砂桩在沿海滩涂公路软土地基中的应用与分析

■余清华

(宁德市交通工程勘察设计院，宁德 352100）

0 前言

近年来，随着闽东高等级公路建设规模的飞速发展，路线往往不可避免的穿越沿海滩涂软土地区，闽东沿海滩涂软土分布主要为滨海相淤积成因，为近代海退或人工围垦后形成的浅海堆积，分布范围广、面积大，主要类型为淤泥、淤泥质粘土等，在荷载作用下，地基承载力低，地基沉降变形大，不均匀沉降也大，且沉降稳定历时长。基于这些特性以及项目要求工期紧、用地用海限制大等因素，本文结合纵一线（国道228）福鼎市象洋至前岐段A3标主线工程实例，从动态设计角度出发，阐述了砂桩在滩涂软基中的设计与应用，以期为相似工程提供一些经验参考。

1 项目概况

纵一线（国道228）福鼎市象洋至前岐段A3标主线（以下简称“A3标主线”）是G228的重要组成部分，一级公路，设计速度60km/h，路基宽度整体式23m。K15+705～K15+776段71m为滩涂软土路段，软土厚度3～11.1m，路基最终设计填筑高度3.4～6.5m，采用砂桩复合地基法加固软土。本项目自2016年2月试桩开始，2016年底路基填筑完成，预压至今，路基运行稳定，未发现坍塌滑移现象，沉降及稳定观测均满足规范要求。

根据地质勘探报告，K15+705～K15+776段软土地基属于冲海积平原地貌，软土土层厚度和埋深沿路段逐渐加大加深，工程地质性质差，压缩性大，渗透系数小，抗剪强度低。该段地基地层自上而下分布：素填土 （0.5～1.5m）、淤泥（3～11.1m）、坡残积砂质粘性土、全风化凝灰岩层。土层物理力学指标见表1。

表1 土层物理力学性质指标表

2 砂桩在滩涂软土中的加固原理及设计

2.1 加固原理

（1）置换作用：砂桩成桩后，由较密实的砂桩桩体取代了与桩体体积相同的软土，二者共同承担上部传来的荷载。另外砂桩也有加筋的作用，可以增大地基抗剪强度。

（2）加速排水作用：砂桩是由反滤性很好的粗粒材料组成，与上覆砂（碎石）垫层共同作用，形成良好的竖向和横向的排水通道，可以快速有效的消散成桩时形成的超孔隙水压力，加速软土的排水固结，加快路基软土的沉降稳定。

2.2 砂桩设计

（1）砂桩直径与布置形式

砂桩直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。根据多数相似工程经验，设计确定砂桩直径采用50cm。

该段软土地基加固纵向长度71m，横向宽度58～118m，加固面积范围较大，且为满堂处理，故砂桩采用等边三角形布置。

（2）砂桩间距

砂桩间距按下式进行计算：

式中，为砂桩的截面积（m2），m为面积置换率。

综合路基稳定验算，并结合以往的工程经验，设计中，K15+705～K15+751 段砂桩间距为 1.4m；K15+751～K15+776段（靠近A4标桥台）桩间距为1.2m。

（3）砂桩加固宽度

设计中在填方坡脚外侧放宽1排桩。

（4）砂桩桩长

根据地质资料，本工程地基土中淤泥土层逐渐加大加深，厚度最大为11.1m，设计中，砂桩完全穿过淤泥土层，进入坡残积砂质粘性土层。如图1所示，砂桩穿过淤泥层，桩尖置于坡残积砂质粘性土层内至少50cm，砂桩长度由5.7m逐渐增长到13.5m。

图1 K15+705～K15+776段砂桩布置立面图

（5）垫层设置

设计中，K15+705～K15+751段采用50cm砂垫层+两层聚丙烯单向土工格栅 （180kN/m）；K15+751～K15+776段（靠近A4标桥台）采用50cm级配碎石垫层+两层直径为8mm的钢筋网。

（6）砂桩填料

设计要求采用级配较好且干净的中粗砂，也可用砂砾。填料中含泥量不得大于5%。

2.3 砂桩复合地基稳定验算和沉降计算

（1）稳定验算

（2）沉降计算

1.2.2 生活护理 脑血栓患者的年纪比较大,行动不方便,身体素质不佳,护理人员要为患者进行生活护理,加强巡视,调整体位,避免患者压疮。并且做好家庭教育,让患者家属能够参与护理,为患者按摩,定期的开展口腔护理,清洁口腔,预防口腔感染[2]。

地基总沉降计算方法采用经验系数法，即S=msSC，式中，SC为主固结沉降；ms为经验系数，与地基条件、荷载强度、加荷速率等因素有关。

主固结沉降通常采用分层总和法，根据地质资料本工程采用压缩模量法进行计算。

对于复合地基设置的垫层，一般认为其压缩量很小，在施工过程中已基本完成，故垫层沉降量一般忽略不计。

（3）以 K15+770处计算为例

采用理正软土地基路堤设计软件计算，如图2～4所示。

路基填筑至设计标高6.5m+路面换算土柱高1m的超填预压土，即7.5m。砂桩间距1.2m。

图2 K15+770处加载稳定计算图

①稳定验算

②沉降计算

路面竣工时，地基沉降=0.796（m）；

路面竣工后，基准期内的残余沉降=0.061（m）；

基准期结束时，地基沉降=0.856（m）；

最终地基总沉降采用经验系数法，计算得 0.955（m）。

本段软土时间、填土、沉降、固结度之间的关系详见图3、图4所示。

综上，本项目稳定及沉降计算结果均满足规范要求。

3 设计和施工中应注意的问题

（1）料源

图3 时间-填土-沉降曲线图

图4 时间-填土-固结度曲线图

由于项目区中粗砂料源短缺，而外购价格高昂。经多方论证，决定利用项目周边丰富的优质海砂资源作为砂桩填料来源。在成桩28d后，施工单位对砂桩进行重Ⅱ型动力触探检测，标贯试验检测以每贯入30cm为阵击锤击数，检测依据以合同图纸设计要求和《建筑地基处理技术规范》为依据，并以贯入30cm的N63.5锤击数不小于8击为标准来判定砂桩密实度是否合格，对砂桩挤密效果以不少于总桩数的2%抽查频率进行，共对70根桩进行检测，检测结果：N63.5锤击数贯入30cm平均锤击数在12～16之间，指标离散值小，处中密状态，基本达到了预期的要求。

（2）砂桩充盈系数

设计中，砂桩充盈系数取1.3。但在砂桩试桩过程中，砂桩每米灌砂量均有不同程度的大于0.26m3（设计值），会达到每延米0.28～0.29m3。经分析认为，主要是由于桩周软土力学性能差所致。该段路基软土的不排水剪强度小于20KPa，软土对砂桩的径向支持力较小，砂桩桩体容易产生鼓胀，故每延米灌砂量会有所增加。因此，通过本工程施工结论，建议滩涂软土砂桩充盈系数适当取大值，取1.45～1.5较为合适。从本工程砂桩的检验结果表明，沿海滩涂软土地基可以采用砂桩加固法，但必须严格控制各项施工指标。

（3）软土地区路堤填土高度控制

在初步设计阶段，该段路堤填土高度为4.3～9.5m，但根据详勘阶段地质报告给出的软土力学指标，该段软土稳定验算和沉降计算均不满足规范要求。建议路线组调低该段路基填土高度。经现场踏勘及专家指导，在不影响路线设计标准及线形要求的情况下，对局部路线进行纵坡调整，考虑砂桩预压需超填1m，将该段路线路基设计填土高度调整为3.4～6.5m。路基设计高度调整后，稳定验算和沉降计算能满足规范要求。路基施工后根据连续观测数据，路基中心沉降及路基坡脚侧向位移均满足设计及规范要求。

4 结语

（1）由于滩涂软土性质差，强度低，软基加固处理最好采用动态化设计，在项目实施过程中根据实际情况不断优化设计参数，确保项目质量及安全。

（2）在沿海缺乏中粗砂料源，而海砂资源丰富的地区，可适当考虑优质海砂作为砂桩料源，但对砂料指标方面要严格控制，不符合要求的料源禁止采用，以在降低工程造价的同时，确保砂桩质量。

（3）在软土不排水剪强度低于20kPa的沿海滩涂软土上采用砂桩复合地基法加固软土时，必须试桩成功后才可选用，同时砂桩设计充盈系数宜取较大值，就本项目而言，取1.45～1.5较为合适。另外，在受用地、用海限制不能增加反压护道等措施的软土段，为保证路基坡脚填土稳定，建议砂桩处理范围宜放宽至坡脚外缘2～3排桩。

（4）根据本项目实施情况，建议沿海滩涂软土路基填筑高度不宜过高，一般路段路堤填土高度一般控制在6.5m以下。