浅析袋装砂井排水法在软土路基中的应用工学论文
摘要：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(如塑料排水板等)。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(如施工工艺还不够完善、质量难于控制等问题)，因此袋装砂井在处理软土路基上还是很受欢迎的。本文针对这种方法的理论基础、特性及施工工艺进行了简要的论述。
关键字：袋装砂井；软土地基；应用
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(如塑料排水板等)。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(如施工工艺还不够完善、质量难于控制等问题)，因此袋装砂井在处理软土路基上还是很受欢迎的。
一、袋装砂并排水法加固软土路基的应用原理分析
1、软土的定义及其物理力学指标
软土是指近代水下沉积的饱和粘性土，具有含水量大、渗透性弱、天然强度低、压缩性高等特性。其物理力学指标为：天然含水量：wn≥wl；天然孔隙比： e0>1.0；压缩模量：Es<4 000kPa；渗透系数：k<1×10-6cm／s；不排水抗剪强度： Cu<30kPa。软土路基处理就是控制这些物理力学指标，使之达到规范要求，袋装砂井等排水固结法正好能解决这些问题。
2、袋装砂井的作用
根椐固结理论，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。为了加述地基的固结，最有效的方法就是增加土层的排水途径。袋装砂井就是为此目的而设置的。
3、袋装砂井排水法的加固原理
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颖粒问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。
二、袋装砂井排水法的特点及适用范围
排水固结法是处理粘土地基的有效方法之 ，它可以解决沉降与稳定问题。沉降问题即是使地基的沉降在加载预压期问大部分或基本完成，使构筑物在使用期间不产生不利的沉降或沉降差。稳定问题即加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。其特点主要表现为：
1、本工法采用袋装砂井的直径一般为7～12cm，间距为100～350cm，加固地基深度20m左右。
2、由于本工法采用的砂袋具有一定的抗拉强度和韧性，能在地基产生变形的情况下，保持砂井排水的连续与畅通，所以排水加固效果明显、可靠。
3、本工法成功地解决了施工中砂袋随套管上拔的问题，使砂井合格率达100％。
4、施工机具设备简单、轻便，振动及噪音小，施工灵活，对地基及周围建筑物扰动小。
5、成本低、效率高，以较小的投入，即可达到理想的加固效果。
本工法适用于软粘土和超软粘土地区的铁路、公路、机场、码头、工业与民用建筑物等地基加固工程，尤其适用于对周围受扰动条件限制的地基加固工程。
三、袋装砂井排水法的施工工艺
1、施工准备
本工法强调在施工前必须认真熟悉和掌握设计标准、质量要求及操作规范，仔细进行现场踏勘及地质调查取样分析，在此基础上，编制施工组织设计，合理调配施工机具及组织劳力，搞好各工种的岗前培训及认证工作，为正常的施工作好前期准备。
(1)主要机具选配
目前国内常用的袋装砂井打设机有以下几种。
①专用打设机：该机配有宽履带行走、机架、起升、振动锤、灌装砂袋等系统。机体对地压强较小，运转灵活，打设深度可达20m，每台班可打设2000延米。
②轻型柴油打设机(DD-6型)：该机构造简单，拆装方便，移位灵活，打设深度单节可达8m，按长套管可达24m，每台班可打设300～400延米。
③门式打设机：该机需铺轨行走，转向较困难，振动锤打设深度可达20m，宜用于地形平坦的`大面积区域施工。
(2)配套设备
①灌砂袋设备：除专用打设机随机配有灌砂袋系统外，采用其它打设机时，应自制灌砂袋设备，常用的有门式机械振动灌砂袋架、三角架、独角架等。
②成孔套管：所用套管应为无缝钢管，内径比砂袋稍大，内壁光洁。其长度、刚度要与设计的袋装砂井相适应。当打桩架高度不够时，套管可分节接长(可采用法兰盘连接)。
③桩尖与桩帽：桩尖多采用在导管端口设置一活瓣封门，利用套管内砂袋的压力将其顶开，随套管拔出，可多次使用；也有一次性使用的桩尖，套管到位后，桩尖不再随套管拔出。桩帽可根据套管直径与桩锤型号加工配套。桩尖与桩帽都要有一定的密封性，防止套管内进入泥浆等杂物。
(3)主要材料的选定
1、砂袋：应采用透水性、耐水性好、韧性强的麻布或聚丙乙烯编织布制作，砂袋长度应比设计井深多150～200cm。
2砂料：应选用渗水率较高的干燥粗砂，大于0.5mm粒径的应占总量的50％以上，含泥量不得超过3％。
(4)劳动力组织：袋装砂井属隐蔽工程，要求操作人员必须具有良好的施工经验与操作技能，施工中每台班劳力配置如表1：
2、工艺要求及技术措施
a、认真熟悉施工图纸，领会设计要点，编制特殊作业指导书。
b、清理场地，将路幅范围内原地面的淤泥、树根、腐植土等不适用材料全部挖除。
c、填筑土拱坡，以4％的横坡填成路拱形，并碾压密实。
d、填筑砂垫层，在路拱横坡上按设计要求和砂垫层施工要求均匀等厚的铺设砂垫层。
e、机具定位，根据设计布置的行间距采用小木桩正确定位，机具定位时要保证锤中心与地面定位在同一线上，并用经纬仪观测控制导向架的垂直度。
f、砂井灌砂不得过急，并保证砂桩的连续性，砂井内应灌中粗砂，灌砂率不得小于90％。
g、砂井顶部应铺设砂垫层，使与砂井联结，以利排水，砂井回填使用的中粗砂含泥量不大于3％。
h、拔套管时，若带出砂袋，则机具要重新定位，砂井要重新灌注。
i、桩机移位至下一桩位，同时及时清理套管带出的淤泥土，并用干净的砂砾回填留下的洞穴，确保排水畅通。
在科学技术日异发展的今天，处理软基的新方法及新工艺越来越多，但由于各种新型的排水固结法的施工工艺还不够完善，施工中存在质量控制难等一系列问题，所以袋装砂井在铁路及公路建设中被认为是一种软土路基加固的好方法。而且被广泛应用在加固软土路基中。施工中若能严格按照施工工艺与质量控制要求合理施工，选用较为适宜的打桩设各，砂井施工工效就好，经济效益也就有所提高，也易保证较好的施工质量。
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