袋装砂井法在桥梁工程软土地基处理中的应用

来源:   2018-01-04 16:34:08

摘要:袋装砂井是一种常用的软土地基处理方法。分析了软土地基的工程特性和袋装砂井的优点,阐述了砂井选用和布置要点,概述了袋装砂井的施工工艺。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

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。

1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4.5MPa-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~ix10-8cm/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。

2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。

2.1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。

2.2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。

2.3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。

3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。

3.1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。

3.2质量控制

2(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%。

3.3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。

4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。

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