摘要：德商高速公路位于黄河下游恩县洼滞洪区的冲积平原，多为层厚、松软的淤泥沉积物层，并夹有少量的腐泥或泥炭层。随着高速公路的建设发展，面临着路堤稳定、工后沉降等系列问题。本文主要阐述德商高速公路夏津段在软基处理中，袋装砂井的施工应用及其成效。
关键词：高速公路；软基处理；袋装砂井；砂垫层
1.工程概况
德商公路德州（鲁冀界）至夏津段第1合同段（K0+000-K8+920）工程，本标段全长8.920km。
本标段处于黄河下游恩县洼滞洪区的冲积平原地区，软土主要由水流缓慢淤积而成，形成年代比较久远，沉积厚度一般较深。在漫长的沉积过程中，由于植物的腐烂，在软土中有时夹有少量的腐泥或泥炭层。
其中，上部有冲积淤泥、淤泥质土，层厚多在11.60~43.20m之间，多为高液限黏土夹低液限黏土及粉土，呈流塑、软塑状，具高压缩性，承载力在50~100 kPa之间，软土层面埋藏浅，厚度大，分布稳定，透水性差，具有易触变性，易剪切滑动等不良工程地质特征。地表水入浸后易软化，不宜作各类构筑物天然基础的持力层。不同粒径的冲积砂、砾砂，层厚多在3.50~22.4m之间。透镜状、层状分布，呈松散、中密状，承载力在200~400 kPa，大部分厚度小，变化大，呈透镜状局部分布，在侧向上存在相变为亚黏土、粉土，稳定性差，大部分不宜作基础持力层。总的来说，上部软土呈流塑、软塑状，扰动易失水离析，具高压缩性、高含水量、欠固结、高灵敏度、低强度，低承载力的特点，工程地质较差。
底部残积亚黏土，部分为低液限黏土或粉土，呈塑状，承载力为100~180kPa，该层厚度变化大，层顶层底起伏变化大，且承载力低，不宜作构筑物基础持力层。
2.处治方法及选用
根据工程需要和地基本身的特点，软土地基处理的理论和手段也在不断发展。软基处理方法很多，归纳起来有五大类，即：置换、排水固结、振动挤密、胶结和加筋（劲）等，细分起来约有70余种。在公路工程的实际施工中，除在一些试验工程选用一些新的方法外，大多数的工程选用常规的、传统的方法，即置换、固结排水和振动挤密等法。其特点是技术可靠、经济适用、施工容易、效果显著且不受时空限制，故得到推广应用。
每种方法都有它的适用范围。由于具体工程条件千变万化，对地基处理的要求不尽一致，
施工部门采用的机具、当地的材料都会不同。因此必须进行具体分析，从地基条件、经济效益、处理范围、工程进度、材料机具等方面进行综合考虑，以确定合适的处治方案。根据本标段的特点，按照经济合理的原则。对于一般软基地段采用“袋装砂井+砂垫层+土工格栅”排水固结方法加固地基。对于涵洞、桥头高路堤地段，采用CFG桩、水泥搅拌桩挤密复合地基及换填加筋等方法。本文重点阐述袋装砂井处理方法在本标段软基的应用、施工及成效。
3.袋装砂井排水法加固软土路基的原理
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。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。
地基土层的排水固结效果与它的排水边界有关。根据固结理论，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。如果淤泥质土层厚度大于10～20m，要达到较大固结度U>80%，所需的时间要几年至几十年至久。为了加速固结，最为有效的方法是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，在天然地基中设置竖向排水体。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这时在路基土体荷载的作用下，土层中的空隙水主要通过砂井、经由砂垫层排出，缩短了路基工程的预压期，在短期内达到了较好的固结效果，使沉降提前完成，加速地基土强度的增长。只要地基承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的速率，就可以保证路基的稳定性。
4.施工工艺
4.1施工准备
施工机具：袋桩砂井施工机械主要是导管式振动打桩机，按行走方式分类有：履带臂架式、有轨道门架式、吊机导架式等。其中，履带式砂井机行走方便，操作简单，施工方便，在本标段中便采用此类砂井机。
材料选定：①砂袋：选用聚丙烯编制袋，抗拉强度应能保证承受砂袋自重，装砂后砂袋的渗透系数应不小于砂的渗透系数；②砂：采用渗透系数较高的中、粗砂，大于0.5毫米的砂的含量宜占总量的50%以上，含泥量不应大于3%，渗透系数不应小于5×10-3cm/s。
4.2工艺流程：
总体流程：排除地表水 → 整平原地面 → 铺设下垫砂层 → 井位放样 → 机具定位 → 打入套管 → 沉入砂袋 → 拔出套管 → 机具移位 → 依此施工完全部砂袋井后铺设上层砂垫层。
（1）清理平整场地：
施工前应对软基处理范围测量放样，并用挖沟机、推土机清理不符合要求的表土、树根，对常年积水地表挖沟排水、晒干，并作好填前压实。对水塘、鱼塘淤泥层厚地段，由于地基经常浸水湿软，含水量大，施工前应做好抽水清淤、清淤至水塘、鱼塘底硬土层，防止因淤泥可能出现的路基盆形沉降、失稳和沉降差等问题。并应按设计要求作好回填整平。
（2）砂垫层施工：
下层砂垫层厚度一般30cm为宜，宽度应宽出路基护坡道边脚1.5米，防止因沉降将造成砂垫层不足，影响砂垫层排水沉降固结。两侧端应以砂包护砌或采有其他方式防护，以免砂料流失。在对场地进行碾压平整后，即可进行砂垫层的分层碾压摊铺施工，每层的摊铺厚度为30cm，并且在压实好的层次上进行下层次的填筑时，应采用推进、整平、进料的方式填筑。
5.施工过程的常见问题及处理办法
袋装砂井施工期间常会出现问题有：袋装砂井回袋、砂袋灌砂量不足、砂袋间距不符合要求、砂袋缩颈、断裂。本标段软土层较厚，袋装砂井处理深度达25m，底层是很厚的淤泥质粘性土层，深层袋装砂井施工容易出现回袋（钢套管在打入设计深度后，在提升的过程中，砂袋随着钢管的提升而上升的现象叫做“回袋”）。
袋装砂井回袋可采取以下办法预防：（1）钢管沉至设计深度后，往钢套管内灌水以平衡管内外水压，因为桩深，管底压力大，容易将淤泥从管口压入管内，为了减小管内压力往管内灌水反压，将减少淤泥进入管内造成回袋。（2）钢套管盖口不应过小或过大，过小或过大容易在沉桩过程中淤泥进入钢套管，应将钢套管盖口控制在1mm空隙之内。（3）拔出钢管时将砂袋吊在袋装砂井机上，由于砂袋自重大，将砂袋直接放入钢套管容易引起砂袋回袋、断裂、破裂的质量问题，将砂袋垂直吊在袋装砂井机上缓慢放入钢套管，保证了砂袋的质量，防止拔管时回袋。
6.结论
在深层袋装砂井施工完毕后，通过在上层的路堤填筑中沉降观测显示，袋装砂井加快了土层中的空隙水竖向排出，缩短了软土路基工程的预压期，在短期内达到了较好的固结效果，使沉降提前完成；加速地基土强度的增长，保证了地基的稳定性，充分说明“袋装砂井+砂垫层”在本标段软基处理上达到了预期的效果，是成功的。
参考文献
[1]公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ 017-96）.
[2]公路路基设计规范(JTJ 013-95).
论文作者:张国强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：土层论文; 地基论文; 淤泥论文; 标段论文; 套管论文; 路堤论文; 路基论文; 《基层建设》2018年第26期论文;