振动沉管砂井施工在复杂地质软基处理中的应用

文｜广东省建筑工程机械施工有限公司 王磊

1、工程概况

东莞市城市快速轨道交通R2线是一条由北部--西南方向的市域快速干线，是连接东莞西部城镇密集带的客运交通走廊。东城车辆段选址位于东莞市东城区寒溪河东侧，紧临防洪大堤。段址北侧有茶山环城道路和污水处理厂，东南侧有变电站和坑口排站。区域内现状为鱼塘，地势平坦，有少量房屋，塘埂高程平均4米，鱼塘水深平均2米。车辆段施工占地面积大，场地处理面积40.9万m²，主要工程内容包括：站场土石方工程、软基处理工程、出入线段明挖工程、涵洞工程等。车辆段工程总造价 3.7亿元，合同工期28个月。

段址范围上覆地层主要为第四系全新统人工填筑土（Q4ml），全新统冲洪积层（Q4al+pl），更新统冲洪积层（Q3al+pl），第四系残积层（Qel），下伏基岩为震旦系大绀山组（Zd）混合片麻岩。根据不同的岩土类别、岩土不同的成因时代、岩土不同的状态等，划分岩土层。主要岩土层描述如下：

①素填土（Q4ml）

灰褐色、黄褐色、紫红、褐红色、砖红色等，成分以粉质粘土为主，局部夹少量砂层，可塑～硬塑状；该层局部为透镜状填砂层，松散、潮湿状。分布于场地道路、塘埂、堤坝表层，层厚0.4m～6.7m。

②粉质粘土（Q4al+pl）

灰黄、褐黄、灰褐色，软塑状，土质不纯，切面光滑，干强度较高，偶夹透镜状砂层，层厚0.5m～5.7m，埋深0m～11.5m。

③淤泥质粘土（Q4al+pl）

灰褐色、深灰色、灰黑色，软塑至流塑状，韧性高，偶有臭味，局部夹腐烂树叶。该层中多夹透镜状粉细砂层，分布无规律性。局部以淤泥或淤泥质粉质粘土为主。层厚0.5m～9.2m，埋深0～15.4m。

完成地面控制点与像片控制点的像平面坐标获取后，在光束法区域网平差内引入GPS摄站坐标（作为带权观测值）。出于消除系统漂移误差和坐标变化误差的考虑，区域两端加设架构航线1条，四角设置平高地面控制点1个。加密结果如表1所示。

④淤泥质砂（Q4al+pl）

褐灰色，主要由淤泥、淤泥质土、粉土与粉砂组成，呈混合、互层、夹层状产出，分布不均匀。其中淤泥质粘土软～流塑状态，局部含半腐植物；粉砂呈松散状态，饱和，成份以石英，长石为主，颗粒级配一般，分选性一般。 层厚1.0m～13.7m，埋深0～14.7m。

⑤细砂、<3-10>中砂、<3-11>粗砂（Q4al+pl）

灰色、灰褐、灰白色，松散至稍密状态，饱和状。颗粒均匀，成分以石英、长石为主。局部夹薄层状粉土。

2、振动沉管砂井的选用

本工程的软基处理采用竖向排水固结施工，施工顺序如下：①清表-②场地平整至3米标高-③铺1米厚中粗砂垫层-④塑料排水板施工、搅拌桩施工-⑤集水井、盲沟施工-⑥分级加载土方至8米标高-⑦超载土方至10.5米标高-⑧卸载土方至7.5米标高-⑨封闭土施工（0.5米厚）。

该车辆段区域内现状为鱼塘，地势平坦，有少量房屋。软基处理面积达到40.9万平方米，主要采用塑料排水板竖向排水固结和车辆段周边采用搅拌桩加固处理。塑料排水板主要位于鱼塘区域，处理面积约36万平方米，深度为15米～22米，工程数量为380万米。场地周边采用10米宽水泥搅拌桩带加固处理，处理面积约3.5万平方米，深度为14米～23米，工程数量为25万米。施工完塑料排水板和搅拌桩后采用分层填土加载（按每米一层加载），加载高度约4～6米。

在软基处理塑料排水板的实际施工中，出现了在既有的河堤、塘梗及机耕道路等位置由于表层土比较坚硬，塑料排水板施工比较困难或无法施打，该区域无法保证软基处理质量。该软基处理区域经初步统计约7万平方米，我司提出两种处理方案。其中方案一：采用水泥搅拌桩（直径φ500mm）加固，采用正三角形布置，间距1.6米，深度为16米～22米，工程数量为52万米；方案二：采用振动沉管砂井（直径φ400mm）竖向排水固结，采用正三角形布置，间距1.6米，工程数量为52万米。水泥搅拌桩（直径φ500mm）造价约52元/米，振动沉管砂井（直径φ400mm）造价约26元/米，为了既能节省工程造价，又能保证质量达到设计要求的软基处理效果，经各参建单位讨论，建议采用振动沉管砂井（直径φ400mm）竖向排水固结方案。在实际施工时，根据具体的情况调整，在能够采用塑料排水板施工的部位应尽量考虑采用排水板，在塑料排水板施工困难、而且施工质量难以保证的条件下，采用振动沉管砂井。

3、振动沉管砂井的施工

1.砂井施工工艺流程如下：

①施工准备-②场地平整-③铺砂垫层-④测放桩位-⑤桩机就位-⑥振动沉管-⑦灌砂-⑧拔套管-⑨桩机移位。

2.砂井的设计施工技术要求如下：

①采用振动沉管成桩处理，砂井直径φ400mm，间距1.6m，正三角形布置。

②砂井自砂垫层顶面开始打设，进入淤泥至下卧土层1.0m，上端必须高出砂垫层0.2m。

③砂井采用套管法，用振动锤将带有瓣管的套管沉到淤泥至下卧土层1.0m，然后在套管内灌砂，拔出套管形成砂井；当遇到较大障碍物时，应采用预制砼桩尖。

④砂井平面位置偏差不大于10cm，垂直度偏差不超过砂井长的1.5%。

⑤使用砂料为中粗砂。

⑥保证砂井连续、密实，并且不出现颈缩现象。

⑦既有高压线两侧按15m宽范围内设置砂井带，因既有高压线高度限制，可采用地质钻机套管成孔，在套管内灌砂后，逐渐拔出套管以形成砂井。

4、振动沉管砂井的质量控制

在振动沉管砂井施工过程中，砂料的控制、砂井施工顺序、桩长的确定、垂直度的控制、砂井的振动冲水密实及废弃物的处理振动沉管砂井质量控制的重点。质量控制的要点如下：

1.砂料的控制：砂料按规范要求进场检验，合格后方可进场，中粗砂级配良好，满足砂井工艺对砂料的质量要求，且其含泥量不得大于3%。

2.砂井的施工顺序：采用间隔排跳打的顺序施工，施工推进先施工奇数排砂井，然后再施工偶数排砂井，以此类推。

3.桩长控制及拔压桩管：振动沉管前，先按设计的要求及地勘报告，初步确定桩长，桩管下沉，根据设计要求进入下卧层1米，同时参考桩机电流突变为参考，终止下沉。在灌砂振动密实后方可进行桩管拔管。

4.全过程实行旁站监督，按设计及规范的要求严格控制桩身垂直度、桩位偏差、桩长及砂料灌入量，做好施工记录，并按照验收标准规定的检验数量和检验方法对其进行检验，确保桩的质量满足设计要求。

5.注意水量要充足，但不宜过多。成孔过程中水压要尽可能大、水量要尽可能充足。在接近设计加固深度时，要降低水压。在加料振密过程中，控制水压和水量要均值较小。

6.灌砂的密实：灌砂过程中，需要边灌砂，边冲水密实，控制加料振密过程中的密实电流，要求稳定电流超过规定的密实电流值。

7.成桩结束后，桩管带出的少量淤泥及施工废弃物要及时用人工铲至斗车，拉至场外清理，以免污染中粗砂垫层。

8、振动沉管砂井结合塑料排水板施工的软基固结沉降效果

原设计中采用塑料排水板竖向排水固结沉降值为0.97米，经我司现场监测固结沉降数据结果得知采用振动沉管砂井结合塑料排水板竖向排水固结沉降值为1.2米，远满足于原设计的软基处理固结沉降效果。

＞＞原设计塑料排水板固结沉降过程曲线图

＞＞振动沉管砂井结合塑料排水板固结沉降过程曲线图

5、结语

从实际施工效果来看，在软基处理工程中，在遇到岸堤、塘埂、机耕道路等复杂地质的情况下，塑料排水板工艺施工困难或无法施工，难于保证工程质量的前提下，采用振动沉管砂井结合塑料排水板的施工工艺对节约工程造价，满足软基处理竖向排水固结沉降起到非常显著的效果，在软基处理工程中值得借鉴、采用。