袋装砂井在加固软土路基中的应用[1]

摘要：袋装砂井是一种常用的软土地基处理方法。

分析了软土地基的工程特性和袋装砂井的优点，阐述了砂井选用和布置要点，概述了袋装砂井的施工工艺。

关键词：袋装砂井法软土地基施工工艺袋装砂井法在桥梁工程软土地基处理中的应用1 引言在江河湖泊附近修建铁路桥梁时，会不可避免地遇到软土地基。

在软土地基上修建桥梁时,遇到的比较麻烦的问题是天然地基承载能力不足。

而桥梁基础要求地基应有足够的承载力,符合要求的沉陷变形。

为了保证持力层有足够的强度,确保桥梁不发生因不均匀沉降而倾斜损毁,就需要对软土地基采取加固措施。

在桥梁工程软土地基处理过程中，常用的方法是砂井法或袋装砂井法。

该文简要分析软土地基的工程特性和袋装砂井法的施工工艺。

2 软土地基概述软土是在静水或缓慢流水环境中以细颗粒为主的近代沉积物，是一种呈软塑状态的饱和粘性土，包括淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他压缩性土。

由上述软土构成的地基称之为软土地基，其广泛分布于我国东南沿海地区和内陆江河湖泊的周围。

软土地基主要有以下工程特性：（1）含水量高、空隙比大。

一般含水量在35％～80％，空隙比为1～2。

且含水量越大，土的抗剪强度越小、压缩性越大。

（2）抗剪强度低。

根据工程试验结果，我国软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa，其变化范围约在5～25kPa，有效内摩擦角约为20°～35°，固结不排水剪内摩擦角为12°～17°。

（3）压缩性高。

一般正常固结的软土层的压缩系数为0.5～1.5MPa-1 ,最大可以达到4.5 MPa-1 ，压缩指数C约为0.35～0.75。

（4）渗透性小。

软土的渗透系数一般约为ix10-6~ix10-8 cm/s,固结速率很慢。

当软土曾厚度超过10m，要使土层达到较大的固结度往往需要5年至10年或者更久。

（5）具有明显的结构性和流动性。

软土一般为絮状结构，在荷载作用下，软土承载剪应力的作用产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减，在主固结沉降完毕之后还可能继续产生可观的次固结沉降。

3 袋装砂井简介袋装砂井的作用原理与一般砂井完全相同，它的作用原理是：袋装砂井加载预压，使空隙水能就近流入砂井，并通过砂井作为排水通道而排出地面，缩短排水固结时间，增强处理效果。

3.1 袋装砂井的优点袋装砂井与普通砂井相比具有显著的优点。

（1）袋装砂井能适应软土固结产生的地基变位，在受力时能与地基变形相协调，故砂井的连续性不会受到砂井错位、断颈等影响。

（2）袋装砂井直径大为缩小，目前我国采用直径多为7cm，加固同样面积的土，袋装砂井的用砂量要比普通砂井少得多，能节省费用近半。

（3）袋装砂井施工机具轻便简单、效率高，一般每台班（8h）可打设100根左右。

（4）袋装砂井打设时，排泥量较普通砂井要少，对土体扰动也小，施工比较便捷，对周围影响也小。

4袋装砂井排水法加固软土路基的原理随着科学技术的发展,越来越多的新技术及新方法都应用到处理软土路基中（如塑料排水板等）。

但是各种新技术及新方法都必须要有一个验证过程,其间必然会存在各种各样的难点暂时无法解决（如施工工艺还不够完善、质量难于控制等问题）,因此袋装砂井在处理软土路基上还是很受欢迎的。

本标段的软土路基就是用袋装来加固处理的。

4.1软土的定义及其物理力学指标软土是指近代水下沉积的饱和粘性土,具有含水量大、渗透性弱、天然强度低、压缩性高等特性。

其物理力学指标为：天然含水量：wn≥wl；天然孔隙比：e0>1.0；压缩模量：Es<4 000kPa；渗透系数：k<1×10-6cm/s；不排水抗剪强度：Cu<30kPa。

软土路基处理就是控制这些物理力学指标,使之达到规范要求,袋装砂井等排水固结法正好能解决这些问题。

4.2袋装砂井的作用根椐固结理论,软粘土固结所需时间的长短与其相对排水距离的平方成正比。

为了加述地基的固结,最有效的方法就是增加土层的排水途径。

袋装砂井就是为此目的而设置的。

4.3袋装砂井排水法的加固原理在含水量大、孔隙比大、压缩性高、软土深厚的软土地基中打入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（见图１）。

在上部荷载的作用下,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颗粒间位移密实,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。

5袋装砂井的选用袋装砂井适用于软土地基处理，特别是用于软土地基中存在连续薄砂层时更为有效；但对于渗透性好的以及含有大量腐殖物的土效果不显著，不宜采用。

在选择袋装砂井排水法加固地基时，需要注意原地基的固结状态。

如在先期固结压力（原已压密稳定的最大压力）已超过设计堆载压力值时，加载就不可能产生超静水压，砂井即无排水效果；如先期固结压力值达到加载的一部分时，则堆载在该部分作用下砂井亦无排水效果。

对于灵敏度高的软土采用砂井法时，要注意其融变性，特别是采用封底钢管冲击法（或振动法）施工时，土体结构受机械扰动而破坏，打井后短期内反会使强度降低。

6 袋装砂井的施工工艺袋装砂井与普通砂井的施工工艺基本相同，如砂井的成孔方法、使用的机械设备以及堆载预压等。

主要施工工艺流程如下图：（2）将准备好的砂袋，长比砂井长2m，扎好下口后向袋内灌入洁净的粗砂约20cm上下（高度）作为重压，放到套管沉到要求深度；（3）在将砂井放入套管内不能达到要求深度，会有一部分拖留在地面，此时需机械排泥处理，继续下沉达到规定深度；（4）将袋口固定于装砂漏斗，通过振动装砂入袋，砂装满后，卸下砂袋，拧紧套管上盖，然后一般把压缩空气送进套管，一边提升套管直至地面。

预制砂袋直接投放孔内成井工序：（1）预先在砂袋里装满砂料，并将上口扎结牢靠，运送到现场，弯成圆形堆放；（2）套管成孔后，随即将预制砂袋投放孔内，拔管成井。

8 袋装砂井施工步骤8.1 施工准备a、施工前应对沿线的导线点和水准点进行复测与加密，并恢复中线，复测原地面高程，根据原地面高程与设计高程计算出软基处理宽度，放出相应桩位的边桩。

每侧边桩宽度应比设计理论线宽50～100㎝。

b、对各种原材料取样检测，包括找平层用土、砂垫层用砂、砂井袋、砂井用砂等材料的各种指标检测。

8.2 施工基本要求a、测量路基中线，放出各设计断面边线桩，并校核路基设计工程量。

b、认真进行调查研究，全面搜集沿线地质、水文、地形、地貌、气象等资料，编制路基施工组织设计。

c、根据挖、填方各路线的工程地质情况，选择各种切实可行的施工方法。

d、严格按照技术规范和设计要求组织施工，确保路基宽度、高度、分层厚度，平整度、压实度、边坡坡度等符合设计要求。

e、对特殊不良地质路段，要按设计进行特殊处理，确保路基的稳定可靠。

f 、施工过程中，要按规定进行质量检查，并请监理工程师签认工程质量和工程数量。

8.3 清表、清淤与路基底回填土a、一般路段清表：在计算路基宽度范围内（比设计理论线宽50～100㎝），将原地面表层的杂草、树根、杂物和表面耕植土等清除，清表的厚度约为30㎝。

清除的杂物按环保规定弃置于路基用地范围以外。

清表时应注意保护硬壳层。

清表的主要方法是：先用挖掘机将路基范围内的所有杂草、树根、杂物等清除，并加以场地整平。

对部分没有清干净的草皮、树根、杂物等再用人工清除。

清表的同时用抽水机将路基范围内水沟的积水抽干。

清表后应复测清表后的标高，计算找平层回填土高程，然后重新计算路基宽度并放出边桩。

为保证路基宽度和路基边沿的压实度要求，边桩要比理论值宽50cm。

经过驻地监理现场检验满足要求后，路基找平层按设计要求用素土回填，找平层填土要求填筑,分层厚度按松铺30cm控制,直至排水沟沟顶设计标高。

回填时路基的左、中、右桩纵向分别用细绳挂出回填土的高程，以便控制回填土厚度和宽度。

回填土先用推土机推开初平，然后用平地机整平，再用压路机碾压。

碾压前应尽可能使回填土的含水量接近最佳含水量，以使回填土更易达到压实度要求。

如果太干时用洒水车适当洒水；如果太湿时则应作适当晾晒。

要求检测压实度为≥93%。

回填材料应选用能满足设计要求的素土，在填筑前应取样做土工试验。

b、鱼塘路段清淤：清淤前应检测淤泥面的高程，并依据淤泥面高程计算出清淤宽度，放出清淤边线。

具体的施工方法是：在设计宽度内，将鱼塘的水抽干。

由于鱼塘路段的淤泥层比较厚，承受不起施工机械，施工时采用填土挤淤法施工。

具体施工方法是：先在路基中部回填素土，再往路基两侧填土挤淤，将淤泥挤到路基范围以外，然后再用挖掘机将挤出的淤泥挖除并用汽车运到弃土场。

回填土要求分层填筑、碾压，要求检测压实度≥93%。

淤泥面土质比较软弱，首层回填土可填厚些，以80cm～100cm为宜，以上层次填土按松铺30cm控制。

回填土标高按设计排水沟沟顶标高控制。

8.4铺设砂垫层当路基填筑至排水沟沟顶时,设置50cm厚的砂垫层。

砂垫层采用含泥量＜5%的清洁中粗砂，底面纵坡与排水沟流水纵坡一致，横坡为向外倾斜的1.5%排水坡度。

坡脚处应干砌片石防护，紧靠砂垫层的一侧缝隙填塞碎石并设置一层透水土工布。

在找平层回填土完成后，恢复中桩，检测回填土左、中、右标高。

满足设计要求后，放出左、右边桩，纵向用细绳挂出砂垫层的标高，以便控制砂垫层的宽度与厚度。

砂垫层厚度按50cm控制。

砂垫层填筑时，由便道远点往便道近点施工。

用汽车从砂场运到施工现场，用推土机推开初平和平地机整平。

由于砂是水密性材料，压实方法可用水撼法施工，即在砂垫层推铺好后，适当洒水，并配用振动棒振实，之后再用压路机碾压。

砂垫层压实度要求≥90%。

8.5 袋装砂井施工砂垫层施工完成后进行砂井的施工，砂井用砂的含泥量应＜3%，袋装砂井按梅花状布置，露出砂垫层以上30cm，并要保证穿透淤泥层。

袋装砂井在铺设下层砂垫层后进行，先恢复中线，然后按设计要求准确放出具体桩位，桩位用黑色pc带或红色包装带插上，桩位偏差以不大于5cm为宜，以便保证袋装砂井施工时井距偏差值不大于15cm。

具体施工方法是：a、在每段软基处理前，先进行试桩，以确定各软基处理段的袋装砂井实际施工长度，试桩长度均应有现场监理工程师签认。

试桩时钢套管底应穿透淤泥层并进入持力层约50cm。

为确保袋装砂井的施工长度，砂井袋一般要比设计施工长度长30cm。

b、砂袋灌入砂后，露天堆放应有遮盖，切忌长时间曝晒，以免砂袋老化。

c、砂井可用锤击法或振动法施工，导轨应垂直，钢套管不得弯曲，沉桩时应用经纬仪或重锤控制垂直度。

d、为控制砂井的设计入土深度，在钢套管上应划出标尺，以确保井底标高符合设计要求。

e、砂袋入井，应用桩架吊起垂直下井，防止砂袋发生扭结、缩颈、断裂和砂袋磨损。