高速公路軟土地基施工技術(shù)
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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(wèn)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(yīng)用。
關(guān)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(yuǎn)，主要由淤泥、淤泥質(zhì)黏土構(gòu)成，含有很多細(xì)顆粒及大量的有機(jī)腐植物質(zhì)，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(dòng)、承載力低等不良工程地質(zhì)特征，在此地層上修建高速公路必須對(duì)軟土進(jìn)行處理；我公司施工的第九合同段（K43+234.855~K45+800）工程，全長(zhǎng)2.565km，其中軟土處理路基總長(zhǎng)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(yàn)，軟基處理方法很多，主要有：置換、排水固結(jié)、振動(dòng)擠密、膠結(jié)和加筋等。在公路工程的實(shí)際施工中，置換、固結(jié)排水和振動(dòng)擠密的方法比較常用。其特點(diǎn)是技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)適用、施工容易、效果顯著且不受時(shí)空限制，故得到推廣應(yīng)用。根據(jù)本工程的地基特點(diǎn)，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(jié)方法加固地基。對(duì)于涵洞、橋頭高路堤地段，先進(jìn)行袋裝砂井+砂墊層施工，然后采用真空聯(lián)合堆載的預(yù)壓方法。本文重點(diǎn)闡述袋裝砂井+砂墊層+土工格柵處理方法在本標(biāo)段軟基處理中的應(yīng)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(diǎn)，所以減少土體壓縮性,降低孔隙比和含水量,增加土體密實(shí)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(chǎn)生的附加應(yīng)力使土顆粒間的孔隙水通過(guò)軟土層中的砂井、砂墊層排出地層外面，達(dá)到土顆粒間的密實(shí),從而加速了地基的固結(jié)與沉降。在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的固結(jié)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(guān)鍵工序，是軟土地基中排水固結(jié)作用的排水通道，因此要特別注意袋裝砂井的施工質(zhì)量。本標(biāo)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(chǎng)地：施工前應(yīng)對(duì)軟基處理范圍測(cè)量放樣，并用挖溝機(jī)、推土機(jī)清理不符合要求的表土、樹(shù)根，對(duì)常年積水地表挖溝排水、曬干，并作好填前壓實(shí)。對(duì)水塘、魚(yú)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(yīng)做好抽水清淤、清淤至水塘、魚(yú)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(wèn)題。并應(yīng)按設(shè)計(jì)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(dá)到持續(xù)排水的效果，通常會(huì)在路堤和砂井頂部之間鋪設(shè)一定厚度的砂墊層，使砂井、砂墊層之間形成一個(gè)良好的排水通道，以起到增強(qiáng)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(jí)配良好的中、粗砂，含泥量不應(yīng)大于5%，滲透系數(shù)不小于10-3cm/s，細(xì)度模數(shù)大于2.5。為保證路基施工質(zhì)量，必須控制中粗砂的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。砂墊層應(yīng)分上下層施工，下層砂墊層厚度一般30cm為宜，在對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行碾壓平整后，即可進(jìn)行砂墊層的分層碾壓攤鋪施工，寬度應(yīng)寬出路基護(hù)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(jié)。兩側(cè)端應(yīng)以砂包護(hù)砌或采有其他方式防護(hù)，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(jī)具選配主要機(jī)具選用導(dǎo)管式振動(dòng)打樁機(jī)，該機(jī)寬履帶自行式b.材料準(zhǔn)備砂袋：應(yīng)采用透水性、耐水性好，韌性強(qiáng)的聚丙烯編強(qiáng)織布制作。砂料：應(yīng)選用滲水率較高的干燥中粗砂，且粒徑大于0.5㎜的應(yīng)占總量的50%以上，其含泥量不超過(guò)3%，細(xì)度模數(shù)大于3.0。c.砂袋制作砂袋長(zhǎng)度應(yīng)比設(shè)計(jì)井深長(zhǎng)10-15㎝，灌砂應(yīng)保證95%以上的灌砂率，灌砂后，應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間曝曬，以防止砂袋老化，同時(shí)為保證灌砂的密實(shí)度，引進(jìn)灌砂機(jī)，采用機(jī)械灌砂，人工輔助。d.機(jī)具定位根據(jù)測(cè)量放樣的位置及間距，打入砂井，打入砂井時(shí)，要保證套管的垂直度，其傾斜率不超過(guò)1.5%。e.套管打入套管及機(jī)具定位后即可打入，起始震動(dòng)頻率稍緩，防止套管偏移。套管上要標(biāo)記砂井深度，防止超深。f.下砂袋灌好的砂袋在樁機(jī)附近，采用人工下砂袋，下砂袋時(shí)，在套管口設(shè)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(shí)，即可起拔套管，用此1m高的沖擊力把樁尖打開(kāi)，起拔時(shí)宜連續(xù)緩慢進(jìn)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(yàn)完畢后，高出砂墊層部分應(yīng)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(kāi)始鋪設(shè)土工格柵，土工格柵鋪設(shè)時(shí)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(qiáng)度、低變形和低拉伸以及相當(dāng)?shù)谋砻娲植诙鹊忍攸c(diǎn)，所以就能達(dá)到加固地基的作用。在未設(shè)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(shí)測(cè)沉降速率大多達(dá)到20mm/d，路基仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。說(shuō)明土工布能大幅度提高路基的穩(wěn)定性，同時(shí)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(qiáng)底，分散土的集中應(yīng)力的作用。從實(shí)測(cè)資料可看出其沉降曲線平緩，說(shuō)明不均勻沉降的減少。
4.施工過(guò)程的常見(jiàn)問(wèn)題及處理辦法:
袋裝砂井施工期間常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)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(yīng)較深，江珠高速公路軟土淤泥層厚度達(dá)25~40m，考慮本工程特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)等因素，設(shè)計(jì)砂井長(zhǎng)度為25m；由于處理深度較大，所以在施工過(guò)程中容易產(chǎn)生回袋（鋼套管在打入設(shè)計(jì)深度后，在提升的過(guò)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(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面可減少回袋：（1）鋼管沉至設(shè)計(jì)深度后，往鋼套管內(nèi)灌水以平衡管內(nèi)外水壓，因?yàn)闃渡?，管底壓力大，容易將淤泥從管口壓入管?nèi)，為了減小管內(nèi)壓力往管內(nèi)灌水反壓，將減少淤泥進(jìn)入管內(nèi)。（2）鋼套管蓋口不應(yīng)過(guò)小或過(guò)大，過(guò)小或過(guò)大容易在沉樁過(guò)程中淤泥進(jìn)入鋼套管，應(yīng)將鋼套管蓋口控制在1mm空隙之內(nèi)。（3）拔出鋼管時(shí)將砂袋吊在袋裝砂井機(jī)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(fēng)干狀態(tài)，避免砂袋內(nèi)的砂在干燥后體積減小，造成砂井縮短或“斷樁”等問(wèn)題。砂袋灌砂使用灌砂機(jī)灌砂，人工鋪助抖實(shí)，導(dǎo)管拔出時(shí)如果發(fā)現(xiàn)砂袋頭不飽滿，應(yīng)及時(shí)人工補(bǔ)灌。砂袋應(yīng)隨裝隨打，不應(yīng)堆存過(guò)多過(guò)久。砂袋灌砂應(yīng)飽滿，砂袋灌砂率（r）按規(guī)范中公式計(jì)算。袋裝砂井施工時(shí)最容易產(chǎn)生縮頸、斷裂等現(xiàn)象。施工時(shí)，砂井袋在灌滿砂后，應(yīng)綁扎好引袋，入井時(shí)操作人員應(yīng)抓緊引袋，垂直緩慢地放入井內(nèi)，拔鋼套管時(shí)，也應(yīng)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(chǎng)淤泥清理干凈，保證砂袋留出孔口伸入砂墊層長(zhǎng)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(yīng)隨裝隨打，不應(yīng)堆存過(guò)多過(guò)久；更不應(yīng)在太陽(yáng)下暴曬，以防砂袋老化，斷裂。
5．砂井的質(zhì)量控制
（1）在施工前應(yīng)加強(qiáng)對(duì)材料的管理檢驗(yàn),按規(guī)定做好砂子質(zhì)量和含泥量的控制。（2）一般在施工前要檢查套管長(zhǎng)度和直徑是否與設(shè)計(jì)相符,樁尖活動(dòng)門開(kāi)啟是否靈活,封閉是否良好。（3）嚴(yán)格按公路軟土路基施工技術(shù)規(guī)范控制砂井施工質(zhì)量，
6.總結(jié)：
袋裝砂井施工完畢后，通過(guò)對(duì)軟土路堤的沉降與穩(wěn)定觀測(cè)，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(zhì)，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(yù)壓期，在較短的時(shí)期內(nèi)達(dá)到了較好的固結(jié)效果。充分說(shuō)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(dá)到了預(yù)期的效果。
參考文獻(xiàn)
[1]公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范（JTJ017-96）
[2]公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ013-95)
作者：段軍奇 單位：中鐵七局集團(tuán)有限公司海外公司