高速公路软土地基施工技术

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摘要：在软土地基上修建高速公路面临着路堤稳定、工后沉降等系列问题。本文主要阐述袋装砂井、砂垫层、土工格栅等软基处理方法在江珠高速公路软基处理中的应用。

关键词：高速公路；软基处理；袋装砂井；砂垫层

1.工程概况：

江珠高速公路地处于珠江三角洲的冲积平原地区，软土有着分布广泛，沉积厚度较深（多在25~43.20m范围之间），形成较久远，主要由淤泥、淤泥质黏土构成，含有很多细颗粒及大量的有机腐植物质，颜色呈深灰色，有臭味，天然含水量在50%~70%之间，孔隙比大于1.0，压缩系数大于0.5MPa-1，渗透系数k≤1mm/d，天然容重在15~18KN/m3之间。由于江珠高速软土这些的物理特性，使其具有透水性差、具有易触变性，易剪切滑动、承载力低等不良工程地质特征，在此地层上修建高速公路必须对软土进行处理；我公司施工的第九合同段（K43+234.855~K45+800）工程，全长2.565km，其中软土处理路基总长为2.014km，软土路基处理为整体式路基。

2.软基处治方法的选用：

根据现有施工经验，软基处理方法很多，主要有：置换、排水固结、振动挤密、胶结和加筋等。在公路工程的实际施工中，置换、固结排水和振动挤密的方法比较常用。其特点是技术可靠、经济适用、施工容易、效果显著且不受时空限制，故得到推广应用。根据本工程的地基特点，江珠高速公路在一般软基地段采用“袋装砂井+砂垫层+土工格栅”排水固结方法加固地基。对于涵洞、桥头高路堤地段，先进行袋装砂井+砂垫层施工，然后采用真空联合堆载的预压方法。本文重点阐述袋装砂井+砂垫层+土工格栅处理方法在本标段软基处理中的应用。

3.“袋装砂井+砂垫层+土工格栅”软基处理

3.1袋装砂井+砂垫层+土工格栅”软基处理原理

软土地基有着含水量大、孔隙比大、压缩性高等特点，所以减少土体压缩性,降低孔隙比和含水量,增加土体密实度成了软基处理的主要目的；在软土地基中施工砂垫层、袋装砂井后，上部土荷载的作用下,土体间产生的附加应力使土颗粒间的孔隙水通过软土层中的砂井、砂垫层排出地层外面，达到土颗粒间的密实,从而加速了地基的固结与沉降。在较短时间内达到较高的固结度,提高了软土路基的承载力和抗剪能力,从而保证路堤和地基的稳定。

3.2“袋装砂井+砂垫层+土工格栅”的施工工艺

袋装砂井是“袋装砂井+砂垫层+土工格栅”软基处理中的关键工序，是软土地基中排水固结作用的排水通道，因此要特别注意袋装砂井的施工质量。本标段砂井加固深度为25m,,砂井直径为7cm，砂井按三角形布置，桩间距为1.1m~1.3m，砂垫层厚为80cm。

3.2.1工艺流程：

3.2.1.1.清理平整场地：施工前应对软基处理范围测量放样，并用挖沟机、推土机清理不符合要求的表土、树根，对常年积水地表挖沟排水、晒干，并作好填前压实。对水塘、鱼塘淤泥层厚地段，由于地基经常浸水湿软，含水量大，施工前应做好抽水清淤、清淤至水塘、鱼塘底硬土层，防止因淤泥可能出现的路基盆形沉降、失稳和沉降差等问题。并应按设计要求作好回填整平。

3.2.1.2.砂垫层施工：为了使从袋装砂井竖向排出的水流出路基外，达到持续排水的效果，通常会在路堤和砂井顶部之间铺设一定厚度的砂垫层，使砂井、砂垫层之间形成一个良好的排水通道，以起到增强排水和加固地基的作用。所以砂垫层材料必须采用透水性好、洁净、级配良好的中、粗砂，含泥量不应大于5%，渗透系数不小于10-3cm/s，细度模数大于2.5。为保证路基施工质量，必须控制中粗砂的质量满足设计要求。砂垫层应分上下层施工，下层砂垫层厚度一般30cm为宜，在对场地进行碾压平整后，即可进行砂垫层的分层碾压摊铺施工，宽度应宽出路基护坡道边脚1.5米，防止因沉降将造成砂垫层不足，影响砂垫层排水沉降固结。两侧端应以砂包护砌或采有其他方式防护，以免砂料流失。在砂井施工完成后再施工上层垫；

3.2.1.3袋装砂井施工a.机具选配主要机具选用导管式振动打桩机，该机宽履带自行式b.材料准备砂袋：应采用透水性、耐水性好，韧性强的聚丙烯编强织布制作。砂料：应选用渗水率较高的干燥中粗砂，且粒径大于0.5㎜的应占总量的50%以上，其含泥量不超过3%，细度模数大于3.0。c.砂袋制作砂袋长度应比设计井深长10-15㎝，灌砂应保证95%以上的灌砂率，灌砂后，应避免长时间曝晒，以防止砂袋老化，同时为保证灌砂的密实度，引进灌砂机，采用机械灌砂，人工辅助。d.机具定位根据测量放样的位置及间距，打入砂井，打入砂井时，要保证套管的垂直度，其倾斜率不超过1.5%。e.套管打入套管及机具定位后即可打入，起始震动频率稍缓，防止套管偏移。套管上要标记砂井深度，防止超深。f.下砂袋灌好的砂袋在桩机附近，采用人工下砂袋，下砂袋时，在套管口设置滚轮或滑槽，将砂袋缓慢地放入套管中。g.拨出套管砂袋基本到位，距底1m时，即可起拔套管，用此1m高的冲击力把桩尖打开，起拔时宜连续缓慢进行，中途不得放松吊绳，防止因套管下坠而损坏砂袋。h.袋头处理袋头一般出露地面15～20㎝，经监理交验完毕后，高出砂垫层部分应割掉并重新扎牢袋口，袋装砂井必须埋入砂垫层30cm中，并不得卧倒。

3.2.1.4土工格栅施工在施工完砂井后，平整砂垫层，开始铺设土工格栅，土工格栅铺设时采用两端张拉，保证其平整性，然后两端用竹片锚固。土工格栅的作用主要表现在：a.增加软基的稳定性由于土工格栅本身有着较高的抗拉强度、低变形和低拉伸以及相当的表面粗糙度等特点，所以就能达到加固地基的作用。在未设土工布路段，路基填筑日沉降速度一般控制在15mm/d左右，而在有土工布地段实测沉降速率大多达到20mm/d，路基仍然处于稳定状态。说明土工布能大幅度提高路基的稳定性，同时可以加快路基的填筑速度。b.减少路基基底不均匀沉降由于土工织物是一层加劲层，可以起着增加基底强底，分散土的集中应力的作用。从实测资料可看出其沉降曲线平缓，说明不均匀沉降的减少。

4.施工过程的常见问题及处理办法:

袋装砂井施工期间常会出现问题有：袋装砂井回袋、砂袋灌砂量不足、砂袋缩颈、断裂。

4.1袋装砂井回袋

软土层较厚，袋装砂井处理深度也相应较深，江珠高速公路软土淤泥层厚度达25~40m，考虑本工程特点、经济等因素，设计砂井长度为25m；由于处理深度较大，所以在施工过程中容易产生回袋（钢套管在打入设计深度后，在提升的过程中，砂袋随着钢管的提升而上升的现象叫做“回袋”）现象。施工时应注意以下几个方面可减少回袋：（1）钢管沉至设计深度后，往钢套管内灌水以平衡管内外水压，因为桩深，管底压力大，容易将淤泥从管口压入管内，为了减小管内压力往管内灌水反压，将减少淤泥进入管内。（2）钢套管盖口不应过小或过大，过小或过大容易在沉桩过程中淤泥进入钢套管，应将钢套管盖口控制在1mm空隙之内。（3）拔出钢管时将砂袋吊在袋装砂井机上，由于砂袋自重大，砂袋将保持垂直，然后将其缓慢放入钢套管。

4.2砂袋灌砂量不足

砂袋的灌入砂宜采用天然洁净的中粗砂，并要求保持风干状态，避免砂袋内的砂在干燥后体积减小，造成砂井缩短或“断桩”等问题。砂袋灌砂使用灌砂机灌砂，人工铺助抖实，导管拔出时如果发现砂袋头不饱满，应及时人工补灌。砂袋应随装随打，不应堆存过多过久。砂袋灌砂应饱满，砂袋灌砂率（r）按规范中公式计算。袋装砂井施工时最容易产生缩颈、断裂等现象。施工时，砂井袋在灌满砂后，应绑扎好引袋，入井时操作人员应抓紧引袋，垂直缓慢地放入井内，拔钢套管时，也应注意垂直起吊，以防止带出或损坏砂袋。每条砂桩施打完毕后必须将现场淤泥清理干净，保证砂袋留出孔口伸入砂垫层长度至少30cm。伸入砂垫层的砂袋要竖立，不得卧倒。使的砂井和砂垫层充分衔接，确保排水畅通。砂袋应随装随打，不应堆存过多过久；更不应在太阳下暴晒，以防砂袋老化，断裂。

5．砂井的质量控制

（1）在施工前应加强对材料的管理检验,按规定做好砂子质量和含泥量的控制。（2）一般在施工前要检查套管长度和直径是否与设计相符,桩尖活动门开启是否灵活,封闭是否良好。（3）严格按公路软土路基施工技术规范控制砂井施工质量，

6.总结：

袋装砂井施工完毕后，通过对软土路堤的沉降与稳定观测，发现袋装砂井加快了软土地基中的空隙水的排出，从而改善了软土的工程性质，提供了软土地基的承载力，保证了路基的稳定，也缩短了软土路基工程的预压期，在较短的时期内达到了较好的固结效果。充分说明“袋装砂井+砂垫层+土工格栅”的软基处理方法在江珠高速公路的软基处理上达到了预期的效果。

参考文献

[1]公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ017-96）

[2]公路路基设计规范(JTJ013-95)

作者：段军奇 单位：中铁七局集团有限公司海外公司