公路工程中袋装砂井施工质量控制

陆俊伟

中图分类号：TQ639.2

摘要：袋装砂井的排水效果直接取决于对施工过程质量控制的好坏,本文从袋装砂井施工工艺与要求、袋装砂井施工质量关键技术、控制砂袋长度和灌砂率、做好隐蔽工程检测几个方面进行了阐述。

关键词：袋装砂井；工艺；质量；细节；控制

利用袋装砂井长度是砂井地基固结速率的重要影响因素,分析软基处理中处理区与下卧层之间的相互作用,对深厚软土地基固结度的计算方法进行合理改进,推导出计算固结度时砂井底面孔压不相连续的计算关系式,并从深厚软基中非理想因素、砂井长度方面对固结度的影响进行论述。文中根据工程实例探讨袋装砂井的施工要点,从而促进施工工艺的进一步完善,保证袋装砂井的施工质量和处理效果。

1 袋装砂井施工工艺与要求

袋装砂井作为软土地基处理的一种方法,能很好地改善软弱土地基的排水条件,加快土壤固结,加快路基沉降至稳定状态。采用袋装砂井处治淤泥层较厚的软土地基,通过袋装砂井的排水使周围软土固结,这种处理方法与普通砂井相比,袋装砂井能适合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矿柱错位、断颈等影响。采用袋装砂井处治淤泥层较厚的软土地基,通过袋装砂井的排水使周围软土固结,这种处理方法与普通砂井相比,袋装砂井能适合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矿柱错位、断颈等影响。

2袋装砂井施工质量关键技术

2.1从源头抓质量控制

2.1.1控制原材料

(1)控制砂垫层及砂袋用砂的质量

砂袋是淤泥中游离水分渗透上升到地表的竖直通道，砂垫层则是上升到地表的自由水横向排出路基的通道。这两项是软基加固处理的根基，若这两个通道不畅，则后续施工全部失败。设计文件与施工规范对砂垫层材料的要求是：洁净中、粗砂，含泥量不大于5。对砂袋用砂的要求是：渗水率较高的中、粗砂，大于0．5mm的砂含量宜占总量的5O以上，含泥量不大于3，渗透系数不小于5×10～cm／s。由于设计意图不同，这两种砂在某些参数上的要求是不同的。砂垫层侧重于空隙率，以利于排水，砂要尽量粗；砂袋则侧重于渗透率，以利于水通过毛细作用上升，细砂要占一定比例。

(2)控制砂井用袋的质量

砂袋是淤泥竖向排水通道的载体，一是要有一定的渗透性；二是要能够承受在灌砂架上抖动砂袋产生的拉力；三是砂袋接头要少。

2.1.2对施工设备的要求

袋装砂井的施工设备可分为履带式和滚筒式。履带式砂井机的行走或就位与常规的运输设备一样；滚筒式砂井机则要人为地反复调整砂井机下滚筒的角度来完成就位。

滚筒式设备在施工过程一是行走缓慢，直接导致施工进度慢；二是设备为了自稳，滚筒长度通常超过10m。设备在调头时，滚筒要反复挪动，在已经施工的位置，滚筒很容易碾破袋头，在袋头位置造成断袋。因此本项目不推荐使用滚筒式施工设备。若设备紧张，必须使用时，则要把施工完成的砂袋预先埋入砂垫层，防止行走时碾破袋头。

2.2施工过程抓好细节控制

2.2.1控制砂袋长度和灌砂率

(1)砂袋长度的控制

为了在最短时间内完成固结，要求袋装砂井打穿淤泥层，尽可能把淤泥中的水引到地表。由于地质变化的不确定，设计提供的砂袋长度与实际情况往往有出入。

在施工时，本项目以设计为参考，正式施工先试打的做法：每25m选择1个断面，试打个点，按照相邻两个断面试打砂井的平均长度作为这段的施工长度，尽可能使每根砂井打穿淤泥，发挥最大作用。

(2)灌砂率的控制

灌砂率是为了保证砂袋在施工各个阶段都处于饱满状态。为了保证沙袋饱满，本项目采用过程控制来确保砂袋饱满。一是采用灌砂架灌砂，杜绝人工灌砂。要求灌砂架的高度大于砂袋的一半，确保灌砂过程中砂袋处于悬空状态；灌好的砂袋要避免长时间曝晒。二是采用“二次抖动”的方式。除了在灌砂架上抖动一次外，在砂袋人井前挂到机架上随打桩过程再次抖动，抖空部分及时补充，保证砂袋密实。三是加强对袋头空虚部分的补灌。砂袋入井过程中的晃动，会使砂袋袋头部分出现5O～100C1Tl的空洞。如果不及时补砂或补充不完整，缺砂位置刚好在淤泥以下，很容易在砂垫层或土层以下“断颈”，使砂井和砂垫层不能连通，形成“断桩”。

2.2.2桩头淤泥的及时处理

砂井机移位施工下一个桩位时，导管上附着的淤泥会随打桩机的震动下滑，聚积在桩头位置，在砂袋周围形成一个泥堆，把砂袋包裹，使砂袋和砂垫层隔离，导致排水系统堵塞。因此在施工中要派专人清运落在导管周围的淤泥。

2.2.3雨季施工的注意事项

雨季尤其是雷雨天气，最好不进行砂井施工。但砂井用砂要及时覆盖，保证不淋雨，这样在雨停后可以马上进行灌袋。否则会造成湿砂很难人袋，或入袋风干后，体积缩小，灌砂率难以保证。

2.3控制加载

路基填筑的过程就是对袋装砂井加载的过程，这个过程的控制直接影响到施工进度、路基稳定、袋装砂井的处理效果。控制加载一般是通过孔隙水压力观测分析来判断加载速率，从而达到控制加载。该文通过代表断面K4+800来简述。

2.3.1孔隙水压力一时问一荷载关系过程线

图1 K4+ 800孔隙水压力过程线

K4+800路基中心点处孔隙水压力一荷载一时间关系过程线见图1。从图1可以看出，3个测点孔隙水压力的消涨变化与荷载的变化均成很好的对应关系，反应相当灵敏，符合一般规律。孔隙水压力最大值发生在路基中线下一8m(埋设深度10m)处的淤泥层中。

2.3.2孔隙水压力系数

根据开普顿提出的孔隙水压力理论，孔隙水压力系数B值的表达式为：

B=△U／△P(1)

综合孔隙水压力系数B表达式为：

B=(Ui一Uo)／∑Pi (2)

式(1)、(2)中：△U为孔隙水压力增量(kPa)；△P为荷载增量(kPa)；Ui为第i测点孔隙水压力(kPa)；Uo为初始孔隙水压力(kPa)；：∑△P为累计到第i级的总荷载(kPa)。

按式(1)、(2)，将K4+800第1号孔压测点在各级荷载作用下的单级孔压系数、综合孔压系数汇总于表l。

表1 各级孔隙水压力系数计算结果

注：第3级到第4级间加载一层土。

从表1可以看出，加载后，第3、4、5级单级孔压系数与第1、4、5级综合孔压系数均未超过设计控制标准。第1级的单级孔压系数与第3级的综合孔压系数虽然超过了上述控制指标，但没有超过本工程修正标准控制值，路基稳定。路基两侧砂垫层有明水渗出，表明袋装砂井达到了预期效果。

2.3.3孔隙水压力观测

(1)最大孔隙水压力的确定

孔隙水压力观测的重点之一，是如何尽可能地捕捉到加载后的最大孔隙水压力值，以利对路基发展趋势做出判断。由于最大孔隙水压力值往往消散较快，特别是排水条件较好的区段更是如此。如果机械地与沉降、位移“同步观测”，即：加载期间每天观测1次，能获得最大孔隙水压力的几率则很小。因此，须变“同步观测”为“跟踪观测”，其方法是：观测工作在加载土离孔压测点10m左右时，就守候其旁开始进行并定时观测，一般每隔15~30min观测一次。直至加载土超过测点位置10m以上；或观测到的孔压值稳定4h以上；或孔压值开始下降后为止。取其最大值可视为本级加载后的最大孔隙水压力值。

(2)荷载增量的测量方法

在进行孔压观测的同时，应进行加载增量的测量。利用提供的填土压实厚度，取其算术平均值作为填土厚度。这样虽然简单，但往往不够准确。因此，可在离孔压测点两端4～5m处，各设一固定观测点，当加载完成且经碾压后，即对该点地面高程进行测量，取其差值与两次观测间沉降量之和作为本次加载增量。

2.4做好隐蔽工程检测

施工完成后，袋装砂井便成了隐蔽工程。本项目利用“钻孔桩循环清渣”原理，把施工完毕的砂袋成功地完整抽取出来，完成了对袋装砂井隐蔽工程的有效检测。

2.5施工后期维护

成功控制袋装砂井、砂垫层的施工质量，并不等于软基加固已经进入正常的堆载预压期。确保砂井、砂垫层排水通畅，是贯穿整个预压期的大事，预压期保证砂垫层出水口的畅通，与控制砂井质量同等重要。在路基加载过程中对砂垫层被完全覆盖的位置，要及时清理覆盖物；若覆盖物难以清理，则要用渗沟、盲沟或PVC管连通砂垫层，保证内部水分可以排出。由于砂垫层被堵塞，使软基深层孔隙水压持续高值，造成路基安全隐患并不鲜见。

(1)砂垫层横向排水畅通

为了防止砂垫层在施工过程被路基填土覆盖，设计要求“砂垫层宽度要宽出路基坡脚1m，两侧干砌片石防护，并设15cm厚砂砾垫石或碎石反滤层”。

(2)及时防护裸露砂垫层

本项目砂垫层的施工有两种设计，砂垫层分别是两次或三次(有一层或两层土工格栅)施工。在第一次砂垫层施工后，就要把整个的干砌防护做好，防止砂垫层流失，如果干砌不能及时施工，则要用砂袋临时码砌。

参考文献

[1] 贾其军;袋装砂井处理河滩相软土固结沉降研究[D];长安大学;2001年

[2] 胡加林;袋装砂井处理软粘土路堤地基沉降与稳定性研究[D];浙江大学;2004年

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。