高速公路軟土地基施工技術

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摘要：在軟土地基上修建高速公路面臨著路堤穩(wěn)定、工后沉降等系列問題。本文主要闡述袋裝砂井、砂墊層、土工格柵等軟基處理方法在江珠高速公路軟基處理中的應用。

關鍵詞：高速公路；軟基處理；袋裝砂井；砂墊層

1.工程概況：

江珠高速公路地處于珠江三角洲的沖積平原地區(qū)，軟土有著分布廣泛，沉積厚度較深（多在25~43.20m范圍之間），形成較久遠，主要由淤泥、淤泥質黏土構成，含有很多細顆粒及大量的有機腐植物質，顏色呈深灰色，有臭味，天然含水量在50%~70%之間，孔隙比大于1.0，壓縮系數(shù)大于0.5MPa-1，滲透系數(shù)k≤1mm/d，天然容重在15~18KN/m3之間。由于江珠高速軟土這些的物理特性，使其具有透水性差、具有易觸變性，易剪切滑動、承載力低等不良工程地質特征，在此地層上修建高速公路必須對軟土進行處理；我公司施工的第九合同段（K43+234.855~K45+800）工程，全長2.565km，其中軟土處理路基總長為2.014km，軟土路基處理為整體式路基。

2.軟基處治方法的選用：

根據(jù)現(xiàn)有施工經(jīng)驗，軟基處理方法很多，主要有：置換、排水固結、振動擠密、膠結和加筋等。在公路工程的實際施工中，置換、固結排水和振動擠密的方法比較常用。其特點是技術可靠、經(jīng)濟適用、施工容易、效果顯著且不受時空限制，故得到推廣應用。根據(jù)本工程的地基特點，江珠高速公路在一般軟基地段采用“袋裝砂井+砂墊層+土工格柵”排水固結方法加固地基。對于涵洞、橋頭高路堤地段，先進行袋裝砂井+砂墊層施工，然后采用真空聯(lián)合堆載的預壓方法。本文重點闡述袋裝砂井+砂墊層+土工格柵處理方法在本標段軟基處理中的應用。

3.“袋裝砂井+砂墊層+土工格柵”軟基處理

3.1袋裝砂井+砂墊層+土工格柵”軟基處理原理

軟土地基有著含水量大、孔隙比大、壓縮性高等特點，所以減少土體壓縮性,降低孔隙比和含水量,增加土體密實度成了軟基處理的主要目的；在軟土地基中施工砂墊層、袋裝砂井后，上部土荷載的作用下,土體間產生的附加應力使土顆粒間的孔隙水通過軟土層中的砂井、砂墊層排出地層外面，達到土顆粒間的密實,從而加速了地基的固結與沉降。在較短時間內達到較高的固結度,提高了軟土路基的承載力和抗剪能力,從而保證路堤和地基的穩(wěn)定。

3.2“袋裝砂井+砂墊層+土工格柵”的施工工藝

袋裝砂井是“袋裝砂井+砂墊層+土工格柵”軟基處理中的關鍵工序，是軟土地基中排水固結作用的排水通道，因此要特別注意袋裝砂井的施工質量。本標段砂井加固深度為25m,,砂井直徑為7cm，砂井按三角形布置，樁間距為1.1m~1.3m，砂墊層厚為80cm。

3.2.1工藝流程：

3.2.1.1.清理平整場地：施工前應對軟基處理范圍測量放樣，并用挖溝機、推土機清理不符合要求的表土、樹根，對常年積水地表挖溝排水、曬干，并作好填前壓實。對水塘、魚塘淤泥層厚地段，由于地基經(jīng)常浸水濕軟，含水量大，施工前應做好抽水清淤、清淤至水塘、魚塘底硬土層，防止因淤泥可能出現(xiàn)的路基盆形沉降、失穩(wěn)和沉降差等問題。并應按設計要求作好回填整平。

3.2.1.2.砂墊層施工：為了使從袋裝砂井豎向排出的水流出路基外，達到持續(xù)排水的效果，通常會在路堤和砂井頂部之間鋪設一定厚度的砂墊層，使砂井、砂墊層之間形成一個良好的排水通道，以起到增強排水和加固地基的作用。所以砂墊層材料必須采用透水性好、潔凈、級配良好的中、粗砂，含泥量不應大于5%，滲透系數(shù)不小于10-3cm/s，細度模數(shù)大于2.5。為保證路基施工質量，必須控制中粗砂的質量滿足設計要求。砂墊層應分上下層施工，下層砂墊層厚度一般30cm為宜，在對場地進行碾壓平整后，即可進行砂墊層的分層碾壓攤鋪施工，寬度應寬出路基護坡道邊腳1.5米，防止因沉降將造成砂墊層不足，影響砂墊層排水沉降固結。兩側端應以砂包護砌或采有其他方式防護，以免砂料流失。在砂井施工完成后再施工上層墊；

3.2.1.3袋裝砂井施工a.機具選配主要機具選用導管式振動打樁機，該機寬履帶自行式b.材料準備砂袋：應采用透水性、耐水性好，韌性強的聚丙烯編強織布制作。砂料：應選用滲水率較高的干燥中粗砂，且粒徑大于0.5㎜的應占總量的50%以上，其含泥量不超過3%，細度模數(shù)大于3.0。c.砂袋制作砂袋長度應比設計井深長10-15㎝，灌砂應保證95%以上的灌砂率，灌砂后，應避免長時間曝曬，以防止砂袋老化，同時為保證灌砂的密實度，引進灌砂機，采用機械灌砂，人工輔助。d.機具定位根據(jù)測量放樣的位置及間距，打入砂井，打入砂井時，要保證套管的垂直度，其傾斜率不超過1.5%。e.套管打入套管及機具定位后即可打入，起始震動頻率稍緩，防止套管偏移。套管上要標記砂井深度，防止超深。f.下砂袋灌好的砂袋在樁機附近，采用人工下砂袋，下砂袋時，在套管口設置滾輪或滑槽，將砂袋緩慢地放入套管中。g.撥出套管砂袋基本到位，距底1m時，即可起拔套管，用此1m高的沖擊力把樁尖打開，起拔時宜連續(xù)緩慢進行，中途不得放松吊繩，防止因套管下墜而損壞砂袋。h.袋頭處理袋頭一般出露地面15～20㎝，經(jīng)監(jiān)理交驗完畢后，高出砂墊層部分應割掉并重新扎牢袋口，袋裝砂井必須埋入砂墊層30cm中，并不得臥倒。

3.2.1.4土工格柵施工在施工完砂井后，平整砂墊層，開始鋪設土工格柵，土工格柵鋪設時采用兩端張拉，保證其平整性，然后兩端用竹片錨固。土工格柵的作用主要表現(xiàn)在：a.增加軟基的穩(wěn)定性由于土工格柵本身有著較高的抗拉強度、低變形和低拉伸以及相當?shù)谋砻娲植诙鹊忍攸c，所以就能達到加固地基的作用。在未設土工布路段，路基填筑日沉降速度一般控制在15mm/d左右，而在有土工布地段實測沉降速率大多達到20mm/d，路基仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。說明土工布能大幅度提高路基的穩(wěn)定性，同時可以加快路基的填筑速度。b.減少路基基底不均勻沉降由于土工織物是一層加勁層，可以起著增加基底強底，分散土的集中應力的作用。從實測資料可看出其沉降曲線平緩，說明不均勻沉降的減少。

4.施工過程的常見問題及處理辦法:

袋裝砂井施工期間常會出現(xiàn)問題有：袋裝砂井回袋、砂袋灌砂量不足、砂袋縮頸、斷裂。

4.1袋裝砂井回袋

軟土層較厚，袋裝砂井處理深度也相應較深，江珠高速公路軟土淤泥層厚度達25~40m，考慮本工程特點、經(jīng)濟等因素，設計砂井長度為25m；由于處理深度較大，所以在施工過程中容易產生回袋（鋼套管在打入設計深度后，在提升的過程中，砂袋隨著鋼管的提升而上升的現(xiàn)象叫做“回袋”）現(xiàn)象。施工時應注意以下幾個方面可減少回袋：（1）鋼管沉至設計深度后，往鋼套管內灌水以平衡管內外水壓，因為樁深，管底壓力大，容易將淤泥從管口壓入管內，為了減小管內壓力往管內灌水反壓，將減少淤泥進入管內。（2）鋼套管蓋口不應過小或過大，過小或過大容易在沉樁過程中淤泥進入鋼套管，應將鋼套管蓋口控制在1mm空隙之內。（3）拔出鋼管時將砂袋吊在袋裝砂井機上，由于砂袋自重大，砂袋將保持垂直，然后將其緩慢放入鋼套管。

4.2砂袋灌砂量不足

砂袋的灌入砂宜采用天然潔凈的中粗砂，并要求保持風干狀態(tài)，避免砂袋內的砂在干燥后體積減小，造成砂井縮短或“斷樁”等問題。砂袋灌砂使用灌砂機灌砂，人工鋪助抖實，導管拔出時如果發(fā)現(xiàn)砂袋頭不飽滿，應及時人工補灌。砂袋應隨裝隨打，不應堆存過多過久。砂袋灌砂應飽滿，砂袋灌砂率（r）按規(guī)范中公式計算。袋裝砂井施工時最容易產生縮頸、斷裂等現(xiàn)象。施工時，砂井袋在灌滿砂后，應綁扎好引袋，入井時操作人員應抓緊引袋，垂直緩慢地放入井內，拔鋼套管時，也應注意垂直起吊，以防止帶出或損壞砂袋。每條砂樁施打完畢后必須將現(xiàn)場淤泥清理干凈，保證砂袋留出孔口伸入砂墊層長度至少30cm。伸入砂墊層的砂袋要豎立，不得臥倒。使的砂井和砂墊層充分銜接，確保排水暢通。砂袋應隨裝隨打，不應堆存過多過久；更不應在太陽下暴曬，以防砂袋老化，斷裂。

5．砂井的質量控制

（1）在施工前應加強對材料的管理檢驗,按規(guī)定做好砂子質量和含泥量的控制。（2）一般在施工前要檢查套管長度和直徑是否與設計相符,樁尖活動門開啟是否靈活,封閉是否良好。（3）嚴格按公路軟土路基施工技術規(guī)范控制砂井施工質量，

6.總結：

袋裝砂井施工完畢后，通過對軟土路堤的沉降與穩(wěn)定觀測，發(fā)現(xiàn)袋裝砂井加快了軟土地基中的空隙水的排出，從而改善了軟土的工程性質，提供了軟土地基的承載力，保證了路基的穩(wěn)定，也縮短了軟土路基工程的預壓期，在較短的時期內達到了較好的固結效果。充分說明“袋裝砂井+砂墊層+土工格柵”的軟基處理方法在江珠高速公路的軟基處理上達到了預期的效果。

參考文獻

[1]公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范（JTJ017-96）

[2]公路路基設計規(guī)范(JTJ013-95)

作者：段軍奇 單位：中鐵七局集團有限公司海外公司