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淺析袋裝砂井排水法在軟土路基中的應(yīng)用工學(xué)論文
摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)及新方法都應(yīng)用到處理軟土路基中(如塑料排水板等)。但是各種新技術(shù)及新方法都必須要有一個(gè)驗(yàn)證過程，其間必然會(huì)存在各種各樣的難點(diǎn)暫時(shí)無法解決(如施工工藝還不夠完善、質(zhì)量難于控制等問題)，因此袋裝砂井在處理軟土路基上還是很受歡迎的。本文針對這種方法的理論基礎(chǔ)、特性及施工工藝進(jìn)行了簡要的論述。
關(guān)鍵字：袋裝砂井；軟土地基；應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)及新方法都應(yīng)用到處理軟土路基中(如塑料排水板等)。但是各種新技術(shù)及新方法都必須要有一個(gè)驗(yàn)證過程，其間必然會(huì)存在各種各樣的難點(diǎn)暫時(shí)無法解決(如施工工藝還不夠完善、質(zhì)量難于控制等問題)，因此袋裝砂井在處理軟土路基上還是很受歡迎的。
一、袋裝砂并排水法加固軟土路基的應(yīng)用原理分析
1、軟土的定義及其物理力學(xué)指標(biāo)
軟土是指近代水下沉積的飽和粘性土，具有含水量大、滲透性弱、天然強(qiáng)度低、壓縮性高等特性。其物理力學(xué)指標(biāo)為：天然含水量：wn≥wl；天然孔隙比： e0>1.0；壓縮模量：Es<4 000kPa；滲透系數(shù)：k<1×10-6cm／s；不排水抗剪強(qiáng)度： Cu<30kPa。軟土路基處理就是控制這些物理力學(xué)指標(biāo)，使之達(dá)到規(guī)范要求，袋裝砂井等排水固結(jié)法正好能解決這些問題。
2、袋裝砂井的作用
根椐固結(jié)理論，軟粘土固結(jié)所需時(shí)間的長短與其相對排水距離的平方成正比。為了加述地基的固結(jié)，最有效的方法就是增加土層的排水途徑。袋裝砂井就是為此目的而設(shè)置的。
3、袋裝砂井排水法的加固原理
在含水量大、孔隙比大、壓縮性高、軟土深厚的軟土地基中打入砂袋作為排水通道以增加土層的排水途徑，縮短排水的距離。在上部荷載的作用下，產(chǎn)生的附加應(yīng)力使土穎粒問的孔隙水通過插在軟土層中的砂井排出地層外面以達(dá)到土顆粒間位移密實(shí)，從而大大加速了地基的固結(jié)與沉降。減少壓縮性，降低孔隙比和含水量，增加土體密實(shí)度，在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的固結(jié)度，以提高軟土路基的承載力和抗剪能力，從而保證路堤和地基的穩(wěn)定。
二、袋裝砂井排水法的特點(diǎn)及適用范圍
排水固結(jié)法是處理粘土地基的有效方法之 ，它可以解決沉降與穩(wěn)定問題。沉降問題即是使地基的沉降在加載預(yù)壓期問大部分或基本完成，使構(gòu)筑物在使用期間不產(chǎn)生不利的沉降或沉降差。穩(wěn)定問題即加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：
1、本工法采用袋裝砂井的直徑一般為7～12cm，間距為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強(qiáng)度和韌性，能在地基產(chǎn)生變形的情況下，保持砂井排水的連續(xù)與暢通，所以排水加固效果明顯、可靠。
3、本工法成功地解決了施工中砂袋隨套管上拔的問題，使砂井合格率達(dá)100％。
4、施工機(jī)具設(shè)備簡單、輕便，振動(dòng)及噪音小，施工靈活，對地基及周圍建筑物擾動(dòng)小。
5、成本低、效率高，以較小的投入，即可達(dá)到理想的加固效果。
本工法適用于軟粘土和超軟粘土地區(qū)的鐵路、公路、機(jī)場、碼頭、工業(yè)與民用建筑物等地基加固工程，尤其適用于對周圍受擾動(dòng)條件限制的地基加固工程。
三、袋裝砂井排水法的施工工藝
1、施工準(zhǔn)備
本工法強(qiáng)調(diào)在施工前必須認(rèn)真熟悉和掌握設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量要求及操作規(guī)范，仔細(xì)進(jìn)行現(xiàn)場踏勘及地質(zhì)調(diào)查取樣分析，在此基礎(chǔ)上，編制施工組織設(shè)計(jì)，合理調(diào)配施工機(jī)具及組織勞力，搞好各工種的崗前培訓(xùn)及認(rèn)證工作，為正常的施工作好前期準(zhǔn)備。
(1)主要機(jī)具選配
目前國內(nèi)常用的袋裝砂井打設(shè)機(jī)有以下幾種。
①專用打設(shè)機(jī)：該機(jī)配有寬履帶行走、機(jī)架、起升、振動(dòng)錘、灌裝砂袋等系統(tǒng)。機(jī)體對地壓強(qiáng)較小，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，打設(shè)深度可達(dá)20m，每臺班可打設(shè)2000延米。
�、谳p型柴油打設(shè)機(jī)(DD-6型)：該機(jī)構(gòu)造簡單，拆裝方便，移位靈活，打設(shè)深度單節(jié)可達(dá)8m，按長套管可達(dá)24m，每臺班可打設(shè)300～400延米。
�、坶T式打設(shè)機(jī)：該機(jī)需鋪軌行走，轉(zhuǎn)向較困難，振動(dòng)錘打設(shè)深度可達(dá)20m，宜用于地形平坦的大面積區(qū)域施工。
(2)配套設(shè)備
①灌砂袋設(shè)備：除專用打設(shè)機(jī)隨機(jī)配有灌砂袋系統(tǒng)外，采用其它打設(shè)機(jī)時(shí)，應(yīng)自制灌砂袋設(shè)備，常用的有門式機(jī)械振動(dòng)灌砂袋架、三角架、獨(dú)角架等。
②成孔套管：所用套管應(yīng)為無縫鋼管，內(nèi)徑比砂袋稍大，內(nèi)壁光潔。其長度、剛度要與設(shè)計(jì)的袋裝砂井相適應(yīng)。當(dāng)打樁架高度不夠時(shí)，套管可分節(jié)接長(可采用法蘭盤連接)。
�、蹣都馀c樁帽：樁尖多采用在導(dǎo)管端口設(shè)置一活瓣封門，利用套管內(nèi)砂袋的壓力將其頂開，隨套管拔出，可多次使用；也有一次性使用的樁尖，套管到位后，樁尖不再隨套管拔出。樁帽可根據(jù)套管直徑與樁錘型號加工配套。樁尖與樁帽都要有一定的密封性，防止套管內(nèi)進(jìn)入泥漿等雜物。
(3)主要材料的選定
1、砂袋：應(yīng)采用透水性、耐水性好、韌性強(qiáng)的麻布或聚丙乙烯編織布制作，砂袋長度應(yīng)比設(shè)計(jì)井深多150～200cm。
2砂料：應(yīng)選用滲水率較高的干燥粗砂，大于0.5mm粒徑的應(yīng)占總量的50％以上，含泥量不得超過3％。
(4)勞動(dòng)力組織：袋裝砂井屬隱蔽工程，要求操作人員必須具有良好的施工經(jīng)驗(yàn)與操作技能，施工中每臺班勞力配置如表1：
2、工藝要求及技術(shù)措施
a、認(rèn)真熟悉施工圖紙，領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，編制特殊作業(yè)指導(dǎo)書。
b、清理場地，將路幅范圍內(nèi)原地面的淤泥、樹根、腐植土等不適用材料全部挖除。
c、填筑土拱坡，以4％的橫坡填成路拱形，并碾壓密實(shí)。
d、填筑砂墊層，在路拱橫坡上按設(shè)計(jì)要求和砂墊層施工要求均勻等厚的鋪設(shè)砂墊層。
e、機(jī)具定位，根據(jù)設(shè)計(jì)布置的行間距采用小木樁正確定位，機(jī)具定位時(shí)要保證錘中心與地面定位在同一線上，并用經(jīng)緯儀觀測控制導(dǎo)向架的垂直度。
f、砂井灌砂不得過急，并保證砂樁的連續(xù)性，砂井內(nèi)應(yīng)灌中粗砂，灌砂率不得小于90％。
g、砂井頂部應(yīng)鋪設(shè)砂墊層，使與砂井聯(lián)結(jié)，以利排水，砂井回填使用的中粗砂含泥量不大于3％。
h、拔套管時(shí)，若帶出砂袋，則機(jī)具要重新定位，砂井要重新灌注。
i、樁機(jī)移位至下一樁位，同時(shí)及時(shí)清理套管帶出的淤泥土，并用干凈的砂礫回填留下的洞穴，確保排水暢通。
在科學(xué)技術(shù)日異發(fā)展的今天，處理軟基的新方法及新工藝越來越多，但由于各種新型的排水固結(jié)法的施工工藝還不夠完善，施工中存在質(zhì)量控制難等一系列問題，所以袋裝砂井在鐵路及公路建設(shè)中被認(rèn)為是一種軟土路基加固的好方法。而且被廣泛應(yīng)用在加固軟土路基中。施工中若能嚴(yán)格按照施工工藝與質(zhì)量控制要求合理施工，選用較為適宜的打樁設(shè)各，砂井施工工效就好，經(jīng)濟(jì)效益也就有所提高，也易保證較好的施工質(zhì)量。
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