谈桥梁工程软土地基施工技术
2016-06-06
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。
一、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-ix10-8cm/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。
二、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。
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。
2、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。
3、 砂井布置
普通砂井直径一般为30～40cm，护管砂井直径可小到15cm，袋装砂井直径可小到7～12cm。砂井间距是指相邻砂井中心之间的距离，是影响固结速率的主要原因之一。砂井间距一般为砂井直径的6～10倍，常用2～4m。砂井平面布置形式有正方形和正三角形两种。正方形排列时，每个砂井的影响范围为一个正方形；正三角形排列时，每个砂井影响范围为一个正六边形。砂井长度一般为10～20cm，具体应用时，需根据软土层的厚度、荷载大小和工程要求而定。一般来说，砂井不一定都要穿过整个软土层，当软土层不厚、底部有透水层时，砂井应尽可能穿透软土层；如软土层较厚或土中夹有砂层时，有否必要将砂井穿透软土层应按工程要求和土质条件等情况而定。在砂井顶部应铺设砂垫层，可作为良好的排水通道，并与各砂井连通，从而将水排至场地以外。砂垫层的宽度应大于堆荷载或建筑物的底宽，并伸出砂井区外边线2倍砂井的直径；施工过程中应保持垫层不受扰动，铺设平整，垫层用砂要求与砂井相同，垫层铺设厚度一般为50cm左右。
三、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。该文简要介绍其施工工艺。
1、施工工序
袋装砂井施工工序分为两种，即现场灌砂成井和预制砂袋直接投放孔内成井。现场灌砂成井工序为：
（1）将钢套管（下端用可开闭的底盖或预制桩靴）打入土中要求的深度（管径较砂袋直径大，一般袋装砂井直径为7cm，导管采用 89×4.5�无缝钢管）；（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。
2、质量控制
（1）每根砂井的长度均须露出地面50～100cm，伸入砂垫排水层以利于排水通道流畅，如果长度所留很少或多余过多（可能砂袋被拔套管时部分带出）皆应重新施工，以保证成井质量。
（2）采用袋装砂井时，砂袋必须选用透水性和耐水性好以及韧性较强的麻布、再生布或聚丙烯编织布制作。
（3）灌入砂袋的砂，应捣固密实；砂井位置的允许偏差为该砂井的直径；垂直度的允许偏差为1.5%。
3、堆载预压
一般情况下，预压荷载的大小宜接近设计荷载，必要时可超过设计荷载10%～20%。施加预压荷载，任何情况下作用于地基的荷载不得超过地基的极限荷载，以免地基失稳破坏，在需要施加较大荷载时，应分级加载，并控制加荷速率，使之与地基的强度增长相适应。当达到以下条件时，可以进行卸荷：（1）地面总沉降量达到预压荷载下计算最终沉降量的80%以上；（2）理论计算的地基总固结度达到80%以上；（3）地面沉降速度已降到0.5～1.0�/d以下。
四、结语
软土地基是铁路工程施工中经常遇到的地质情况，为避免其影响桥梁构造物的稳定性，必须对其进行加固处理。袋装砂井法是一种常用的处理软土地基的方法，它施工简便、节约材料、效果显著，在工程施工中应用较为广泛，并取得了较好的工程效益和经济效益。
参考文献：
〔1〕郭文，王汝恒，初文荣等. 软土地基的工程特点及震害影响〔J〕. 四川建筑，2006，24（4）：59-60.
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