袋装砂井堆载预压法在软土路基处理中的应用

王海波

摘要：软土在我国分布较为广泛，软土路基会给公路带来不同程度的危害，引起了工程技术人员的高度重视。文章重点介绍了袋装砂井堆载预压法的原理、施工工艺、施工要点以及施工监测，探讨了软土路基的有效处理方法。

关键词：软土路基；袋装砂井堆载预压法；地基处理；施工监测

中图分类号：U213

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0143-02

公路工程路基中常见的软土，一般是指处于软塑或流塑的粘性土，因沉积年代和成分不同，软土的类型十分复杂，多分布于海滨、湖滨、河流沿岸等地势比较低洼的地带，地表终年潮湿或积水，多数含有一定的有机物质，其含水量大、强度低、沉降量大、压缩性高、固结变形持续时间长，并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质特性，如处理不当，会给公路施工和使用造成很大影响。选用软土作为路基，必须根据软土的不同特征，分布情况和地理环境等因素，采取切实可行的技术措施加以处理。近年来，国内外工程实践已积累了大量的处理方法，诸如：轻型填方处理法，加固填方处理法，土工织物处理软土地基法。深层拌处理法，冻结法和注入化学药剂法，真空联合堆载预压处理软土地基。其中，排水固结法是软土路基处治的有效和常用方法，袋装沙井堆载预压法属于排水固结法中的一种，适用于透水性低的软弱粘性土处理。本文参考青岛市滨海大道工程路基处理经验，详细介绍袋装砂井堆载预压技术在公路路基处理中的应用及其施工要点。

一、工程概况

青岛市滨海大道北段工程起点为即墨市田横岛，终点为青岛市香港东路，起点桩号为K0+000，终点桩号为K63+750，全长63.75km。

该工程处于海积平原区，地势平坦，部分已辟为农田，沿线多为鱼塘、虾池，地下水位较高，软土埋深较浅，K45+240～K48+800段为水网交错地，软土连续，厚度为5～8m不等，路基填高3～9m，厚度变化大，常形成淤泥或淤泥质粘土夹砂，呈流塑状，含水量高，强度低，富含有机质。根据土质勘探及土样试验结果表明，该段软土含水量高，孔隙比大，塑性高，强度低，压缩性大，灵敏度高，平均渗透系数为2.91×10^-6cm²/s，径向固结系数C_r=3.21×10^-3cm²/s，具有触变性，流变性显著。根据该路段的地质力学特征，参考近年来公路工程中软土路基处理取得的成功经验，该工程采用袋装砂井结合砂垫层、填土预压的地基处理方案。

二、袋装砂井堆载预压法原理

袋装砂井堆载预压法是排水固结法处理路基的一种方法，其原理为在软土地基中打人砂袋作为排水通道以增加土层的排水途径，缩短排水的距离。在上部荷载的作用下，空隙中的水慢慢被排出，空隙体积慢慢地减少，产生的附加应力使土颗粒间的孔隙水通过插在软土层中的砂井排出地层外面，以达到土体密实，从而大大加速了地基的固结与沉降。减少压缩性，降低孔隙比和含水量，增加土体密实度，在较短时间内达到较高的固结度，以提高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。堆载是排水固结法的加压系统，它使地基土的固结压力增加而产生固结。

三、袋装砂井原材料要求

本工程砂井采用中砂或粗砂，含泥量不超过3％，渗透系数K≥5×10^-5cm／s，细度模数大于2.7，不均匀系数η=2.5～7.9。砂垫层用砂粒径比砂井略粗，控制天然密度为1500～1600kg／m³，含泥量不超过5％，密实度为93％～97％。

砂袋材料应有足够的抗拉强度，使能承受袋内砂自重及弯曲所产生的拉力，要有一定的抗老化性能和耐环境水腐蚀的性能，砂袋应具有良好的透水性。本处理方案采用的砂袋材料为聚丙烯编织袋。渗透系数不小于5×10^-3m／s，抗拉强度不低于150N／cm，延伸率小于25％。

土工格栅采用单向拉伸聚乙烯土工格栅，设计抗拉强度不小于30kN／m，对应延伸率不大于10％。

四、施工工艺

(一)整平原地面

清除表面杂草，平整地面。若原地面为渔塘，应抽干塘水，清除表层淤泥50～100cm,然后换填砂。若原地面为稻田、麦田或荒地，应在路基两侧开沟排干地表水，并清除表层杂草、淤泥等杂物。

(二)摊铺下层砂垫层

表层清淤符合要求后，铺设竹排车道，人力手推车排装铺砂，在整平的地面或经换填砂后的渔塘上摊铺50cm厚的砂垫层，并用压路机稳压密实。砂垫层应延伸出坡脚外1m，确保排水畅通。

(三)袋装砂井的间距及布置形式、处理深度

排水体采用袋装砂井，间距为1.0～1.5m，按等边三角形布置，砂井直径7cm。袋装砂井处治软土的深度为不小于软土(淤泥及淤泥质亚粘土)厚度，处理深度一般为3～9m。

按照砂井平面位置图将打桩机具定位在砂井位置。打入套管，套管打入长度=砂井长度+50cm砂垫层。砂袋灌入砂后，露天放置应有遮盖，忌长时间曝晒，以免砂袋老化。砂井可用锤击法或振动法施工，导管应垂直，钢套管不得弯曲，沉桩时用经纬仪或重锤控制垂直度。

(四)土工格栅、土工布铺设

砂井施工完成后，平整好原砂垫层。将土工格栅平整地铺设在砂垫层上，最大拉力方向应顺横断面方向铺设，接头处采用铅丝绑扎。在土工格栅上铺20cm砂垫层，伸出的砂袋应竖直埋设在砂垫层内，不得卧倒。土工布两端施以不小于5 kN／m的预拉力，在路基两侧挖沟锚固。土工布之间采用缝接，缝接长度为20cm。

(五)路基填筑

袋装砂井施工完成后必须施加预压荷载进行预压，填土预压期不得少于设计要求，并不小于6个月。预压可以按设计要求采用堆载预压、真空预压或真空堆载联合预压。预压荷载应分级施加以适应地基强度的增长。在路基填筑前，应先取一定长度的路基安排做试验段，根据试验工程取得的有关资料，应用其成果，吸取其经验，以指导路基填筑的施工。路堤填筑过程中，每层填筑厚度不超过30cm。严格控制填筑速度并加强监测，防止施工过程中造成路基失稳。路堤填筑速度控制标准为：路基中心沉降量≤1.0cm／d，坡脚水平位移≤05cm／d，路堤在填筑过程中，当沉降速率或侧向位移速率偏大，有可能导致路堤失稳时，应立即停止加载；当停止加载后，每天仍需进行观测，并且当连续观测3d的沉降与位移在控制值之内时，才能继续加载。

五、施工要点

袋装砂井堆载预压法施工中，应注意以下几个问题：

1.定位要准确，砂井垂直度要好，这样就可保排水距离和理论计算一致。

2.砂料含泥量要小，这对小断面的砂井尤为重要，因为直径小，长细比大的砂井井阻效应较为显著，一般含泥量要求小于3％。

3.袋中砂宜用风干砂，不宜用潮湿砂，以免内砂干燥后，体积减小，造成袋装砂井缩短与排水垫层不搭接等质量事故。

4.聚丙烯编织袋在施工时应避免太阳光长时间直接照射。

5.砂袋入口处的导管口应装设滚轮，避免刮破砂袋而漏砂。

6.施工中要经常检查桩尖与导管口的密封情况，避免导管内进泥太多，影响加固深度。

7.确定袋装砂井施工长度时，应考虑袋内砂体积减少，袋装砂井在孔内的弯曲、超深以及伸入水平排水垫层内的长度等因素，避免砂井全部沉入孔内，造成与砂垫层不连接。

8.路堤填筑全过程中，应严格控制填土速率，避免造成路基失稳，路堤填筑速率控制标准为：路基中心沉降量不大于1.0cm／d，坡脚水平位移不大于5cm／d。路堤在填筑过程中，当沉降速率或侧向位移速率偏大，有可能导致路堤失稳时，应立即停止加载；当停止加载后，每天仍需进行观测，并且当连续观测3d的沉降与位移在控制值之内时，才能继续加载。

六、施工监测

(一)监测方法

为确保施工过程中路基的稳定性，必须采取严密而完善的监测措施对施工过程进行全程监测。该工程采用孔压、侧向位移、沉降三项指标对路基进行综合监测。监测断面包括普通路段监测断面和桥头路段监测断面。普通路段监测断面每隔50～100m设置1个，每个断面设置表面沉降板3块，分别埋设于路堤中心及两侧路肩处，沉降板在软基处理施工完成后埋设，测斜管2个，分别埋设于路堤两侧坡脚处，孔隙水压仪6个，埋设于路堤中心。对于桥头路段监测断面，主要进行变形和应力监测，每个断面监测仪器包括5块沉降板、2个测斜管、1个孔隙水压力计、1个分层沉降标、1个土压力盒。重点断面可由业主委托专业单位进行观测。堆载过程中检测频率如下：(1)加载期间：沉降板1次，天，孔压仪2次／天，测斜1次，天，土压力盒1次厌，分层沉降1次／2天；(2)加载后7天内：沉降板1次／2天，孔压仪1次，天，测斜1次／3天，土压力盒1次／2天，分层沉降1次，3天；(3)加载后7～15天：沉降板1次／3天，孔压仪1次／2天，测斜1次／7天，土压力盒1次／3天，分层沉降1次／7天；(4)加载后15～60天：沉降板1次／7天，孔压仪1次／4天，测斜1次／15天，土压力盒1次／7天，分层沉降1次／15天。

(二)监测标准

监测标准采用孔压、侧向位移、沉降三项指标综合控制。

1.加载期间稳定控制标准为：单级孔压系数小于0.6；综合孔压系数小于0.4；沉降速率不大于15mm／天；侧向位移不大于5mm／天。

2.每一级加载完成后进行下一级加载控制标准为：单级孔压系数小于0.4；沉降速率小于6～8mm／天。

3.加载间歇期为5～15天。

4.桥头及结构物路段。路基中心表面沉降速率不大于3cm／月时可进行反开挖施工，一般路基中心表面沉降速率不大于0.5cm／月时可卸载。

5.监控程序：仪器埋设、初始读数、路基填筑、监测、数据分析、达到设计标高、结束填筑、进行预压监测。

设计要求不得大于10mm／天，当沉降速率超过10mm／天时，必须停止加载，直到沉降速率满足要求时，方可加载。设计预压期为不小于6个月，同时满足连续2个月的观测沉降速率小于5mm／月时，可判断路基沉降稳定，根据观测结果来指导全线的施工。

七、结语

通过该工租施工实际情况和监测数据，表明袋装砂井堆载预压法处理软土路基设计方案是合理的，施工工艺是可行的，达到了路堤安全、快速填筑的目的。袋装砂井堆载预压法处理软土路基的深度可达20m左右，造价便宜，工艺成熟，施工简单。缺点是只能适用于透水性低的软弱粘性土处理，不适用于泥炭土等有机质沉积物，预压时间较长，工期长。但随着该技术的不断运用与改进，其优越性必将日益凸显，并被广泛应用于工程实践。