砂樁與預(yù)壓技術(shù)在厚層軟土路基施工中的應(yīng)用

林學(xué)錦

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222）

砂樁與預(yù)壓技術(shù)在厚層軟土路基施工中的應(yīng)用

林學(xué)錦

（中鐵十八局集團(tuán)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(shè)計(jì)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(yù)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(xiàng)數(shù)據(jù)均能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期的效果.

軟土路基；施工工藝；擠密砂樁；預(yù)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(duì)于軟土路基的研究仍停留在初級(jí)階段，軟土路基的處理工藝成為國內(nèi)廣大工程建設(shè)者研究的課題，很多工藝還處于試驗(yàn)階段，軟土路基的處理是路基施工中的技術(shù)難點(diǎn)，尤其是淤泥層較厚的地質(zhì)，其質(zhì)量直接影響通車后運(yùn)營的安全性和舒適性.

若采取不當(dāng)?shù)氖┕すに?，后期?huì)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(yù)壓的施工工藝.

2 工藝原理及特點(diǎn)

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(jìn)行路基填筑以及預(yù)壓土方施工.由于受到上方路基及預(yù)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(qiáng)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(diǎn)

工藝特點(diǎn)是排水速度慢，路基沉降時(shí)間長，但是運(yùn)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(gè)軟基處理的效果，因此施工過程中要重點(diǎn)控制.

3 施工工藝

3.1 擠密砂樁施工

3.1.1 試驗(yàn)段施工

通過試驗(yàn)段的施工，檢驗(yàn)砂樁長度、填砂量、提升速度、時(shí)間、電機(jī)工作電流等參數(shù)，根據(jù)試樁參數(shù)制定實(shí)施性施工工藝細(xì)則及標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)成樁施工工藝及施工方法.試驗(yàn)段施工成功后方可進(jìn)入主體施工.

3.1.2 砂樁施工

砂樁施工采用振動(dòng)沉管工藝，選用履帶式振動(dòng)沉樁機(jī)，或具有同等以上施工能力的機(jī)型，配套機(jī)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(shè)，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(xì)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(zhǔn)備→實(shí)地布置樁位→樁機(jī)就位→開機(jī)振動(dòng)沉管→灌砂振搗密實(shí)→拔管→關(guān)機(jī)移位.

（1）機(jī)具就位、樁管沉入

要有砂樁施工布樁平面圖，圖應(yīng)注明樁位編號(hào)和設(shè)計(jì)、施工說明.場地樁位放樣后，應(yīng)做好記錄及保護(hù)樁位標(biāo)志，樁位與設(shè)計(jì)圖誤差不得大于5cm.根據(jù)測量放樣的位置，機(jī)具準(zhǔn)確就位.樁管沉入前，用紅油漆將沉管深度標(biāo)示于樁管上，控制沉管深度.活瓣樁尖的尖點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)砂樁樁位中心，中心偏差控制在±5cm以內(nèi)；調(diào)整機(jī)架確保樁管垂直，垂直度控制在1%以內(nèi).啟動(dòng)振動(dòng)器，以2～3m／min的速度使樁管邊振動(dòng)邊下沉.下沉?xí)r，要注意沉管的垂直度，可用靠尺進(jìn)行控制.

（2）灌砂

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

（3）拔管

在樁管內(nèi)加入砂料后，邊振動(dòng)邊緩慢拔出樁管，拔管速度控制在0.5m／min以內(nèi)，邊拔邊補(bǔ)充砂子，將落入樁孔內(nèi)的砂壓實(shí)，確保每m灌砂量達(dá)到設(shè)計(jì)要求.單樁砂設(shè)計(jì)灌入量q=0.237*h（h為實(shí)際施打樁長）.為確保樁身質(zhì)量，要嚴(yán)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(jī)

沉管拔出后，及時(shí)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(diǎn)，移機(jī)到下一樁位.

（5）砂樁質(zhì)量驗(yàn)收

砂樁質(zhì)量驗(yàn)收的主控項(xiàng)目如下表：

項(xiàng)主控項(xiàng)目序號(hào) 項(xiàng)目 允許偏差或允許值 檢測頻率 檢驗(yàn)方法1灌砂量 95% 100% 實(shí)際灌砂量與計(jì)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(duì)于樁身的完整性的檢驗(yàn)，主要有重型動(dòng)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(shí)際存在出入.經(jīng)過分析和現(xiàn)場驗(yàn)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(shè)備垂直度也存在偏差，兩者疊加，導(dǎo)致未能測出實(shí)際樁長；②樁身質(zhì)量不密實(shí)，周邊受到擠壓后產(chǎn)生斷樁.為確保施工質(zhì)量，對(duì)有爭議的砂樁，可在周邊進(jìn)行補(bǔ)樁.

最后驗(yàn)收時(shí)應(yīng)進(jìn)行復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，復(fù)合地基承載力試驗(yàn)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(shè)2m厚的砂墊層作為橫向排水通道，在砂墊層內(nèi)部鋪設(shè)一層土工格柵，使受力均勻，增強(qiáng)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(shè)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(jìn)行選擇填料，按照正常路基施工方案進(jìn)行施工，填筑過程中要進(jìn)行側(cè)向位移觀測（測斜管）、沉降觀測（沉降標(biāo)）以及孔隙水壓力變化（孔隙壓力計(jì)），目的在于監(jiān)控整個(gè)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(jìn)行相應(yīng)調(diào)整.

3.4 預(yù)壓土方

預(yù)壓土方可使用填土或者填砂，預(yù)壓土方可采用等載或超載預(yù)壓，等載預(yù)壓施工高度＝路基設(shè)計(jì)高+預(yù)壓期沉降量+路面換算土柱高度.預(yù)壓過程中應(yīng)及時(shí)追加土方，保證預(yù)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(shè)置反壓護(hù)道.

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

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(jì)算采用分層總和法，主固結(jié)沉降量采用e-p曲線法計(jì)算，總沉降量計(jì)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(diǎn)的工后沉降等于路基該點(diǎn)在現(xiàn)有固結(jié)壓力狀態(tài)下基準(zhǔn)期內(nèi)的總沉降減去該點(diǎn)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(yīng)做到“四固定”（固定觀測人員、固定儀器及水準(zhǔn)尺、固定后觀尺讀數(shù)、固定測站及轉(zhuǎn)點(diǎn)）.路堤施工期內(nèi)觀測精度±2mm，預(yù)壓期及路面施工期內(nèi)觀測精度±1mm.預(yù)壓期間加強(qiáng)觀測，尤其在雨季.必須按規(guī)定妥善保存原始記錄.

要求預(yù)壓期未沉降速率連續(xù)兩個(gè)月應(yīng)小于5mm/月，同時(shí)推算的工后沉降小于設(shè)計(jì)容許值后，方可鋪筑路面結(jié)構(gòu)底基層.在堆載預(yù)壓8個(gè)月后，現(xiàn)場監(jiān)測取得路基監(jiān)測點(diǎn)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(xiàng)

（1）涵洞、擋墻等路基附屬結(jié)構(gòu)，應(yīng)該等路基沉降穩(wěn)定后進(jìn)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(shí)，對(duì)周圍環(huán)境的震動(dòng)影響很大，應(yīng)該時(shí)刻觀測周圍建筑物的變化，必要時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施或拆除.

（3）樁機(jī)對(duì)凈空要求高，施工區(qū)域內(nèi)有電線、電話線等線路應(yīng)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(yīng)要求有詳細(xì)的施工原始記錄（數(shù)據(jù)真實(shí)性必須經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)理工程師的確認(rèn)），并派專人進(jìn)行全程旁站和作好拍攝照片或錄象等實(shí)態(tài)記錄.

5 結(jié)束語

綜上所述，該施工工藝?yán)猛亮W(xué)原理，以擠密砂樁的豎向排水為主，結(jié)合預(yù)壓、觀測等手段，使基礎(chǔ)固結(jié)，效果穩(wěn)定.對(duì)于有充分施工時(shí)間的項(xiàng)目，可采用該工藝進(jìn)行施工.當(dāng)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(dòng)裝置，可自動(dòng)上料又能準(zhǔn)確計(jì)量用砂量？長樁樁身完整性的檢測是否有更準(zhǔn)確可靠的檢驗(yàn)方法？這些問題將是后續(xù)研究工作的重點(diǎn)內(nèi)容.

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TU74

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1673-260X（2017）04-0102-02

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