基于砂井处理方法的高速公路软土路基变形规律探究.pdf

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1、基于砂井处理方法的高速公路软土路基变形规律探究 摘要：由于软土路基变形机理的复杂性及其影响因素的多样性，软土路基变形控制研究一直是高速公路建立中的一个重要课题。采用理论分析、现场试验和数值模拟相结合的方法，对高速公路软土路基的变形规律进展了研究，以目的绕城高速公路K29+000 砂井处理试验段为依托，对砂井处理软土路基的工程效果进展了初步研究。结果说明，砂井可以加快路基排水、加速路基固结，使路基土的变形模量得到进步，加固效果较好，是一种合适深沉软土路基处理的方法。关键词：砂井；软土路基；变形；现场监测；高速公路1 基于砂井处理方法的路基变形规律现场监测软土路基处理的方法有很多种，进展软土路基处

2、理的目的是进步路基土的抗剪强度和压缩模量，满足沉降和稳定要求，使得路基在上部荷载作用下保持足够的稳定。在现场对各种处理方法的适用性进展比照研究，分析软土路基的变形规律是一个重要且有价值的手段。目的绕城高速公路北线工程，进展了包括浅层排水固结法、塑料排水板、砂井及粉喷水泥搅拌桩四类处理方法的路基处理效果方面的现场监测研究工作。本文研究砂井处理软土路基的方法及处理效果。1.1 砂井路基处理方法1砂井路基。如图1 所示砂井路基是在路基中设置砂井竖向排水体，然后利用路堤本身重量逐渐加载；或在建筑物构筑物建造之前，在场地先行加载预压，使土中的孔隙水排出，逐渐固结，路基发生沉降，同时强度逐渐进步。该方法常

3、用于解决软粘土路基的沉降和稳定问题，可使路基的沉降在加载预压期间根本完成或大局部完成，使公路在使用期间不至于产生过大的沉降和沉降差，同时可增加路基土的抗剪强度，从而进步路基的承载力和稳定性。当软土层较薄或土的浸透性较好而施工期允许较长时，仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土中的水沿竖向流入砂垫层而排出。当工程上遇到透水性很差的深沉软土层时才需要在地基中设置砂井竖向排水体，地面连以排水砂层，构成完好的排水系统。2砂井施工工艺。砂井成孔的典型方法有套管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法。套管法。该法是将活瓣管尖套有端靴的套管沉到预定深度，然后在管内灌砂、拔出套管形成砂井。根据沉管工艺的不同，又

4、分为静压沉管法、锤击沉管法、锤击静压结合沉管法和振动沉管法。采用静压、锤击结合沉管法施工，往往在提管时由于砂的拱作用及管壁的摩阻力会将管内砂带上来，使砂井夹泥或缩颈，这就会影响砂井的排水效果。为了不使套管内的砂带上来，保证砂井的连续性，一般辅以气压的施工工艺。采用振动沉管法，是以振动锤为动力，将套管沉到预定深度，灌砂后振动，提管形成砂井。采用该法施工不仅防止了管内砂随管带上，保证了砂井的连续性，同时砂受到振密，砂井质量较好。射水法。射水法是指利用高压水通过射水管形成高速水流的冲击和环刀的机械切削，使土体破坏，并形成一定直径和深度的砂井孔，然后灌砂而成砂井。射水成孔工艺对土质较好且均匀的粘性土路

5、基是较适用，但对土质很软的淤泥因成孔和灌砂过程中容易缩孔，很难保证砂井的直径和连续性，对夹有粉砂薄层的软土路基，假设压力控制不严，易在冲水成孔时出现串孔，对路基扰动较大。射水法成井的设备比拟简单，对土的扰动较小，但在泥浆排放，塌孔，缩颈，串孔和灌砂等方面都还存在一定的问题。螺旋钻成孔法。该法以动力螺旋钻钻孔，属于干钻法施工，提钻后孔内灌砂成井。此法适用于陆上工程，砂井长度在 19 以内，土质较好，不会出现缩颈和塌孔现象的软土路基。此法在美国应用较广泛，该工艺所用设备简单而机动，成孔比拟规整，但灌砂质量较难掌握，对很软弱的路基也不太适用。爆破法。此法是先用直径 73 的螺纹钻钻成一个砂井所要求设

6、计深度的孔，在孔中放置由传爆线和炸药组成的条形药包，爆破后将孔扩大，然后往孔内灌砂形成砂井。这种方法施工简易且不需要复杂的工具。1.2 工程实例目的绕城高速公路全长29.297 公里，其中 K8617.57 至 K26000 段为六车道路段，K26000 至终点 K37877.28 段四段四车道路段。线路所处地段很大一局部为软土路基，厚达 2030。该段软土天然含水率高、强度低、压缩性高、透水性差，且具有单层和双层两种典型构造。为研究不同工程措施处理软土路基的效果及变形规律，并指导工程的大规模施工，指挥部选取了具有代表性的第八合同段K26000K29400作为试验路段，进展包括浅层排水固结法、

7、塑料排水板、砂井及粉喷水泥搅拌桩复合地基四类处理方法的各种参数共 7 种方案路基处理效果方面的研究工作。软土路基变形规律试验研究内容包括现场地质补充勘探、原位试验、室内土工试验、软土路基变形监测和路堤施工期间稳定性控制及工后沉降的数值分析等。试验段现场试验工作从 2022 年 3 月开场，至 2022 年 5 月根本完成现场地质补充勘探、原位试验及监测仪器的埋设工作；监测工作亦于 2022 年 5 月开场进展，至 2022 年 3 月完毕。1.3K29000 试验段采用的处理方法 K29000 试验段处于桥头所在地，对工后沉降要求很高，断面表层存在 68 软土，中间夹 68 可塑状粉质粘土层，

8、下伏基岩。由于第二层软土深沉，采用塑料排水板处理时难以穿透中间的夹层，假设不处理第二层软土，那么路基的工后沉降难以满足要求，由于砂井的排水作用能加速软粘土的固结和强度增长，用砂井结合超载预压处理软粘土路基己成为国内外岩土工程中广泛应用、行之有效的路基加固方法。鉴于此原因，本断面采用直径 327、间距 2.7、深 21.0 的砂井，呈三角形布置，砂井成孔的方法采用套管振动法施工，使砂井可以穿透第二层夹层土，有助于加速路基固结，减少工后沉降。2 砂井处理方法效果评价 2.1 监测工程及监测点布置为了对路堤填筑及预压过程中软土路基的稳定和变形进展现场监测，讨论砂井路基处理方案的软土路基变形规律及其变

9、形分析方法，研究砂井路基加固处理的有效性，以及在铺筑路面和通车后，对试验段路基变形情况进展跟踪监测，在控制断面上分别埋设了：测斜管，进展道肩及坡脚的程度位移测量；分层沉降环，掌握路基各土层的沉降规律；沉降板及位移边桩，用以监测原路基外表的变形；孔隙水压力计，测试路基中的孔隙水压力，评价软土路基处理的排水固结效果。图 2 是 K29000 断面地质剖面及监测点布置示意图。图中 F6-1F6-9 是分层沉降环，测量路基各土层的沉降量：S6-1 和 S6-2 是沉降板，用以监测路基坡脚和道肩的竖向变形；6-2 和 6-3 是测斜管，进展道肩及坡脚的程度位移测量；K6-1K6-8 是孔压计，用以测量路基中的孔隙水压力。由于 K29000 试验断面的路堤荷载是对称的，所以，监测仪器根本上只埋置在路堤一侧。断面监测点的埋设工作于 2022 年 4 月 3 日开场，2022 年 7 月 15 日埋设完毕，路堤填土期间每三天监测一次，填土间歇期每周监测，预压期间每月监测一次。所选试验断面的土层有以下特点：试验断面所处路段皆具有两层软土的典型构造；在 2.0 的硬壳层下为第一层呈软塑状的灰色淤泥质粘土，此层软土厚度大约为1.9；第二层软土大约位于地外表以下 11.45，厚度约为 49，为灰色淤泥质粘土，特别之处在于，此层软土含有大量贝壳等有机质杂质；