摘 要:袋裝砂井是一種常用的軟土地基處理方法。分析了軟土地基的工程特性和袋裝砂井的優(yōu)點,闡述了砂井選用和布置要點,概述了袋裝砂井的施工工藝。 

  關鍵詞: 袋裝砂井法; 軟土地基; 施工工藝 

  在江河湖泊附近修建鐵路橋梁時,會不可避免地遇到軟土地基。在軟土地基上修建橋梁時,遇到的比較麻煩的問題是天然地基承載能力不足。而橋梁基礎要求地基應有足夠的承載力,符合要求的沉陷變形。為了保證持力層有足夠的強度,確保橋梁不發(fā)生因不均勻沉降而傾斜損毀,就需要對軟土地基采取加固措施。在橋梁工程軟土地基處理過程中,常用的方法是砂井法或袋裝砂井法。該文簡要分析軟土地基的工程特性和袋裝砂井法的施工工藝。 

  一、軟土地基概述 

  軟土是在靜水或緩慢流水環(huán)境中以細顆粒為主的近代沉積物,是一種呈軟塑狀態(tài)的飽和粘性土,包括淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他壓縮性土。由上述軟土構(gòu)成的地基稱之為軟土地基,其廣泛分布于我國東南沿海地區(qū)和內(nèi)陸江河湖泊的周圍。軟土地基主要有以下工程特性: 

  1、含水量高、空隙比大。一般含水量在35%~80%,空隙比為1~2。且含水量越大,土的抗剪強度越小、壓縮性越大。 

  2、抗剪強度低。根據(jù)工程試驗結(jié)果,我國軟土的天然不排水抗剪強度一般小于20kPa,其變化范圍約在5~25kPa,有效內(nèi)摩擦角約為20°~35°,固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角為12°~17°。 

  3、壓縮性高。一般正常固結(jié)的軟土層的壓縮系數(shù)為0.5~1.5MPa-1,最大可以達到4.5 MPa-1,壓縮指數(shù)C約為0.35~0.75。 4、滲透性小。軟土的滲透系數(shù)一般約為ix10-6-ix10-8cm/s,固結(jié)速率很慢。當軟土曾厚度超過10m,要使土層達到較大的固結(jié)度往往需要5年至10年或者更久。 

  5、具有明顯的結(jié)構(gòu)性和流動性。軟土一般為絮狀結(jié)構(gòu),在荷載作用下,軟土承載剪應力的作用產(chǎn)生緩慢的剪切變形,并可能導致抗剪強度的衰減,在主固結(jié)沉降完畢之后還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。 

  二、袋裝砂井簡介 

  袋裝砂井的作用原理與一般砂井完全相同,它的作用原理是:袋裝砂井加載預壓,使空隙水能就近流入砂井,并通過砂井作為排水通道而排出地面,縮短排水固結(jié)時間,增強處理效果。 

  1、袋裝砂井的優(yōu)點 

  袋裝砂井與普通砂井相比具有顯著的優(yōu)點。 

 。1)袋裝砂井能適應軟土固結(jié)產(chǎn)生的地基變位,在受力時能與地基變形相協(xié)調(diào),故砂井的連續(xù)性不會受到砂井錯位、斷頸等影響。 

  (2)袋裝砂井直徑大為縮小,目前我國采用直徑多為7cm,加固同樣面積的土,袋裝砂井的用砂量要比普通砂井少得多,能節(jié)省費用近半。 

 。3)袋裝砂井施工機具輕便簡單、效率高,一般每臺班(8h)可打設100根左右。 

 。4)袋裝砂井打設時,排泥量較普通砂井要少,對土體擾動也小,施工比較便捷,對周圍影響也小。 

  2、袋裝砂井的選用 

  袋裝砂井適用于軟土地基處理,特別是用于軟土地基中存在連續(xù)薄砂層時更為有效;但對于滲透性好的以及含有大量腐殖物的土效果不顯著,不宜采用。在選擇袋裝砂井排水法加固地基時,需要注意原地基的固結(jié)狀態(tài)。如在先期固結(jié)壓力(原已壓密穩(wěn)定的最大壓力)已超過設計堆載壓力值時,加載就不可能產(chǎn)生超靜水壓,砂井即無排水效果;如先期固結(jié)壓力值達到加載的一部分時,則堆載在該部分作用下砂井亦無排水效果。對于靈敏度高的軟土采用砂井法時,要注意其融變性,特別是采用封底鋼管沖擊法(或振動法)施工時,土體結(jié)構(gòu)受機械擾動而破壞,打井后短期內(nèi)反會使強度降低。 

  3、 砂井布置 

  普通砂井直徑一般為30~40cm,護管砂井直徑可小到15cm,袋裝砂井直徑可小到7~12cm。砂井間距是指相鄰砂井中心之間的距離,是影響固結(jié)速率的主要原因之一。砂井間距一般為砂井直徑的6~10倍,常用2~4m。砂井平面布置形式有正方形和正三角形兩種。正方形排列時,每個砂井的影響范圍為一個正方形;正三角形排列時,每個砂井影響范圍為一個正六邊形。砂井長度一般為10~20cm,具體應用時,需根據(jù)軟土層的厚度、荷載大小和工程要求而定。一般來說,砂井不一定都要穿過整個軟土層,當軟土層不厚、底部有透水層時,砂井應盡可能穿透軟土層;如軟土層較厚或土中夾有砂層時,有否必要將砂井穿透軟土層應按工程要求和土質(zhì)條件等情況而定。在砂井頂部應鋪設砂墊層,可作為良好的排水通道,并與各砂井連通,從而將水排至場地以外。砂墊層的寬度應大于堆荷載或建筑物的底寬,并伸出砂井區(qū)外邊線2倍砂井的直徑;施工過程中應保持墊層不受擾動,鋪設平整,墊層用砂要求與砂井相同,墊層鋪設厚度一般為50cm左右。 

  三、袋裝砂井的施工工藝 

  袋裝砂井與普通砂井的施工工藝基本相同,如砂井的成孔方法、使用的機械設備以及堆載預壓等。該文簡要介紹其施工工藝。 

  1、施工工序 

  袋裝砂井施工工序分為兩種,即現(xiàn)場灌砂成井和預制砂袋直接投放孔內(nèi)成井,F(xiàn)場灌砂成井工序為: 

 。1)將鋼套管(下端用可開閉的底蓋或預制樁靴)打入土中要求的深度(管徑較砂袋直徑大,一般袋裝砂井直徑為7cm,導管采用 89×4.5�無縫鋼管);(2)將準備好的砂袋,長比砂井長2m,扎好下口后向袋內(nèi)灌入潔凈的粗砂約20cm上下(高度)作為重壓,放到套管沉到要求深度;(3)在將砂井放入套管內(nèi)不能達到要求深度,會有一部分拖留在地面,此時需機械排泥處理,繼續(xù)下沉達到規(guī)定深度;(4)將袋口固定于裝砂漏斗,通過振動裝砂入袋,砂裝滿后,卸下砂袋,擰緊套管上蓋,然后一般把壓縮空氣送進套管,一邊提升套管直至地面。 

  預制砂袋直接投放孔內(nèi)成井工序: 

  (1)預先在砂袋里裝滿砂料,并將上口扎結(jié)牢靠,運送到現(xiàn)場,彎成圓形堆放; 

 。2)套管成孔后,隨即將預制砂袋投放孔內(nèi),拔管成井。 

  2、質(zhì)量控制 

 。1)每根砂井的長度均須露出地面50~100cm,伸入砂墊排水層以利于排水通道流暢,如果長度所留很少或多余過多(可能砂袋被拔套管時部分帶出)皆應重新施工,以保證成井質(zhì)量。 

 。2)采用袋裝砂井時,砂袋必須選用透水性和耐水性好以及韌性較強的麻布、再生布或聚丙烯編織布制作。 

  (3)灌入砂袋的砂,應搗固密實;砂井位置的允許偏差為該砂井的直徑;垂直度的允許偏差為1.5%。 

  3、堆載預壓 

  一般情況下,預壓荷載的大小宜接近設計荷載,必要時可超過設計荷載10%~20%。施加預壓荷載,任何情況下作用于地基的荷載不得超過地基的極限荷載,以免地基失穩(wěn)破壞,在需要施加較大荷載時,應分級加載,并控制加荷速率,使之與地基的強度增長相適應。當達到以下條件時,可以進行卸荷:(1)地面總沉降量達到預壓荷載下計算最終沉降量的80%以上;(2)理論計算的地基總固結(jié)度達到80%以上;(3)地面沉降速度已降到0.5~1.0�/d以下。 

  四、結(jié)語 

  軟土地基是鐵路工程施工中經(jīng)常遇到的地質(zhì)情況,為避免其影響橋梁構(gòu)造物的穩(wěn)定性,必須對其進行加固處理。袋裝砂井法是一種常用的處理軟土地基的方法,它施工簡便、節(jié)約材料、效果顯著,在工程施工中應用較為廣泛,并取得了較好的工程效益和經(jīng)濟效益。 

  參考文獻: 

  〔1〕郭文,王汝恒,初文榮等. 軟土地基的工程特點及震害影響〔J〕. 四川建筑,2006,24(4):59-60. 

  〔2〕楊文淵,徐�. 橋梁施工工程師手冊〔M〕. 北京:人民交通出版社,2003.