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袋装砂井在软土路基中的技术应用

作者：胡德锋

来源：《中国新技术新产品精选》2009年第17期

摘要:本文结合广东省某高速公路软基处理的工程实例,阐述运用堆载预压结合袋装砂井进行软土路基处理的原理,介绍砂垫层、袋装砂井的施工方法、原材料及施工过程的控制措施,这些控制措施有效地保证砂垫层、袋装砂井的施工质量,从而保证了软基处理的效果。 关键词:软基处理;袋装砂井;施工要求;注意事项

1 工程概况

本施工标段为广东省某高速公路,设计时速为100km/h,双向六车道,本标段的不良地质主要是软土,软土埋深一般在2.0～6.0米,软土层厚度多在10.0～25.0米之间,局部埋深达40米左右,软土中多含砂层和薄亚粘土层或淤泥与砂互层状分布,经统计分析本标段软土的含水量高,一般为35.3%～80.1%;压缩性大,α0.1～0.2一般为0.52～1.89MPa-1;强度低,标贯击数一般为1～6击,天然地基承载力一般为60～80KPa;空隙比大,一般为1.01～1.75,局部路段达2.0以上;固结系数CV一般为10-4～10-3cm2/s量级,针对本标段软弱土层具有含水量高、压缩性高、强度低、透水性差及相当埋藏深厚的特点,对于路堤采用堆载预压结合袋装砂井进行处理,本文主要介绍砂垫层、袋装砂井的施工工艺及质量管理与控制。 2 堆载预压结合袋装砂井处理软土路基的原理

堆载预压结合袋装砂井处理软基是排水固结法的一种,其目的是通过排水系统与荷载加压系统的共同作用将土中的孔隙水排出、在预压期内完成设计要求的沉降量、提高软土地基的强度。

在软土地基中钻孔,将袋装砂井沉入孔中,并在其顶部铺设砂垫层,构成了由竖向排水体与水平排水体组成的地基排水系统,改变了地基排水条件,增加孔隙水的排出途径,缩短地基中孔隙水的排水距离,在填土路堤的荷载作用下通过竖向设置袋装砂井把软土的孔隙水排至砂垫层而排出,土体孔隙变小,土体密实,土中的有效应力不断增加,土体固结,抗剪强度不断增长,提高了软土地基的承载力和稳定性,同时也减少了土体的压缩性,消除沉降量,在使用期不致产生有害的沉降。

3 砂垫层的施工及技术措施

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铺设水平排水砂垫层使预压过程中进入砂垫层的空隙水迅速的排出,土层的固结能正常进行,防止土颗粒堵塞排水系统,并起到持力层的作用,因此铺设水平排水砂垫层是保证处理软基的效果主要的环节之一。

排水砂垫层的施工要点是:整平原地面回填调平层并分层碾压密实,压实度不小于85%;排水砂垫层的平面尺寸和厚度符合设计要求以满足其作用;铺设在调平层上的砂垫层必须与袋装砂井相连,不允许有杂物堵塞或割断相连处;不得将泥土或其它杂物混入砂垫层中;透水土工布沿路线纵断面方向铺设并反包宽出路基两侧的砂垫层。

排水砂垫层的铺设方法:本工程采用机械法铺设,按设计厚度的1.2～1.3倍一次填筑,常规的压实方法对砂垫层压实意义不大及砂垫层的压缩量可在袋装砂井施工期间完成,故未对砂垫层分层碾压。

4 袋装砂井的施工

在软基中设置竖向排水体大大缩短了排水距离,加速地基的固结过程,在填土荷载的作用下,预压期内达到设计所要求的沉降量,因此设置竖向排水体是保证软基处理效果的又一主要环节。

4.1 袋装砂井试打

每一施工段落开工前在铺设的砂垫层上进行试打以确定该段落袋装砂井的施工长度。 在施工段落范围内每50米试打一个断面,在每个断面的左、中、右位置各试打一个点,左、右幅分别以相邻断面4个点(左侧两个值及中间两个值或右侧两个值及中间两个值)的平均值做为左右区域的试打长度,根据各断面的试打长度确定该施工段落袋装砂井的施工长度。 4.2 袋装砂井施工工艺及技术措施

测量放样→灌砂→成孔→冲水→沉入砂袋→振动拔管→机具移位→人工补砂→埋砂袋头 测量放样:在铺设的砂垫层上放出施工段落的中线,横向布孔以中桩为标准向两边延伸,当袋装砂井间距S不能整除路基边坡坡脚之间的宽度时,应向两边延伸一个等与于井距的长度,使之刚好是S的整倍数,并对孔位进行标识。

灌砂:为了保证灌砂率,本标段使用具有振动功能机械灌砂机,灌砂架高度能满足灌砂时砂袋悬空50厘米以上;裁剪砂袋的长度至少在设计长度的基础上增加40厘米,以利于袋装砂井两头打结;将砂井袋固定在灌砂机上进行灌砂,灌砂的过程中人工进行辅助摇摆、振动,砂袋取下后,手持砂袋的另一端进行上下振动,振动后空袋部分人工进行补灌,以保证灌砂率达到95%以上。

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成孔:本标段采用振动贯入法施工,桩机移至放样孔位后,调整套管的垂直度,偏差不大于1.5%,在确认套管底部阀门关闭时均匀振动打入套管并达到设计标高;套管下沉过程中速度无明显变化而又超过设计深度时,应暂停施工,由设计部门确认是否地质与设计不符,确定是否需增加桩长;当未达到设计深度套管下沉困难时,可用静力触探探明软土埋藏的深度和厚度后再开工,或采用最后15秒下沉不超过5mm即可认为已超过软土层。

冲水:套管到达设计标高后即向管内冲水,以保证在拔管时,管底阀门顺利打开;减少砂袋与管壁的摩擦力,拔管时不回带。

沉入砂袋:砂袋用吊绳吊起,人工辅助徐徐沉入套管中,在沉入的过程中应防止砂袋扭结、断裂、磨损、掉带。

振动拔管:砂袋全部沉入套管内即可拔管,拔管时应该垂直振动起吊,连续缓慢地进行,中途不得放松吊绳,以防止掉带、回带、损坏砂袋现象。

人工补砂:套管拔出后解开吊绳,施工机具移至下一孔位,人工将砂井袋上部结松开,手持砂井袋的上部上、下、左、右振动,对空袋部分应再次补砂,以防止出现缩颈。

埋砂袋头:砂袋顶部至少要伸入砂垫层30厘米以上,保证袋装砂井与砂垫层贯通,伸入段应保持密实、饱满、伸入段不得卧倒,必要时采用人工补砂以保证灌砂率,砂井袋的上部袋口应扎牢,施工完成经检验合格可将露出部分弯折埋置于砂垫层中,并将带出的淤泥清走。 5 质量控制 5.1 原材料

砂:砂垫层采用洁净、级配良好、透水性好的中粗砂,细度模数应大于2.7,含泥量不大于5.0%,渗透系数大于5×10-3cm/s;袋装砂井采用渗透系数较高的粗砂,渗透系数大于5×10-3cm/s,大于0.6mm颗粒的含量宜占总量的50%以上,细度模数应大于3.0,含泥量不大于3.0%。 砂井袋:选用具有足够抗拉强度、透水性好、不外漏砂料的聚丙烯编织袋,纵向抗拉强度不小于15KN/M,砂井袋的渗透系数不小于砂的渗透系数。 5.2 砂垫层的厚度 5.3 袋装砂井井距

竖向排水体的间距对排水体的作用影响很大,孔位放样结束后要进行复核,平面井距偏差10排桩不应大于15cm,本标段的袋装砂井设计间距为1.0米～1.3米,布置形式按等边三角形布置。