胡德鋒
摘要:本文結(jié)合廣東省某高速公路軟基處理的工程實(shí)例,闡述運(yùn)用堆載預(yù)壓結(jié)合袋裝砂井進(jìn)行軟土路基處理的原理,介紹砂墊層、袋裝砂井的施工方法、原材料及施工過(guò)程的控制措施,這些控制措施有效地保證砂墊層、袋裝砂井的施工質(zhì)量,從而保證了軟基處理的效果。
關(guān)鍵詞:軟基處理;袋裝砂井;施工要求;注意事項(xiàng)
1 工程概況
本施工標(biāo)段為廣東省某高速公路,設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h,雙向六車道,本標(biāo)段的不良地質(zhì)主要是軟土,軟土埋深一般在2.0~6.0米,軟土層厚度多在10.0~25.0米之間,局部埋深達(dá)40米左右,軟土中多含砂層和薄亞粘土層或淤泥與砂互層狀分布,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析本標(biāo)段軟土的含水量高,一般為35.3%~80.1%;壓縮性大,α0.1~0.2一般為0.52~1.89MPa-1;強(qiáng)度低,標(biāo)貫擊數(shù)一般為1~6擊,天然地基承載力一般為60~80KPa;空隙比大,一般為1.01~1.75,局部路段達(dá)2.0以上;固結(jié)系數(shù)CV一般為10-4~10-3cm2/s量級(jí),針對(duì)本標(biāo)段軟弱土層具有含水量高、壓縮性高、強(qiáng)度低、透水性差及相當(dāng)埋藏深厚的特點(diǎn),對(duì)于路堤采用堆載預(yù)壓結(jié)合袋裝砂井進(jìn)行處理,本文主要介紹砂墊層、袋裝砂井的施工工藝及質(zhì)量管理與控制。
2 堆載預(yù)壓結(jié)合袋裝砂井處理軟土路基的原理
堆載預(yù)壓結(jié)合袋裝砂井處理軟基是排水固結(jié)法的一種,其目的是通過(guò)排水系統(tǒng)與荷載加壓系統(tǒng)的共同作用將土中的孔隙水排出、在預(yù)壓期內(nèi)完成設(shè)計(jì)要求的沉降量、提高軟土地基的強(qiáng)度。
在軟土地基中鉆孔,將袋裝砂井沉入孔中,并在其頂部鋪設(shè)砂墊層,構(gòu)成了由豎向排水體與水平排水體組成的地基排水系統(tǒng),改變了地基排水條件,增加孔隙水的排出途徑,縮短地基中孔隙水的排水距離,在填土路堤的荷載作用下通過(guò)豎向設(shè)置袋裝砂井把軟土的孔隙水排至砂墊層而排出,土體孔隙變小,土體密實(shí),土中的有效應(yīng)力不斷增加,土體固結(jié),抗剪強(qiáng)度不斷增長(zhǎng),提高了軟土地基的承載力和穩(wěn)定性,同時(shí)也減少了土體的壓縮性,消除沉降量,在使用期不致產(chǎn)生有害的沉降。
3 砂墊層的施工及技術(shù)措施
鋪設(shè)水平排水砂墊層使預(yù)壓過(guò)程中進(jìn)入砂墊層的空隙水迅速的排出,土層的固結(jié)能正常進(jìn)行,防止土顆粒堵塞排水系統(tǒng),并起到持力層的作用,因此鋪設(shè)水平排水砂墊層是保證處理軟基的效果主要的環(huán)節(jié)之一。
排水砂墊層的施工要點(diǎn)是:整平原地面回填調(diào)平層并分層碾壓密實(shí),壓實(shí)度不小于85%;排水砂墊層的平面尺寸和厚度符合設(shè)計(jì)要求以滿足其作用;鋪設(shè)在調(diào)平層上的砂墊層必須與袋裝砂井相連,不允許有雜物堵塞或割斷相連處;不得將泥土或其它雜物混入砂墊層中;透水土工布沿路線縱斷面方向鋪設(shè)并反包寬出路基兩側(cè)的砂墊層。
排水砂墊層的鋪設(shè)方法:本工程采用機(jī)械法鋪設(shè),按設(shè)計(jì)厚度的1.2~1.3倍一次填筑,常規(guī)的壓實(shí)方法對(duì)砂墊層壓實(shí)意義不大及砂墊層的壓縮量可在袋裝砂井施工期間完成,故未對(duì)砂墊層分層碾壓。
4 袋裝砂井的施工
在軟基中設(shè)置豎向排水體大大縮短了排水距離,加速地基的固結(jié)過(guò)程,在填土荷載的作用下,預(yù)壓期內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的沉降量,因此設(shè)置豎向排水體是保證軟基處理效果的又一主要環(huán)節(jié)。
4.1 袋裝砂井試打
每一施工段落開(kāi)工前在鋪設(shè)的砂墊層上進(jìn)行試打以確定該段落袋裝砂井的施工長(zhǎng)度。
在施工段落范圍內(nèi)每50米試打一個(gè)斷面,在每個(gè)斷面的左、中、右位置各試打一個(gè)點(diǎn),左、右幅分別以相鄰斷面4個(gè)點(diǎn)(左側(cè)兩個(gè)值及中間兩個(gè)值或右側(cè)兩個(gè)值及中間兩個(gè)值)的平均值做為左右區(qū)域的試打長(zhǎng)度,根據(jù)各斷面的試打長(zhǎng)度確定該施工段落袋裝砂井的施工長(zhǎng)度。
4.2 袋裝砂井施工工藝及技術(shù)措施
測(cè)量放樣→灌砂→成孔→沖水→沉入砂袋→振動(dòng)拔管→機(jī)具移位→人工補(bǔ)砂→埋砂袋頭
測(cè)量放樣:在鋪設(shè)的砂墊層上放出施工段落的中線,橫向布孔以中樁為標(biāo)準(zhǔn)向兩邊延伸,當(dāng)袋裝砂井間距S不能整除路基邊坡坡腳之間的寬度時(shí),應(yīng)向兩邊延伸一個(gè)等與于井距的長(zhǎng)度,使之剛好是S的整倍數(shù),并對(duì)孔位進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
灌砂:為了保證灌砂率,本標(biāo)段使用具有振動(dòng)功能機(jī)械灌砂機(jī),灌砂架高度能滿足灌砂時(shí)砂袋懸空50厘米以上;裁剪砂袋的長(zhǎng)度至少在設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上增加40厘米,以利于袋裝砂井兩頭打結(jié);將砂井袋固定在灌砂機(jī)上進(jìn)行灌砂,灌砂的過(guò)程中人工進(jìn)行輔助搖擺、振動(dòng),砂袋取下后,手持砂袋的另一端進(jìn)行上下振動(dòng),振動(dòng)后空袋部分人工進(jìn)行補(bǔ)灌,以保證灌砂率達(dá)到95%以上。
成孔:本標(biāo)段采用振動(dòng)貫入法施工,樁機(jī)移至放樣孔位后,調(diào)整套管的垂直度,偏差不大于1.5%,在確認(rèn)套管底部閥門關(guān)閉時(shí)均勻振動(dòng)打入套管并達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高;套管下沉過(guò)程中速度無(wú)明顯變化而又超過(guò)設(shè)計(jì)深度時(shí),應(yīng)暫停施工,由設(shè)計(jì)部門確認(rèn)是否地質(zhì)與設(shè)計(jì)不符,確定是否需增加樁長(zhǎng);當(dāng)未達(dá)到設(shè)計(jì)深度套管下沉困難時(shí),可用靜力觸探探明軟土埋藏的深度和厚度后再開(kāi)工,或采用最后15秒下沉不超過(guò)5mm即可認(rèn)為已超過(guò)軟土層。
沖水:套管到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后即向管內(nèi)沖水,以保證在拔管時(shí),管底閥門順利打開(kāi);減少砂袋與管壁的摩擦力,拔管時(shí)不回帶。
沉入砂袋:砂袋用吊繩吊起,人工輔助徐徐沉入套管中,在沉入的過(guò)程中應(yīng)防止砂袋扭結(jié)、斷裂、磨損、掉帶。
振動(dòng)拔管:砂袋全部沉入套管內(nèi)即可拔管,拔管時(shí)應(yīng)該垂直振動(dòng)起吊,連續(xù)緩慢地進(jìn)行,中途不得放松吊繩,以防止掉帶、回帶、損壞砂袋現(xiàn)象。
人工補(bǔ)砂:套管拔出后解開(kāi)吊繩,施工機(jī)具移至下一孔位,人工將砂井袋上部結(jié)松開(kāi),手持砂井袋的上部上、下、左、右振動(dòng),對(duì)空袋部分應(yīng)再次補(bǔ)砂,以防止出現(xiàn)縮頸。
埋砂袋頭:砂袋頂部至少要伸入砂墊層30厘米以上,保證袋裝砂井與砂墊層貫通,伸入段應(yīng)保持密實(shí)、飽滿、伸入段不得臥倒,必要時(shí)采用人工補(bǔ)砂以保證灌砂率,砂井袋的上部袋口應(yīng)扎牢,施工完成經(jīng)檢驗(yàn)合格可將露出部分彎折埋置于砂墊層中,并將帶出的淤泥清走。
5 質(zhì)量控制
5.1 原材料
砂:砂墊層采用潔凈、級(jí)配良好、透水性好的中粗砂,細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.7,含泥量不大于5.0%,滲透系數(shù)大于5×10-3cm/s;袋裝砂井采用滲透系數(shù)較高的粗砂,滲透系數(shù)大于5×10-3cm/s,大于0.6mm顆粒的含量宜占總量的50%以上,細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于3.0,含泥量不大于3.0%。
砂井袋:選用具有足夠抗拉強(qiáng)度、透水性好、不外漏砂料的聚丙烯編織袋,縱向抗拉強(qiáng)度不小于15KN/M,砂井袋的滲透系數(shù)不小于砂的滲透系數(shù)。
5.2 砂墊層的厚度
5.3 袋裝砂井井距
豎向排水體的間距對(duì)排水體的作用影響很大,孔位放樣結(jié)束后要進(jìn)行復(fù)核,平面井距偏差10排樁不應(yīng)大于15cm,本標(biāo)段的袋裝砂井設(shè)計(jì)間距為1.0米~1.3米,布置形式按等邊三角形布置。
井距的復(fù)核:孔位按等邊三角形布置,井距S=1.0米時(shí),丈量10排樁的距離L=8.66m±0.15m;井距S=1.2米時(shí),丈量10排樁的距離L=10.39m±0.15m;井距S=1.3米時(shí),丈量10排樁的距離L=11.26m±0.15m;若誤差超出±0.15m,要調(diào)整砂井間距。
6 施工中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
灌砂率必須滿足設(shè)計(jì)要求,盡可能的避免出現(xiàn)頸縮。
袋裝砂井用砂宜干燥,不宜采用潮濕的填料,以免砂井袋內(nèi)填料干燥后體積減少,造成短井。
為了控制袋裝砂井的設(shè)計(jì)入土深度,在施工時(shí)在套管上劃出標(biāo)尺,確保井底標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。
由于砂袋抗老化性能差,故砂袋應(yīng)遮蓋,不得暴曬,當(dāng)天灌的砂袋要當(dāng)天用完,不得過(guò)夜。
施工中隨時(shí)檢查套管成孔的位置、垂直度是否滿足要求,套管打入時(shí)應(yīng)有專人觀測(cè)套管的入土深度、樁機(jī)是否出現(xiàn)傾斜或移位,出現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)糾正。
參考文獻(xiàn)
[1]《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF10-2006) 人民交通出版社.
[2]《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017-96) 人民交通出版社.