高速公路软基施工中袋装砂井法的应用

温仁斌

（保利长大工程有限公司，广州 511431）

1 引言

软土地基的强度非常低、压缩变形比较大[1]，触变性非常显著， 在软土地基上修筑高速公路， 如不提前对地基进行处理，有很大可能性会导致路基出现失稳、不均匀沉降现象[2]，对高速公路的运营造成较大影响。 所以，应该结合项目的实际情况选择具备可行性、 经济性的地基加固方法， 提高地基承载力，保证高速公路的施工质量。

2 工程概况

此次研究以广东省汕湛高速公路作为研究案例， 研究路段的起止点为：湛江调顺岛大桥—6325 国道。该路段的总长度设计为26.842 km，行车速度为120 km/h，设计为双向四车道形式，沿线的路基宽度为26.5 m。 其中，连接线路段的长度为3.615 km，行车速度设计为80 km/h，设计为双向六车道，该部分的路基宽度为32 m。

3 施工方案

建设沿线的软土地基主要分布在鉴江冲级平原、 塘缀积平原等区域，软土地基主要由淤泥土、淤泥、淤泥质细砂构成，软土地基段的长度总计为8 km， 该部分的长度占施工总长度的26%。 结合实际情况而言，软土地基分布较为分散，且规模比较大，施工现场附近满足回填条件的原材料匮乏，实际施工存在一定的难度。 在设计阶段，施工项目部委派专人对软土地基进行勘察，根据勘察结果对软土地基处理的质量、处理成本及时间进行了分析，并与设计人员积极交流，对施工方案进行优化设计，确定如下处理方案：软土地基比较深，在K10+763 m部位存在1 座既有桥梁， 可使用袋装砂井法对软土地基进行处理。

4 袋装砂井施工

1）基本原理：施工人员将砂料装在透水性良好的砂袋内，使用专用设备将砂袋击入软土地基中，打造垂直排水通道。 利用砂垫层形成一个水平方向的排水通道，从而形成垂直、水平两个方向的排水通道。 通过外部施加压力促使土体内的水流速度加快，进而达到排水固结的目的。

2）处理工具及材料：砂、耐腐蚀的麻袋、打桩机、预压设备等。

3）布设方式：砂袋井的直径控制在7～12 cm，按照等边三角形进行布设，砂袋井之间的间距控制在1～1.5 m。 砂袋井顶部的垫层厚度控制在0.5～1 m。

4）施工工期：打桩作业比较快，预压作业大概需要6～12个月。

5）施工特点：施工工艺操作简单，施工方法发展成熟，在经过简单的处理以后，沉降能够得到良好的控制。 但是施工时间较长，且需要在施工现场堆载大规模土方，实际施工过程中应进行严密监测，避免地下水水位超过警戒值。

4.1 机具设备

主要施工机具为振动打桩机，可使用履带式打桩机[3]、轨道式打桩机等。

4.2 材料

1）袋子材料：使用聚丙烯或其他聚合物编织布加工而成的袋子，袋子应具备良好的抗老化性能，袋子的抗拉强度应能抵抗砂料的质量。 袋子装砂以后，其自身的渗透系数≥砂的渗透系数。 砂料可选择使用渗水率偏大的中砂或粗砂，砂料中粒径＞0.5mm 的砂含量≥其总质量的50%， 砂料的含泥量不得超过3%，砂料的渗透系数至少要达到5×10-3cm/s。

2）桩身材料：砂料可选择使用渗水率偏大的中砂或粗砂，砂料的含泥量不得超过3%，砂料的细度模数不得低于2.7，渗透率应大于0.005 cm/s。砂料需保证干燥，灌砂率应超过95%。

4.3 施工工艺

待清表作业完成以后， 施工人员立即清理并进行平整作业，保证路基的平整度达标，同时路拱度达到2%。使用自卸汽车将中粗砂运输至施工现场，回填厚度设计为5 cm，使用压路机碾压，碾压作业应分层进行，碾压遍数保持在3～4 遍即可。砂垫层施工时，不得出现淤泥、灰尘污染现象，如砂料被污染，应进行返工。

结合设计图纸提供的边线坐标、导线点进行测量放样，测量放样使用全站仪完成，放样的间距设置为30 m。

1）机具定位：结合装砂井的施工范围及布设间距，使用竹板确定出每一个砂井的具体位置，保证位置定位的精准性，然后将套管拔出。 定位过程中，应保证桩位的中心与地面定位保持一致，然后使用经纬仪对桩锤导向架的垂直度进行检查。 打桩机的下侧设置支垫件，以保证打桩过程中桩机的稳定性。

2）裁制砂袋：通过试作业确定出合理的打桩深度，在计算打桩深度时，兼顾外露部位的长度与两端的打结长度，砂袋的长度应超过砂井长度2 m， 在砂袋的下侧预先堆放20～30 cm厚度的砂料作为压重物。

3）灌砂：使用灌砂架与定制漏斗向砂袋内灌砂，灌砂架使用φ100 mm～φ150 mm 钢管加工制作而成， 灌砂架的高度应超过砂井长度值50%与漏斗的高度的总和。 漏斗使用钢材加工而成，漏斗的容量应大于2 个φ4 mm 砂袋灌的容量，使用0.5 t 卷扬机缓慢提升漏斗，砂袋严禁直接露天堆放，使用篷布作覆盖处理，不得长时间在太阳光下暴晒，避免砂袋老化。

4）安装套管与桩尖：套管的顶部设置吊钩或吊环，施工人员在套管外表面标记标高刻度线。 如需要对套管进行接长处理，应保证接长部位的密封性。

5）套管打入：待套管被吊起且定位完成后，开始进行捶打施工。 试打套管过程中，应保证落锤轻缓，避免套管因锤击力过大而出现倾斜现象。 套管深入土体大概2 m 上下时，施工人员应减缓锤击的频率，避免出现超深现象。 成桩的垂直度不得超过1.5%。 成桩位置的偏差应控制在15 cm 以内。

6）下砂袋：使用专用工具运输砂袋，严禁施工人员直接在地面拖拽砂袋，保证砂袋不出现扭结、断裂、破损现象。 落放砂袋过程中，应在套管口部位安装滑槽，然后将砂袋缓慢放置在套管中。

7）振动拔管：当砂袋全部落放完成以后，缓慢拔出套管，拔管速度不宜过快，且拔管过程中不得放松吊绳。

5 施工质量控制

因袋装砂井的施工质量比较高， 且土体排水固结速度比较快，地基沉降的时间比较短，建设沿线施工完成以后，地基沉降已基本稳定，每个月的平均沉降量大概保持在0.1 mm 左右。经过后期的观测结果来看，两年间的总沉降量保持在30 mm以内。

施工现场组织建设单位、监理单位、设计单位、地方质监站对施工质量进行全面检查， 严格按照现行管理规范随机抽取2%的砂井进行检查，检查的内容包括深度、间距、直径、垂直度等。 经检查以后发现，砂井的间距偏差最大为+14.8 cm，规范要求控制在±15 cm 以内； 砂井的垂直度偏差未超过1.5%，灌砂率偏差未超过5%，由此可以确定成井质量符合设计及规范要求。

（1）砂井的灌砂率偏差不得超过5%。 （2）装有砂料的砂袋不得直接水平放置在地面，需将其吊起，砂袋严禁直接露天堆放，需使用篷布作覆盖处理，不得长时间在太阳光下暴晒，避免砂袋老化。 （3）在对砂井进行施工时，保证导轨处于垂直状态，套管不得出现弯曲、变形现象。 使用经纬仪对成桩的垂直度进行监测。（4）在套管上标记出标高刻度尺，严格把控砂井入土深度。 （5）砂袋以垂直状态吊放在井内，砂袋不得出现扭结、磨损现象。 （6）拔管作业时，保证套管始终处于垂直状态，避免套管损坏砂袋。 （7）砂袋露出孔口以上的长度应能够深入垫层以内30 cm，且不得处于卧倒状态。 砂袋施工质量偏差见表1。

表1 袋装砂井施工允许偏差

6 软土地基沉降观测

6.1 观测方法及要求

待软土地基加固处理完成后，将观测点作掩埋处理。 路堤应分层进行回填，并分层碾压，保持匀速加载，每回填一层，施工人员观测一次。 如若2 次回填土方的时间间隔＞3 d 时，应按照1次/3 d的标准进行观测，保证其满足设计图纸的要求，超载预压时，对加载速度进行严格控制，一旦发现地表沉降＞20 mm/d 或水平位移＞6 mm/d 时，施工人员不得继续加载，待其稳定以后继续加载。 连续7 d 地基沉降量＜0.2～0.5 mm/d时，可以结束预压施工；正常情况下，超载预压的时间不宜小于6 个月。

6.2 位移观测边桩的埋设与观测

1）以该项目的实际情况而言，对边桩的位移进行观测时，可以按照1 处/100m 的标准进行设置，路堤两侧及边缘部位，每个断面至少设置6 个观测桩， 相同断面上的边桩应处于同一条轴线上。

2）观测桩采用的是混凝土预制桩，观测桩的尺寸设计为15 cm×15 cm×150 cm，观测桩的强度≥25 MPa，观测桩的埋设深度≥140 cm，观测桩上部长度≥50 cm。

3）可使用单三角交汇法进行观测，选择使用全站仪作为观测设备，观测的精准度要求：测距合理偏差±3 mm，测角合理偏差±2″。

6.3 地表沉降观测

1）在原地面埋设沉降板，使用沉降板对底板沉降进行观测；沉降板应埋设在该路的中心部位，每一个断面埋设5 个观测点；沉降板使用铁板加工制作而成，尺寸设计为50 cm×50 cm×3 cm；观测杆使用镀锌管焊接，观测杆的直径与长度分别为4 cm、50 cm，采用焊接方式将观测杆加固在观测板上。

2）观测仪器的精准度不得低于DS3 型水准仪，以二等水准测量对观测仪器进行控制，读数精度≥1 mm。

6.4 观测结果

地基加固处理完成以后， 将两个不同路段的超载预压后的沉降数据进行对比分析，绘制出图1。 对图1 中的信息进行分析以后得出，地基沉降会随着时间不断延长而逐渐收敛，反映出该部分的软土地基已经处于稳定状态。

图1 沉降曲线图

7 结语

综上所述，袋装砂井能够对深度较大的软土地基进行加固处理，不会出现常规性砂井经常出现的缩径现象，这种加固基础对地层要求比较低，布井非常灵活，具备良好的经济性与技术可行性。实际施工过程中不会对周围的环境造成污染，不会对软土地基造成较大的扰动，也不会对附近的建筑物、构筑物造成影响。 我国的沿海地区存在深厚的淤泥，淤泥中的含水量非常高，且淤泥自身的压缩性比较大。 在经过实践论证以后得出，袋装砂井加固方法具备良好的应用效果， 可以有效提高软土地基的承载力，加快软土地基排水固结的速度，降低地基沉降量。