软土地基袋装砂井施工技术研究

摘 要：新建邯黄铁路沧州段穿过近海冲积平原，地质地层属含水超饱和的典型的粉砂土层、粘土夹砂层土、粉质粘土和淤泥质黏土。袋装砂井软基处理技术，是砂井排水法的延续，即是将散体砂装入用化纤纺织物做成的细长袋子内插入软土中作为竖向排水体的一种方法。由于它可以做成很细的形状（通常7～12 cm），根据“细而密”的原则，能将井间距大大减小，加快排水固结时间，是一种有效、简便而又普遍的软基处理方法。对冲积地质地层，即由粉细砂层或由粉细砂层和粘土层相间构成的软土地基，尤其透水层与不透水层间隔形成的、存在地下超饱和承压水的地层中，采用此工法效果明显。其处理方式是：采用砂井排水与堆载加压（路基填筑等）相匹配的排水固结原理，排出地下超饱和及饱和地层水，使基底逐步固结的一种工法。该工法的关键之一是尽可能使地下承压水排出地表；之二是使排出地表的水能顺利流向路基两侧边沟。在采用沉降监测手段和确保路基填筑稳定性满足设计要求的前提下，动态地变更调整原设计的一些参数，使经此工法处理的软弱地基土能快速、有效地达到设计地基处理的承载力要求。

关键词：软土地基 袋装砂井 沉降监测 排水固结

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-0-02

1 国内外现状及简要说明

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。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。

袋装砂井加固软土地基法属于垂直排水加固地基方法，是在一般砂井法的基础上发展起来的一种工艺、技术。它是在需要加固地段的地面上先填筑好排水坡（路拱或横坡），并铺设好排水垫层，再将加工好的砂袋垂直置入地基中已成孔内，形成袋装砂井，然后对地基加载预压，使地基中的水分迅速从袋装砂井中排出，从而达成加速地基沉降固结的目的。在以往的关于袋装砂井的设计及施工研究中，大多偏向于对井径比及井间距等砂井本身排水性能的阐述，而对砂井、其上排水垫层以及排水横坡等相关因素的参数在施工期间经沉降监测数据动态调整方面论述较少。

中铁二十二局集团承建的邯黄铁路Ⅳ标段全长130.05 km，位于华北平原河北省沧州市境内海河流域，海拔在1～7 m间。地质上属于山前冲积层和海积层，地层为层状粉砂层夹黏土层结构。地下水丰富，埋深在0.5～2 m间。设计上路基基底软基处理多采用袋装砂井，利用路基堆载使软基能排水固结从而达到加固的原理。袋装砂井施工主要集中在近海区域海兴县及黄骅港段，设计总里程约30 km，总工程量1596万延米。科研项目总施工里程共2 km，其中包含7～20 m多种长度袋装砂井，总施工长度84万延米。

2 袋装砂井工法应用分析

邯黄铁路Ⅳ标段在近海段路基软基处理中设计采用了大量袋装砂井。由于该段软基地质地层含有粉质黏土层、粉砂层、黏土层及粉土加夹砂层等透水层和不透水层间隔地层，根据袋装砂井通过堆载而排水固结的作用原理：①通过对袋装砂井软基处理地段地质情况探测、软基地层透水层的探测、砂井长度是否深入到透水层、路基清表后在表面先填筑高于两侧地表的路拱、路拱横坡坡度的设置考虑基底沉降量、路基填宽及高也须考虑基底沉降量等数据的变更调整以确保路基基底处理的质量；②通过对施工机械的选择、孔深、沙袋贯入的控制总结出袋装沙井作为一种地基加固措施，在不同季节的施工工艺；③同时研究袋装砂井软基处理地段路基沉降观测方法，形成一套系统的数据收集和分析方法。

3 袋装砂井工法实施

3.1 试验阶段

通过施工前期先行对上述试验段试钻，每100 m路基钻任意3个孔，其中有12%的孔在钻至设计标深度后拔钻杆的过程中出现涌水、涌沙现象；5%的孔在钻进过程中出现难以钻到设计深度的现象；77%的孔在钻完后虽无涌水、涌沙现象，但孔周1～3 m范围内出现0.15～0.89 m的早期沉降。分析试钻结果，结合设计图纸地层分类说明，本标段袋装砂井处理地段存在不同程度的地下承压水层，该承压水层在钻机打通上、下不透水层后通过钻孔向上、下层的不饱和透水层涌、渗流，导致该承压超饱和层体积减小，在重力作用下，此处地面出现不同程度的沉降。

3.2 实施阶段

为了使袋装砂井软基处理达到设计目的，必须对原设计某些参数进行适当的变更调整。并根据现场两种类型机械设备及人员配备情况总结，得出了最经济合理且满足工期需求的机械、人员配备方案。

①与甲方、设计、监理及咨询单位一道共同论证并由我方组建了专门的袋装砂井软基处理地段沉降观测小组，制定了专项沉降观测方案，并依据沉降观测数据及时动态地变更调整了袋装砂井施工的机械设备、施工工艺参数（如孔深、竖直度、沙袋贯入的控制、砂垫层底路拱的填高和横坡、路基超填宽、预留沉降量等）及设计图纸数据。

②对设计图纸提供的2%的砂垫层底路拱横坡进行了变更调整，并增加了清表后回填的路拱高度，并分析了一旦路拱横坡设置大于2%后路基整体稳定性变化是否满足设计要求。根据已填土段路基基底沉降观测数据分析，路基横断面中心沉降值远高于设计所预留沉降值20cm，在填方3.6 m（设计填高7.5 m）时最大沉降量为93cm。据此推断如按设计图纸施工，路基基底砂垫层表面工后沉降后将形成一沿线路方向的凹槽，通过砂井排出的地下承压水将积于槽内无法排到路基两侧边沟，使整个路基工程处于不稳定的淤泥或积水层上。如图1所示。

③对路基本体填宽及填高根据沉降观测数据在设计图纸的基础上进行了适当变更调整，确保整体路基工后沉降后的宽度及填高满足设计要求；

④对设计图纸提供的地质地层厚度进行了变更调整，增加了孔深，使砂井深入到粉砂层等透水地层中，打穿了地表和地层中较厚的不透水层，使地下承压水得到有效释放。见图2所示。

4 工法技术成果总结

袋装砂井工法在具体实施阶段，从试钻、分析到联合各建设参与方共同变更调整原设计部分参数，再到分阶段实施后进行专业的沉降监测，再根据监测数据对后续施工参数进行动态的调整，使袋装砂井施工工法不断完善、能更好的达到使被处理地层尽快排水固结的设计目的，是该文的主旨。

1）由近1年的沉降监测数据可知，此类地质条件下，采用袋装砂井工法处理软基，经加载沉降后局部最大沉降量可达1.15 m，平均沉降量可达0.65 m；

2）为达到排水固结的设计目的，该工法的关键之一在于做好袋装砂井顶砂垫层底的普通土回填路拱，即务必使路拱中心高出两侧地表一定的高度，使其在充分沉降后依然有一定的排水横坡，可以使路基线路中心的水排往路基两侧边沟，再由边沟排走。根据前期试验段沉降监测数据，路基中心线路拱标高应大于路基两侧70 cm以上。一旦横坡设置大于2%后路基整体稳定性变化，对路基整体稳定性分析如下。由以下先行试验段沉降监测数据可知，路基袋装砂井顶砂垫层底的普通土回填路拱横坡设置应在6%～8%之间。

路基整体稳定性分析：虽然路基基底路拱横坡经调整后远大于原设计2%的横坡，理论上可能会给上层土方填筑造成向路基两侧沿砂垫层滑移的趋势，增加路基填筑过程中不稳定因素，但实际通过沉降监测数据分析，路基基底在袋装砂井施工完毕之后即开始呈不同程度沉降，上面再填筑土方加载后，沉降一直在进行，其沉降曲线如图3。而此时的基底路拱横坡已逐步变小，随着上层土方填筑的高度增加直至全部完成路基填筑（为尽量减少工后沉降，此时路基填筑按原设计土方量的120%进行超载预压，预压期一般为3～6个月），经变更调整成6%～8%的砂垫层基底路拱横坡会逐步变小至1.8%～2.5%，接近原设计横坡2%，因而路基整体稳定性满足设计要求。如图3所示。

3）为达到排水固结的设计目的，该工法的关键之二是设计图纸结合实际地质地层厚度情况，变更调整砂井深度，务必使设计加固处理地层内的承压水排出，否则在地表加载后地下承压水层可能出现因铁路线路周边地方开采地下水等其它原因导致水压下降，使路基工后产生急剧差异沉降。

4）由沉降监测数据变更调整路基填筑的高度（由沉降曲线知，填筑至路基顶层时沉降大多已完成60%～90%，因而顶层标高实际只比设计多填高30 cm即足够）和宽度（同理，比设计多填每侧各30 cm），充分考虑经施工期沉降和工后长期沉降后路基满足设计运营要求。

5）机械设备及人员配备方面，经过科研小组不断试验总结，袋装砂井施工机械以ZTG20-20履带振动式钻孔机最经济、有效。每台钻机配备2个钻机熟练操作员、2个砂袋入孔工、3个砂袋制作工，一个工班可以完成袋装砂井施工1000延米。

5 结语

通过前期试钻和沉降数据分析软基加固处理的效果，分析、总结出一套袋装砂井地基加固方法的机械选型、施工工艺、质量控制措施和能够满足设计要求的施工技术参数，撰写施工工法，并形成局级科技成果，在局集团内及各行业在软弱地基采用袋装砂井加固处理方面进行推广或借鉴。

参考文献

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