林學錦

（中鐵十八局集團有限公司，天津 300222）

砂樁與預壓技術(shù)在厚層軟土路基施工中的應用

林學錦

（中鐵十八局集團有限公司，天津 300222）

福建沿海公路福清濱海大通道，部分路段為海水養(yǎng)殖區(qū)域，覆蓋層淤泥較厚，厚度在0-28m不等，含水率高，為保證道路路基施工質(zhì)量，確保道路使用安全，經(jīng)過設計單位及省內(nèi)專家的研究和探討，決定采用擠密砂樁豎向排水結(jié)合堆載預壓的施工工藝，并取得了很好的成效.后期的工后沉降等各項數(shù)據(jù)均能滿足設計規(guī)范要求，達到了預期的效果.

軟土路基；施工工藝；擠密砂樁；預壓；沉降

前言

軟土路基在我國分布較廣，主要在沿海地區(qū)、各大湖泊周邊及長江淮河等河灘附近.目前對于軟土路基的研究仍停留在初級階段，軟土路基的處理工藝成為國內(nèi)廣大工程建設者研究的課題，很多工藝還處于試驗階段，軟土路基的處理是路基施工中的技術(shù)難點，尤其是淤泥層較厚的地質(zhì)，其質(zhì)量直接影響通車后運營的安全性和舒適性.

若采取不當?shù)氖┕すに?，后期會產(chǎn)生路面開裂等病害問題，甚至返工處理.

1 工程概況

路線所穿越地貌為濱海沖海積平原地貌，表層多為人工填土，其它依次為淤泥、淤泥夾沙、粉質(zhì)粘土，軟土厚度在0-28m之間，呈深灰色，流塑狀，含水量65%～75%，天然孔隙比大于1，地基承載力小于35Kpa.軟土層厚度偏厚，含水量大且需要處理的路段長，采取

普通的表層處置和換填工藝，很難保證路基穩(wěn)定，無法滿足公路施工質(zhì)量要求.經(jīng)過研究探討，決定采用擠密砂樁豎向排水結(jié)合堆載預壓的施工工藝.

2 工藝原理及特點

2.1 工藝原理

首先在軟土地基中施工擠密砂樁和砂墊層，然后進行路基填筑以及預壓土方施工.由于受到上方路基及預壓土方的壓力，使軟土中的孔隙水利用擠密砂作為豎向排水通道，砂墊層作為橫向排水通道，將水排出至路基外.土體孔隙比縮小，也縮小了土體固結(jié)排水距離，抗剪強度加大，地基承載力提高，地基逐步固結(jié)穩(wěn)定，工后沉降減少.砂樁起到了排水、擠密、置換的作用.

2.2 工藝特點

工藝特點是排水速度慢，路基沉降時間長，但是運營后路基整體穩(wěn)定，病害少.砂樁的施工質(zhì)量直接影響整個軟基處理的效果，因此施工過程中要重點控制.

3 施工工藝

3.1 擠密砂樁施工

3.1.1 試驗段施工

通過試驗段的施工，檢驗砂樁長度、填砂量、提升速度、時間、電機工作電流等參數(shù)，根據(jù)試樁參數(shù)制定實施性施工工藝細則及標準，檢驗成樁施工工藝及施工方法.試驗段施工成功后方可進入主體施工.

3.1.2 砂樁施工

砂樁施工采用振動沉管工藝，選用履帶式振動沉樁機，或具有同等以上施工能力的機型，配套機具有：帶活瓣樁尖的與砂樁同直徑(50cm)的樁管、下料斗.樁間距為1.5m呈等邊三角形布設，直徑為50cm.材料選用滲透系數(shù)不小于5× 10-3cm/s，含泥量不大于3%，細度模數(shù)不小于3.0，滲水率較高的潔凈中粗砂.主要工序流程如下：施工準備→實地布置樁位→樁機就位→開機振動沉管→灌砂振搗密實→拔管→關(guān)機移位.

（1）機具就位、樁管沉入

要有砂樁施工布樁平面圖，圖應注明樁位編號和設計、施工說明.場地樁位放樣后，應做好記錄及保護樁位標志，樁位與設計圖誤差不得大于5cm.根據(jù)測量放樣的位置，機具準確就位.樁管沉入前，用紅油漆將沉管深度標示于樁管上，控制沉管深度.活瓣樁尖的尖點對準砂樁樁位中心，中心偏差控制在±5cm以內(nèi)；調(diào)整機架確保樁管垂直，垂直度控制在1%以內(nèi).啟動振動器，以2～3m／min的速度使樁管邊振動邊下沉.下沉時，要注意沉管的垂直度，可用靠尺進行控制.

（2）灌砂

沉樁的同時，進行灌砂，采用人工拉動料斗進行加料，考慮到砂樁振動擠密后體積減小，砂頂標高下降，因此沉管頂應高出地面1m.為保證砂子的密實度，在管內(nèi)灌滿水后再灌砂，邊加砂邊加水.因前期鉆探點的間距為50m一個，所以部分砂樁的設計樁長與實際有一定出入，為確保砂樁底部必須打穿軟土層進入下臥層不小于0.5米，在砂樁施工中應采取灌砂量和樁機電流進行進行雙向控制，確保樁身連續(xù)密實.

（3）拔管

在樁管內(nèi)加入砂料后，邊振動邊緩慢拔出樁管，拔管速度控制在0.5m／min以內(nèi)，邊拔邊補充砂子，將落入樁孔內(nèi)的砂壓實，確保每m灌砂量達到設計要求.單樁砂設計灌入量q=0.237*h（h為實際施打樁長）.為確保樁身質(zhì)量，要嚴格控制拔管速度不宜過快，灌砂的數(shù)量及質(zhì)量要滿足要求.

（4）移機

沉管拔出后，及時清理帶出的淤泥，并將周圍的施工用水利用排水溝排出路基，確保工作面的整潔干燥，根據(jù)放樣的測量點，移機到下一樁位.

（5）砂樁質(zhì)量驗收

砂樁質(zhì)量驗收的主控項目如下表：

項主控項目序號 項目 允許偏差或允許值 檢測頻率 檢驗方法1灌砂量 95% 100% 實際灌砂量與計算體積比2 樁身完整性 無斷樁 總樁數(shù)的5% 靜力觸探3沉降量 ±1mm 每天1次 水平儀

目前國內(nèi)對于樁身的完整性的檢驗，主要有重型動力觸探和靜力觸探等，該工程采用靜力觸探檢測方法.在檢測的過程中發(fā)現(xiàn)，部分20多米以上的砂樁長度檢測結(jié)果與實際存在出入.經(jīng)過分析和現(xiàn)場驗證，可能的原因是：①由于砂樁的垂直度允許偏差是1%，檢測設備垂直度也存在偏差，兩者疊加，導致未能測出實際樁長；②樁身質(zhì)量不密實，周邊受到擠壓后產(chǎn)生斷樁.為確保施工質(zhì)量，對有爭議的砂樁，可在周邊進行補樁.

最后驗收時應進行復合地基承載力試驗，復合地基承載力試驗不少于總樁數(shù)的0.5%.

3.2 橫向排水系統(tǒng)施工

在砂樁頂部鋪設2m厚的砂墊層作為橫向排水通道，在砂墊層內(nèi)部鋪設一層土工格柵，使受力均勻，增強整體性.砂墊層兩側(cè)使用粘土作為包邊，厚度2m，防止砂層流失，并間隔一定距離設置泄水孔.

3.3 路基填筑

路基填筑，可根據(jù)附近材料資源進行選擇填料，按照正常路基施工方案進行施工，填筑過程中要進行側(cè)向位移觀測（測斜管）、沉降觀測（沉降標）以及孔隙水壓力變化（孔隙壓力計），目的在于監(jiān)控整個施工過程中路基的穩(wěn)定性，控制填土速率，并推測工后沉降.監(jiān)測頻率可隨著加載天數(shù)的增加，進行相應調(diào)整.

3.4 預壓土方

預壓土方可使用填土或者填砂，預壓土方可采用等載或超載預壓，等載預壓施工高度＝路基設計高+預壓期沉降量+路面換算土柱高度.預壓過程中應及時追加土方，保證預壓高度不變.該工程由于路基高度較低，能滿足穩(wěn)定要求，因此未設置反壓護道.

預壓期間，必須對垂直沉降繪制“沉降量-時間”關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)異常應及時查明原因.并推算地基的最終固結(jié)變形量、不同時間的固結(jié)度和相應的變形量，以分析處理效果并為確定卸載時間提供依據(jù).預壓完成后，進行如下的檢驗，并同加固前進行對比：常規(guī)土工試驗，檢測含水量、土容重、孔隙比.靜力觸探強度試驗，檢測貫入阻力十字板抗剪強度試驗.

3.4 沉降觀測

工后沉降容許值一般路段不大于50cm，地基沉降量計算采用分層總和法，主固結(jié)沉降量采用e-p曲線法計算，總沉降量計算采用沉降系數(shù)修正法，沉降系數(shù)Ms取值為1.1～1.6.路基橫斷面上某點的工后沉降等于路基該點在現(xiàn)有固結(jié)壓力狀態(tài)下基準期內(nèi)的總沉降減去該點在先前各固結(jié)壓力下經(jīng)歷的固結(jié)沉降之和.

沉降及位移的觀測應做到“四固定”（固定觀測人員、固定儀器及水準尺、固定后觀尺讀數(shù)、固定測站及轉(zhuǎn)點）.路堤施工期內(nèi)觀測精度±2mm，預壓期及路面施工期內(nèi)觀測精度±1mm.預壓期間加強觀測，尤其在雨季.必須按規(guī)定妥善保存原始記錄.

要求預壓期未沉降速率連續(xù)兩個月應小于5mm/月，同時推算的工后沉降小于設計容許值后，方可鋪筑路面結(jié)構(gòu)底基層.在堆載預壓8個月后，現(xiàn)場監(jiān)測取得路基監(jiān)測點的沉降速率介于0.17～0.77mm/d之間，沉降有明顯收斂，且沉降速率逐漸變緩，路基坡腳穩(wěn)定.

4 施工注意事項

（1）涵洞、擋墻等路基附屬結(jié)構(gòu)，應該等路基沉降穩(wěn)定后進行施工，否則可能出現(xiàn)因沉降引起開裂破壞.

（2）擠密砂樁沉管施工時，對周圍環(huán)境的震動影響很大，應該時刻觀測周圍建筑物的變化，必要時采取相應的保護措施或拆除.

（3）樁機對凈空要求高，施工區(qū)域內(nèi)有電線、電話線等線路應提前遷移，并保證三通一平.

（4）因砂樁地基處理屬隱蔽工程，出于施工控制及質(zhì)量檢測的考慮，應要求有詳細的施工原始記錄（數(shù)據(jù)真實性必須經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)理工程師的確認），并派專人進行全程旁站和作好拍攝照片或錄象等實態(tài)記錄.

5 結(jié)束語

綜上所述，該施工工藝利用土力學原理，以擠密砂樁的豎向排水為主，結(jié)合預壓、觀測等手段，使基礎(chǔ)固結(jié)，效果穩(wěn)定.對于有充分施工時間的項目，可采用該工藝進行施工.當然工藝中仍然存在一些不足，需要我們?nèi)パ芯亢桶l(fā)掘，比如砂樁上料可否采用自動裝置，可自動上料又能準確計量用砂量？長樁樁身完整性的檢測是否有更準確可靠的檢驗方法？這些問題將是后續(xù)研究工作的重點內(nèi)容.

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2017-01-10