袋装砂井处治软弱土地基技术.doc

袋装砂井处治软弱土地基技术（摘自：公路2008年4期。宁夏冲湖积平原软弱土地基袋装砂井处治技术一文）附：“土基方面的常识性资料”袋装砂井是将散体砂装入化纤纺织物做成的细长袋子，内置于软土中，作为竖向排水体的一种软土处治方法。袋子可以做成很细的形状，直径通常为712cm，同时，根据“细而密”的原则，能将井间距大大缩小，从而加快排水固结时间，是一种有效、简便而又普遍采用的软基处理方法。一、三个作用：排水固结作用。快速排除软基中的水分，从而缩短固结时间，加快软土固结速率，使土体强度增长，地基承载力提高。承重作用。袋装砂井起到一定的加密与置换软土的作用，随着砂井间距的缩短，其承重作用将更加突出。加筋和抗滑作用。由于装砂的砂袋通常由化纤纺织物制成，它具有较大的拉伸强度，在施工加载时，竖向砂袋正好处在与土体滑动带相交位置，起到了竖向加筋和抗滑作用。二、适用于：软土厚度大，路堤稳定、填土高的软土路基，如软粘土、淤泥、和淤泥质地基。如果天然土层的水平排水性比垂直方向大，或软土中有薄层粉细砂夹层时，效果会更好。三、袋装砂井设计参数根据勘察数据、并考虑工期、容许工后沉降、路堤高度、施工条件等因素，并通过固结理论计算确定：袋装砂井的直径、间距和长度。在预压期内要求完成的固结度大小，则根据路基剩余沉降以及不均匀沉降可能造成道路路面结构破坏考虑，一般取固结度U8095 直径和间距。袋装砂井的布置形式一般有两种，即等边三角形（梅花形）和正方形。设间距为L,当采用等边三角形排列时，其影响圆的直径d，为 根据“宁夏工程”软弱地基处治经验，并考虑到经济和施工的因素，该项目采用：直径为10cm，间距分别为1.2m、1.4m两种砂井，采用梅花形布置。砂井长度主要取决于软土层排水固结效果，该项目路段淤泥质软土层较薄，层厚一般为25米，所以，取46米的砂井长度。具体长度应根据各不同地段的软弱土层具体厚度确定。袋装砂井地基固结度计算对砂井地基固结度度计算目的，是为了求出在给定的预压荷载、预压时间以及容许沉降量等条件下，求出井径和井距。文中无计算过程，仅列出计算结果，如下设 计 项 目单位K38+622K38+980K43+000K43+480最大填土高度m3.56.3工后沉降基准期月180.0180.0井直径m 0.10.1井间距m1.41.2预压期月6.06.0固结度80.089.0预压结束时沉降量cm19.034.0基准期内残余沉降量cm5.04.0注：文中没有给出计算参数和公式，只有表中结果。固结度：软土地基在预压荷载作用下，经过一段时间（t）所产生的变形量（St）与土层的最终变形量（S）之比。四、袋装砂井构造（一）材料砂袋：采用聚丙烯编织袋，具有足够的抗拉强度，耐腐蚀，价格低廉。但编织袋抗老化能力差，应避免阳光长时间直接照射。成品砂袋的周长为28.8cm，为设计尺寸的91.7，当其脱离导管进入井孔后，直径将有所放大。砂袋当渗透系数大于0.005cm/s，膨胀系数为1.107。砂井袋装满后弯折（半径7.5m），应无断裂、无拔丝现象。砂：应有一定的级配，（本项目中，采用的砂井材料为银川镇北堡的中、砂粗。粒经大于0.6mm的砂的含量占总量的70 。砂料的实测含泥量为2.6 。含水量为3.5 。渗透系数大于0.005cm/s）（二）砂井构造。本工程采用“袋装砂井砂砾垫层土工织物”的综合处治方案。袋装砂井顶部铺设50cm厚砂砾垫层与单向土工格栅，并且坡脚各包裹2米宽无纺针刺土工布（上下各压入坡脚50cm）。五、施工（一）施工机具。采用振动锤打桩机，带活瓣桩靴，内径108mm，外径133mm。打桩机为轨道门架式。砂井的成孔速度约为2m/min。施工过程中，用垂球控制垂直度，实测成孔倾斜度为0.8 。（二）施工流程平整场地。清除草皮及表土，用推土机将场地大致平整，铺设30cm厚下垫砂砾层。施工放样。在平整好的场地上，按坐标法用全站仪进行中桩、边桩的放样。根据处理宽度、设计桩距绘出布桩图，并用白石灰作出明显标记。机具定位，沉入套管。将带有可开闭底盖的套管或带有预制桩尖的套管（内径略大于砂袋直径）按井孔定位沉入到要求的深度。沉入砂袋。原则上应用桩架将砂袋垂直吊起沉入。当受桩架高度限制时（袋装砂井长度超过桩架高度），可采用两节套管。用人工输入砂袋。拔出套管，作施工记录。记录内容为：井距、径长、井径竖直度、灌砂率等。重复工序至全部砂井施工完。施工完毕，整平场地，测量标高，整理施工记录。试验检测后编写袋装砂井施工总结。铺筑砂砾垫层和土工格栅。（三）施工要点共8点，主要为砂料含泥量要小。一般要求小于3 。宜采用风干砂，不宜采用潮湿砂。以免袋内砂干燥后体积变小，造成袋装砂井缩短后与排水垫层不搭接。砂袋露出孔口的长度应保证超出砂垫层至少30cm 。 本工程所在地属于冲湖积平原（即黄河西岸二级阶地），第四纪以来区内新构造运动强烈，使黄河河道不断由西向东迁移。在不断迁移过程中形成许多牛轭湖，使二级阶地上部湖沼发育，形成流塑软塑淤泥、淤泥质土，颜色呈灰色、灰黑色等。 铁路路基施工规范（TB10202-2002）、（J1612002）中第7.1.8袋装砂井施工应符合的规定，共10条。 2008-06-16 附：土基方面的常识性资料第一，关于 “软土”地基处理中的软土分为以下几类：（1）软土：指该土层在加载后，承载力或变形不满足规范规定要求的地基土。淤泥及淤泥质土属于软土之类。天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1.0的细粒土均为软土。并富含有机物质。包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土。在天然含水量大于液限的同时，天然孔隙比大于或等于1.0，小于1.5时称为淤泥质土；天然孔隙比大于或等于1.5时称为淤泥。主要特点是：天然含水量高，天然孔隙比大，抗剪强度低，压缩系数高，渗透系数小。在外荷载作用下，地基承重力低、地基变形大、不均匀变形也大，且沉降缓慢，变形稳定历时较长。（2）冲填土：即新近沉积土。主要指强度较低、压缩性较高的固结粘性冲填土。(松散素填土、杂填土亦可视为此类土)；但此类土的工程性质取决于颗粒组成、均匀性和排水固结条件。分两种情况：其一，此处指名为“欠固结土”，属于强度较低和压缩性较高的土。其成因为，以粘性土为主，且土中含水量大，土体在初期常处于流动状态，当表面自然蒸发后，呈龟裂状。下面的水分不易排除（蒸发），处于未固结状态，较长时间可能仍处于流动状态，稍加干扰即成触变现象，强度要经过一定的固结时间才能逐渐提高。其二，主要以砂或其它粗颗粒土组成的冲积土不属于软弱土。（3）杂填土。一般未经处理不宜作持力层。（4）其他高压缩性土。饱和松散粉细砂（包括一部分粉土）。当天然地基相对较为软弱，亦即是软土地基时，地基不能满足工程设计要求和变形要求或在地震作用下，有可能产生液化、震陷及失稳时，则先要经过人工加固处理后再修建路基。 第二，地基处理方法中的“固结”和“排水固结法”“固结”：土体在荷载作用下，内部所含的水缓慢渗出，体积逐渐缩减的现象，称为土的“固结”。“排水固结法”的原理是地基在荷载作用下，通过布置竖向排水井（砂井或塑料排水带等），使土中的孔隙水被慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形，地基土的强度逐渐增长。“排水固结法”主要用于解决地基沉降和稳定问题。为了加速固结，最有效的办法就是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，如设置砂井或塑料排水带等竖向排水设施，以加速地基的固结，缩短预压工程的预压期，使其在短期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成；并加速地基土抗剪强度的增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的速率，以保证地基的稳定性。排水固结法的实际效果，取决于土层固结特性、厚度、预压荷载和预压时间。厚度小于5米的浅软土层，或固结系数较大的土层，较短时间预压即可。“砂井”是排水固结法的一种方法。具体的方法就是采用加设具有竖向排水通道的砂井或铺设砂垫层，以缩短预压时间。一般情况，加载量大致与设计荷载接近，预压至80固结度。砂井直径多为810，间距大约是井径多48倍，砂井长度应穿越地基可能的滑动面，井长如能穿越主要受压层，对沉降有利。如果，软土层较浅，有透水性下卧层，则井长深入透水层，对排水固结更有利。为加速排水，缩短固结时间，在设置砂井的同时，加设井顶砂垫层或纵横连通砂井的排水沟，砂垫层厚度约0.51.0米。砂井用砂以中粗粒为宜，含泥量不宜大于3，灌砂量（按重量计）大于井管外径所形成体积的95 。 第三、沉降沉降按发生次序分为初始沉降、固结沉降、次固结沉降l 初始沉降：基础荷载加上后，地基中发生剪切变形，由此发生的沉降称为初始沉降；l 固结沉降：由于土粒骨架之间的水分逐渐排出而引起的沉降，是缓慢发生的；l 次固结沉降是地基中土粒骨架在持续荷载下发生蠕变引起的。上述分类情况对粘性土是合适的，对于砂性土地基，由于一般砂土渗水性强，固结完成快，初始沉降与固结沉降已分不开。更由于砂土地基弹性模量随着深度而增加，应用弹性理论求砂土初始沉降也不正确，因此，砂土地基的沉降计算只能依靠经验方法。 第四，土的物理性质（孔隙比、液限、塑限、塑性指数、干密度l 天然孔隙比：在天然状态下，土壤中孔隙体积与土壤中固体体积之比，孔隙比小土密实，孔隙比越大，土质越不好；l 液限：液体状态下的土壤，无抗剪强度，可以自由流动至水分减少开始具有少许抗剪强度时的含水量（WL）；l 塑限：当液限时的水分再减少到一定程度时，土壤搓成细条，开始龟裂时的含水量（WP）；l 塑性指数：土壤的液限与塑限的含水量之差（IP= WL- WP）；l 干密度：土中完全不含水分的密度，是土密度的最小值。工程中常用它计算压实度（）。 工地实测的干密度标准击实试验所得的最大干密度。l 天然含水量、饱和含水量和饱和度： 天然含水量：在天然状态下，土中所含水分的质量与干土质量之比。饱和含水量：土的孔隙全被水充满，达到饱和状态时的含水量。饱和度：土在天然含水状态下的体积与土的全部孔隙体积之比，表征孔隙被水充满的程度。或者用天然含水量与饱和含水量的比值表示。饱和度对砂土类有一定意义，它反映砂性土的干湿状态。 当孔隙中无水时，为干燥土，饱和度等于零；当孔隙中充满水，饱和度等于100。为饱和土 第五，细粒土塑性图塑性图是由塑性指数和液限联合组成的土分类图，是作为细粒土分类的一种方法。塑性指数与液限具有良好的线性关系，是塑性图的理论基础。是根据试验数据统计而形成的。塑性图是以塑性指数为纵轴、液限为横轴的直角坐标图。图中以A、B、C、D四条将图划分为几个区域。各不同区代表不同的土类。在使用中，根据具体土的塑性指数与液限的实测值，点在图上的相应位置，即可确定出“土”的类别（落在那个区，就是那种土）。此图见于铁路路基设计规范（TB10001-2005）、（J4472005）中第17页表5.2.3“细粒土填料分组”表 中；铁路路基施工规范（TB10202-2002）、（J1612002）中第17页表5.2.3“细粒土填料分组”表 中；铁路路基施工规范（TB10202-2002）、（J1612002）中第76页续表B.0.1 中；路基路面工程（公路与城市道路专业用）人民交通出版社，11页的特殊塑性图；土质与公路建筑材料（公路施工与养护专业用）人民交通出版社，25页，图1.14 塑性图。1）图中有一些不同处，如：B线表示的液限WL40为分界线，但多数为50； A线为一条斜线，由方程表示 IP=0.63（WL20），有的为IP=0.66（WL20），或IP=0.73（WL20）。2）多数仅为表示细粒土的塑性图。但也有的作为砾类土以下各类土的分类图，如。砾类土和砂类土都有重量的限制。然后再在图上对照查得。 第六，土质分类中采用的土类名称及符号第一组：土粒组成,表示土的主成分。巨粒土粗粒土细粒土有机土漂石B块石Ba卵石Cb小块石Cba 砾G角砾Ga砂S粉土M粘土C细粒土（C和M合称）F粗细粒土合称SI有机土以O表示；铁路施工规范中以Wu表示。第二组：级配特征，表示副成分或其物理特征。 良好的 W ；不良的P第三组：液限分级，高H ；低L第四组：特殊土，黄土Y ；膨胀土E；红土R 说明：一般用一个符号表示，当用两个字母表示时，第一个表示主成分，第二个表示