

結(jié)合袋裝砂井的作用機(jī)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(yīng)用,分別闡述了袋裝砂井的沉降和穩(wěn)定計(jì)算、施工工藝及質(zhì)檢方法,以期指導(dǎo)實(shí)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(chǔ)上發(fā)展而來的。普通砂井在處理軟土地基時(shí),如果地基變形過大或施工質(zhì)量稍差,就會(huì)出現(xiàn)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(shí)的弊端,而且施工簡(jiǎn)單,加快了地基的固結(jié),因此得以廣泛采用,并取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 袋裝砂井的作用機(jī)理

在軟土地基上填土?xí)r,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(huì)產(chǎn)生排水固結(jié),孔隙比會(huì)減小,從而抗剪強(qiáng)度會(huì)得到相應(yīng)的提高。因此通常在預(yù)壓時(shí)先在地基中設(shè)置砂井之類的排水體,將土內(nèi)的水分排除,盡快地提高地基強(qiáng)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(yù)壓的方式,該段特殊路基設(shè)計(jì)平均處理深度為 8.0m,經(jīng)勘測(cè)主要地質(zhì)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(zhì)粉質(zhì)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(biāo)貫擊數(shù)3擊 ～5擊,該層較松散,夾淤泥質(zhì)亞粘土夾層;淤泥質(zhì)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(biāo)貫擊數(shù) 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(wěn)定計(jì)算

3.1 沉降計(jì)算

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

其中,e0為軟土壓實(shí)前孔隙比;ei為固結(jié)后空隙比,由 e—logp曲線求得;H為軟基壓實(shí)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(jié)排水屬于單面排水情況。

由上式計(jì)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(jié)度;Th為徑向排水固結(jié)度的時(shí)間因素,其值為：Th=(Ch/d2e)t,Ch為水平向固結(jié)系數(shù),n為井徑比;de為每一個(gè)砂井有效影響范圍的直徑,dw為砂井直徑。

利用Ur和 Th的關(guān)系曲線圖計(jì)算出固結(jié)度達(dá)到 80%時(shí)所需的時(shí)間為 290 d。

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

3.2 穩(wěn)定計(jì)算

利用條分法對(duì)打砂井前后的路基滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算,比較其安全系數(shù)。路基滑動(dòng)破壞安全系數(shù)由下式計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算,打砂井前后路基滑動(dòng)破壞最小安全系數(shù)分別為1.38和 1.06,說明打砂井后路基是穩(wěn)定的。

4 袋裝砂井施工

4.1 機(jī)具設(shè)備

機(jī)具為導(dǎo)管式振動(dòng)打樁機(jī),在行進(jìn)方式上普遍采用的有軌道門架式、履帶臂架式、吊機(jī)導(dǎo)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(qiáng)度應(yīng)能保證承受砂袋自重,裝砂后砂袋的滲透系數(shù)應(yīng)不小于砂的滲透系數(shù)。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(yīng)大于 3%,滲透系數(shù)不應(yīng)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(zhì)量合格的中粗砂運(yùn)至施工試驗(yàn)路段,選用適宜的機(jī)具按設(shè)計(jì)厚度 30 cm分層整平、壓實(shí)。砂墊層施工過程中,嚴(yán)防塵土、泥土和雜物污染,對(duì)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(shù)也應(yīng)必須符合設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的邊線坐標(biāo),閉合導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)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(jī)具定位：根據(jù)袋裝砂井布置范圍及間距,現(xiàn)場(chǎng)采用小木樁或竹板樁準(zhǔn)確定出每個(gè)砂井的位置,在套管入土?xí)r再將其拔掉。定位時(shí)要確保樁錘中心與地面定位在同一個(gè)點(diǎn)上,并用經(jīng)緯儀或其他觀測(cè)辦法控制樁錘導(dǎo)向架的垂直度。打樁機(jī)底支墊物要平穩(wěn)牢固。2)裁制砂袋：根據(jù)試打后確定的深度,考慮外露長度和兩頭打結(jié)長度,砂袋長度按規(guī)范要求裁制。3)灌砂：砂袋內(nèi)的砂采用自制的灌砂架(簡(jiǎn)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(yīng)大于設(shè)計(jì)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(gè) ～4個(gè)砂袋灌砂量,漏斗采用 0.5 t卷揚(yáng)機(jī)提升,漏斗底設(shè) 4個(gè) φ55漏口與砂袋口(φ70)連接綁扎牢固,砂袋露天堆放應(yīng)有遮蓋,切忌長時(shí)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(huán),并在套管上劃出控制標(biāo)高的刻度線。如套管接長時(shí),在打設(shè)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(gè)整體,套管的定位是利用樁機(jī)上的起吊設(shè)備使其吊起,上端送入樁帽中,下端扶住準(zhǔn)確安插在定位點(diǎn)上。5)套管打入：當(dāng)套管吊起定位后可開錘施打,開始時(shí)落錘要輕緩,防止套管突然偏斜。套管入土深度距設(shè)計(jì)深度約2m時(shí),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(yùn)輸要用專門的運(yùn)送工具,嚴(yán)禁在地上拖拉。并防止砂袋發(fā)生扭結(jié)、縮頸、斷裂和磨損。下砂袋時(shí),在套管口設(shè)置滾輪或滑槽,將砂袋緩慢順直地放入套管中。7)振動(dòng)拔管：砂袋到位后起拔套管,起拔時(shí)連續(xù)緩慢進(jìn)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(zhì)量檢驗(yàn)及效果

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

井徑和井長施工完成后檢測(cè)相對(duì)比較困難,常用的方法有挖驗(yàn)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(yōu)缺點(diǎn),在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際比對(duì)后決定采用沖水拔袋法,此種方法檢驗(yàn)精度可靠,消除了斷井現(xiàn)象。

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

6 結(jié)語

經(jīng)過施工對(duì)比,袋裝砂井相對(duì)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(zhì)量容易控制的優(yōu)點(diǎn),而且可以增大地基的抗剪強(qiáng)度。另外,為保證砂袋的密實(shí),灌砂時(shí)必須采用二次吊振,吊裝后空袋用人工二次補(bǔ)灌,以此來達(dá)到砂袋的密實(shí),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(shí),拔管速度應(yīng)控制在1m/m in～1.5m/min,以保證砂樁密實(shí),同時(shí)防止帶出砂袋,如果出現(xiàn)砂袋帶出,分析其原因,若是套管內(nèi)外壓力差的問題,在套管上提前,向套管內(nèi)注水,注水量視軟土地基情況和井深,經(jīng)試驗(yàn)確定;若是樁靴問題,則更換樁靴。拔管后立即對(duì)樁頭空袋用人工補(bǔ)灌,并扎好袋口,將砂井周圍空隙用砂填實(shí),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(shù)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(yè)技術(shù)學(xué)院,山東泰安 271000

魏榮華(1956-),男,講師,白城師范學(xué)院,吉林白城 137000

韓 燕(1981-),女,助教,泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東泰安 271000

橋隧工程