袋装砂井法处治软弱地基技术介绍

龙治国

(新疆吐鲁番公路管理局托克逊分局)

袋装砂井法处治软弱地基技术介绍

龙治国

(新疆吐鲁番公路管理局托克逊分局)

摘 要:介绍了一种目前在工程实施中较为新型的工艺——袋装砂井处治技术，对该工艺的设计、施工做出详实的阐述。

关键词:软弱地基;袋装砂井法;固结度;孔隙水;砂井

0 引言

自20世纪80年代以来，改革开放促使了我国的高速公路建设事业的蓬勃发展，截至2006年底，我国的高速公路通车里程已达4.54万km。与此同时，在高速公路的建设过程中遇到需要进行加固的不良地基也越来越多，尤其是软土地基处治也是广大公路建设从业者所面临的共同问题。软土在我国沿海地区和内陆平原或山间盆地都有比较广泛的分布，它们的成因、结构和形态虽然不同，但都具有含水量大、压缩性高、强度低和透水性差的特点。

1 应用袋装砂井法的原则

袋装砂井在处理公路软弱地基时主要起以下作用。

(1)排水固结作用。在软土地基中设置袋装砂井这个排水“通道”，改变了原有地基的边界条件，增加了孔隙水的排除途径，在逐级填筑路堤荷载作用下，使得软基中的水分能够快速排出，从而缩短固结时间、加快软土固结速率，使土体强度增长，地基承载力提高。由于砂井的间距远小于被加固软土层的厚度，因此土体中的孔隙水主要是从水平向集中到砂井中排出的，竖向排水只是少量的。

(2)承重作用。影响加固作用的主要原因是砂井的间距而不是直径。在同一井径的情况下，砂井间距减小1/2，固结时间约缩短3倍;在同一间距的条件下，井径增大1倍，固结时间约只减少1/3，因此缩短间距比增加井径对加速固结的效果更好，所以应采用“细而密”的原则。

(3)加筋和抗滑作用。由于装砂的砂袋通常由化纤纺织物制成，它具有较大的拉伸强度，工程在施工加荷时竖向砂袋正好处在与土体滑动带相交位置，所以起到了竖向加筋和抗滑作用，对土体的稳定较为有利。

袋装砂井法主要适用于软土厚度大、路堤稳定、填土高的软土路基，如软粘土、淤泥和淤泥质土地基。如果天然土层的水平排水性比垂直方向的大，或软土中有薄层粉细砂夹层时，效果会更好。不适用于次固结量占很大比例的土类，如泥炭、有机质粘土和高塑性粘土。

2 设计

袋装砂井法的主要设计指标有井径、井间距和井长。设计时要根据勘察调查的实验数据，考虑到工期、容许工后沉降、路堤高度、施工条件等因素，并通过固结理论计算来确定袋装砂井的直径、间距和长度。在预压期内要求完成的固结度大小，则根据路基剩余沉降以及不均匀沉降可能造成道路基面层结构破坏这一因素来考虑，一般取固结度U=80%～95%。

2.1 直径和间距

由于缩小砂井间距比增大砂井直径使得加固效果更为明显，因此设计时采用“细而密”的方案比用“粗而疏”的方案好。袋装砂井的布置形式一般有等边三角形(即梅花形)和正方形两种，设袋装砂井的设置间距为L，其影响圆的直径。

当为等边三角形排列时

2.2 砂井长度

砂井的长度主要取决于软土层排水固结效果。一般当软土层较薄或其底层为透水层时，砂井应贯穿软土层;当软土层较厚时，砂井深度由地基稳定和容许工后沉降计算来确定。当地基深处的附加应力很小时，砂井的作用很小，因此砂井具有最佳有效长度。

2.3 袋装砂井地基固结度的计算

软土地基在预压荷载作用下，经过一段时间t所产生的变形量St与土层的最终变形量S之比成为固结度Ut。软土地基经袋装砂井处理后，其固结属三维固结。设置砂井后按三维固结理论进行，计算时可以分为竖向固结与水平(径向)固结两种情况分别确定在指定时间内的固结度。

计算时的假设:

(1)地基土是饱和的，固结过程即是土中孔隙水的排出过程;

(2)袋装砂井地基表面受连续均匀分布荷载作用下，地基中附加应力分布不随深度而变化，故地基土仅产生竖向的压密变形;

(3)荷载是一次性施加上去的，加荷开始时，外荷载全部由孔隙水压力负担;(4)在整个压密过程中，地基土的渗透系数保持不变;在天然地基上进行堆载预压，其固结度一般采用一维固结理论计算。其竖向排水固结度的表达计算形式为

式中:Tv为竖向固结的时间因素(无量纲);H为单面排水土层的厚度或双面排水时土层厚度的一半，cm;Cv为竖向固结系数(cm2/s)，其值为

式中:e1为土的初始孔隙比;α为土的压缩系数(0.1cm2/N);γw为水的容重(0.01 N/cm3);t为固结时间。如荷载逐渐增加，则从加荷历时的一半起算，s。

3 材料要求

3.1 砂袋

砂袋可采用聚丙烯、聚乙烯、聚酯等适用的编制料制成，其抗拉强度应能保证承受砂袋自重，装砂后砂袋的渗透系数应不小于砂的渗透系数。目前，普遍采用的是聚丙烯编织袋，它具有足够的抗拉强度，耐腐蚀，便于制作，对人体无害，价格低廉，但其抗老化能力差。

另外，由于砂袋有膨胀性，当设计桩径为10 cm时，制成袋的周长 L为31～29.8 cm，一般为设计尺寸的94% ～98%。其脱离导管进入井孔之后，其直径将有所增大。

3.2 砂

采用渗水率较高的中、粗砂。大于0.5 mm的砂的含量宜占总重量的50%以上，含泥量不能大于3%，渗透系数不应小于5×10-3cm/s。除此之外，砂应保持干燥，不宜潮湿，以免砂干燥后体积减少造成短井。

4 施工工艺

袋装砂井施工的主要机具为导管式振动打桩机，在行进方式上普遍采用有轨道门架式、履带臂架式、吊机导架式等。

成孔方法可根据机械设备条件进行比较选择。通常采用套管法、水冲成孔法、螺旋钻成孔法等，结合实际工程，研究并总结了套管法的施工工艺。

4.1 施工流程

(1)平整场地。清除草皮及表土，用推土机将场地大致平整，铺设30 cm厚下垫砂砾层。

(2)施工放样。在平整好的场地上，按坐标法用全站仪进行中桩、边桩的放样。根据处理宽度、设计桩距绘出布桩图，并用白石灰做出明显标记。

本研究发现，在对新异oddball范式的行为学操作中，化疗组并未表现出较低的反应速度和准确率，与既往应用同类对象的行为学研究结果一致[7-8]，这可能是由于化疗对患者的注意损害程度尚不足以被一般的行为学任务所检测到。虽然也存在另外一种可能性——即化疗并未对患者的注意功能造成损害，但这一可能性明显与本研究在ERPs方面的发现相悖，而后者显然比前者更为客观、精确、敏感，且一般不受非实验因素的干扰。

(3)机具定位，沉入套管。将带有可开闭底盖的套管或带有预制桩尖的套管(内径略大于砂袋直径)按井孔定位沉入到要求的深度。

(4)沉入砂袋。原则上应用桩架将砂袋垂直吊起沉入。当受桩架高度限制(袋装砂井长度超过桩架高度)时，可采用两节套管。砂袋输入时用人工输入。

(5)拔出套管。同时做好施工记录，具体项目包括井距、井长、井径、竖直度、灌砂率等。

(6)重复进行(3)～(5)工序至全部砂井施工完毕。

(7)施工完毕后，整平场地，测量标高，整理施工记录。试验检测后编写袋装砂井施工总结并铺筑砂砾垫层和土工格栅。

4.2 施工要点

(1)定位要准确，沉入砂袋时应用经纬仪或重锤控制垂直度，这样就可确保排水距离和理论计算一致。

(2)砂料含泥量要小，这对于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，—般含泥量要求小于3%。

(4)聚丙烯纺织袋在施工时应避免太阳光长时间直接照射，以免老化。

(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。

5 质量控制与检验

5.1 质量控制

袋装砂井在施工过程中要严格控制各材料、工序等的施工质量，因为一但施工完成，对成品的质量检查将非常困难。

砂袋灌砂率r按式(6)计算

式中:msd为实际灌入砂的质量;d、L为依序为井直径、深度，m;ρd为中粗砂的干密度，kg/m3。

灌砂率应符合表1的规定。

表1 袋装砂井施工允许偏差

5.2 质量检验

袋装砂并施工质量的好坏直接关系到软基处理的效果，因此，除施工部门要严格遵照施工工艺和施工质量控制的要求操作外，质检、监督部门也要进行抽查。一般砂子、编织袋、灌砂量和井距，可以通过常规的方法在试验室进行试验测定和在现场进行实际量测，各项指标均应符合表1的要求。但是井径和井长施工完成后检测相对比较困难，下面介绍几种常用的方法。

(1)挖验法。挖验法就是对施工完成的袋装砂井进行大开挖检验。此种方法的优点是能够直观地看出砂井的质量，检测精度高。缺点是费时、费力，对现场破坏较大，且挖验深度受限，对于井长(深)大的不适用。

(2)拔桩法。拔桩法就是用机械将袋装砂井整体拔出，进行检验。此种方法也比较直观，但是受拔桩机械的限制较大.并且很容易出现断井现象。

(3)工程钻探法。工程钻探法的原理是利用钻机对砂井进行钻进，套管取芯样。这种方法相对以上两种方法来说比较容易，费用较低，对施工现场的破坏较小;缺点是需要使用专门钻机，且受钻杆垂直度和砂并垂直度影响较大，垂直度差时，钻杆易偏离砂井，无法进行难确的测定。

6 结束语

袋装砂井法主要适用于软土厚度大、路堤稳定、填土高的软土路基，如软粘土、淤泥和淤泥质土地基;设计时以砂井地基的固结度为主，并根据给定的预压荷载、预压时间以及容许沉降量，计算出井径和井距;研究并总结了套管法的施工工艺和施工要点;质量控制与检验时应以砂井的井距、井径、井长、竖直度和灌砂率为主。

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［1］刘玉卓.公路工程软基处理［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］刘景政.地基处理与实例分析［M］.北京:北京建筑工业出版社，1998.

［3］陈艺南，潘华良，刘松玉，等.连云港滨海相软土工程特性［J］.岩土工程技术，2001，(4).

中图分类号:U416.1

C

1008-3383(2011)06-0105-02

收稿日期:2011-04-11