袋装砂井在沿海高速公路软基处理中的应用研究.pdf

第41卷第9 期2023年9 月文章编号：10 0 9-7 7 6 7(2 0 2 3)0 9-0 156-0 7Vol.41,No.9Journal of Municipal TechnologySep.2023D0I:10.19922/j.1009-7767.2023.09.156袋装砂井在沿海高速公路软基处理中的应用研究杨晓翠(中铁十八局集团第一工程有限公司，河北涿州0 7 2 7 50)摘要：以湛江东海岛至雷州高速公路某软基路段为研究实例，对袋装砂井堆载预压法处理的3 个断面进行表面沉降、最终沉降、边桩位移和孔隙水压力研究。研究结果表明，袋装砂井在沿海高速公路软基处理中可以提高软基承载力和稳定性，减小沉降量；除K30十10 2 断面左监测点沉降量与其中、右监测点之间偏差稍大外，其余2 个断面各个监测点之间沉降量偏差很小，且随着荷载的增加边桩的沉降逐渐增大，在停止加载后，沉降增加缓慢，恒载18 0 d后沉降趋于稳定；在深度为0.5m处的水平位移最大，并随着深度的增加，水平位移逐渐减小；越接近排水面孔隙水压力变化越快，越远离排水面则越缓慢。通过监测数据分析可知，袋装砂井在沿海高速公路软基处理中起到了显著的效果，但随着时间的推移，仍需要定期监测和维护，以确保袋装砂井的有效性。关键词：高速公路；软基；袋装砂井；沉降；监测中图分类号：U416.1；T U 447Application Study of Bagged Sand Well in Soft Foundation Treatment of(China Railway 18th Bureau Group First Engineering Co.,Ltd.,Zhuozhou 072750,China)Abstract:Taking a soft foundation section of the expressway from Donghai Island to Leizhou in Zhanjiang as an ex-ample,surface settlement,final settlement,displacement of side piles and pore water pressure of three sectionstreated by bagged sand well preloading method were studied.The study shows that bagged sand well can improve thebearing capacity and stability of soft foundation and reduce the settlement in the soft foundation treatment of coastalexpressway;Except the settlement of the left monitoring point of K30+102 section has a large deviation from that ofthe middle and right monitoring points,the settlement deviation of the other two monitoring points are very small.With the increase of load,the settlement of side pile gradually increase.After the loading stopping,the settlementincreases slowly and tends to be stable after 180 days of dead load;The maximum horizontal displacement appearsat the depth of 0.5 m,which decreases gradually with the increase of depth.The closer to the drainage surface is,thefaster the pore water pressure changes.The farther away from the drainage surface is,the slower it changes.Throughmonitoring data analysis,bagged sand well plays a significant role in the soft foundation treatment of coastal high-way.The regular monitoring and maintenance will still be required to ensure the effectiveness of bagged sand wellswith times.Key words:expressway;soft foundation;bagged sand well;settlement;monitor文献标志码：ACoastal HighwayYang Xiaocui我国沿海地区软土地基分布广泛 1,因其具有含水率高、透水性差、压缩性高、抗剪强度低、灵敏度收稿日期：2 0 2 3-0 4-0 6作者简介：杨晓翠，女，助理工程师，主要从事公路与工程施工技术与管理工作。引文格式：杨晓翠.袋装砂井在沿海高速公路软基处理中的应用研究 J.市政技术，2 0 2 3,41(9)：156-16 2.（YANGXC.Applicationstudyofbagged sand well in soft foundation treatment of coastal highway JJ.Journal of municipal technology,2023,41(9):156-162.)高等五大特点 2 ,在荷载作用下土体常发生沉降变形和剪切破坏,严重影响了施工进度和危害工程的使用第9 期性能,因此科学合理地改善软土工程性质具有理论和现实意义。在改善软土地基措施中，设置袋装砂井作为竖向排水体可有效增加土层的排水途径,缩短排水距离,加速地基固结，且具有适用范围广、工艺便捷、性价比高等优点 3-4,目前在公路软土地基处理中得到了广泛应用 5。但由于设计情况与真实的施工现场情况不完全相同，因此真实沉降值与设计估算沉降值之间也存在一定的误差 6 。由此,笔者以湛江东海岛至雷州高速公路某软基路段为研究实例，对袋装砂井堆载预压法处理软基的3 个断面进行研究，以便为沿海地区高速公路软基处理的设计和施工提供参考。1工程概况与地质情况湛江东海岛至雷州高速公路某软基路段起于雷州市沈塘镇以南，起点里程桩号为K30+000,终点里程桩号为K36+458.638（含终点奋勇枢纽公交），路线长6.459 km。该路段为双向4车道高速公路，设起桩号K30+026K30+179K30+202K30+433K30+458K30+6502袋装砂井设计参数该项目袋装砂井设计直径为7 cm，按等边三角形布置，桩间距为1.4m。袋装砂井采用聚丙烯编织布,有效孔径 0.0 8 m,砂井与砂垫层采用风干的中横断面图1:200一般软土路基浸水软土路基B/2B/2%i%30cm厚黏性土路面结构层011cmPVC管1:1.55m,长10 0 cm10030cm30cm反滤层反滤土工布包裹碎石杨晓翠：袋装砂井在沿海高速公路软基处理中的应用研究0.1表2 软基处理主要分布与说明Tab.2 Main distribution and description of soft base treatment处理措施袋装砂井堆载预压袋装砂井堆载预压袋装砂井堆载预压2%砂垫层157计时速为10 0 km/h。该路段区域内沿线无不良地质，特殊岩土主要为软土。该路段地质资料显示，软土主要为软一流塑状淤泥质黏土或淤泥，呈点状或带状零星分布于台间洼地。软土性质差，对路基的稳定性影响大。设计更改后该路段软土路基用袋装砂井共处置6 50 m；填土高度不超过8 m；软基底部埋深普遍超过3 m的一般软基路段和适宜该工法的桥头、涵洞路段均采用袋装砂井堆载预压处理（堆载预压均为等载预压）。由于涵洞、通道和桥头段路基除对稳定性有要求外，对路基沉降要求也较高，因此设计采用素混凝土桩复合地基进行加固或者全部换填处理，具体控制指标见表1、2。表1路面设计使用年限内容许工后沉降值Tab.1 The settlement value after construction within thepavement design service life项目桥台与路堤相邻处涵洞、通道一般路段容许工后沉降/m0.2处理长度/m平均处理深度/m153.042.1231.042.2192.043.9粗砂。袋装砂井砂垫层厚度为0.6 m，选用含泥量不大于3%的洁净中粗砂，施工时做好临时排水。为确保砂垫层压实质量，碾压时应适当洒水、分层压实，压实厚度宜为2 53 0 cm。袋装砂井排水固结法处理设计断面图见图1,袋装砂井处理平面布置图见图2。1:1.5填土土工格栅2%0.3平均长度/m碎石反滤层/m7.017.07.023.55.521.330cm30cm30cm反滤层反滤土工布包裹碎石30cm厚黏性土011cmPVC管5m,长10 0 cm护坡常水位11001:1.75般填料土工格栅/m15 6092374920 46507cm袋装砂井图1袋装砂井排水固结法处理设计断面图（cm)Fig.1 Design section diagram of bagged sand well by drainage and consolidation method路基中心线07cm袋装砂井市放技术158Journal of Municipal Technology平面图一般软土路基浸水软土路基07cm袋装砂井图2 袋装砂井处理平面布置图（cm）Fig.2 Layout of bagged sand well treatment3车软基监测方案对软基实施监测可以了解整个软基加固过程中沉降变形、排水固结的发展过程，从而起到控制施工速率、保证地基稳定的作用，且对评价加固效果、总结工程经验提供有效资料。因此根据该工程场地特点和相关工程经验，在勘察与设计资料分析基础上，选取了K30+102、K 3 0+3 17、K 3 0+554为监测断面，主要监测项目有表面沉降和边桩位移。3.1表面沉降监测为了解软基处理过程中地基土的沉降情况，按Tab.3 Technical indicators and observation requirements of level III and IV水准测量高差闭合差的限差/mm仪器等级附合、闭合线路往、返测之差S3三等S05.S1DS3四等S05,S1注：表中L、k 均为路线长度，km。根据工程需要分阶段提供地基的最终沉降量、残余沉降量。最终沉降量、残余沉降量采用三点法进行计算。计算公式如下：S.=Ss(S2-S1)-S2(S-S2)/(S2-Si)-(S3-S2);U,=S,/S;S条=SoSt。式中：Si、S 2、S，为相同时间间隔下的沉降量；S为最终沉降量；S,为t时间下的沉降量；S条为本级荷载下的残余沉降量。3.2边桩位移观测边桩位移主要观测堆载时的边坡位置表层土的水平位移和隆起情况，以确定表层地基的稳定状第41卷照设计要求在软基处理区内均匀布置地表沉降板(在路堤的左、中、右各埋设1个)进行沉降观测。沉降板主要由底板、测杆、塑料套管组成。底板采用500mmx500mmx6mm的钢板；测杆选用0 4cm的金属管；测杆与底板之间采用双面侧焊连接方式；每根测杆长50 cm，采用管箍连接；塑料套管可选用010cmPVC管材。地表沉降板布置见图3。塑料套管金属测杆焊接8090钢板图3 地表沉降板布置图（cm)Fig.3 Layout of land surface settlement沉降观测采用 S1、S 3 型水准仪,主要技术指标与观测要求见表3。表3 三、四等水准测量的技术指标与观测要求视线长度/前后视距前后视距离黑红面读黑红面所测视线高度m7512VL12Vk20VL20Vk离差/m三丝能读数2100100150累积差/m三丝能读数3态。边桩采用10 cmx10cm钢筋混凝土预制方桩,混凝土强度等级不小于C25,长度应不小于1.5m；按设计要求埋设在路堤两侧趾部,其中1根位于坡脚处，另1根位于排水沟外侧。施工期间定期联测以检验其稳定性，保证在施工期间能够正常使用。3.3孔隙水压力监测在3 处监测断面路中沿地基不同深度埋设3 个孔隙水压力计，位置分别位于地面以下3、6、9 m处，监测频率为1次/4d(堆载期)和1次/6 d(恒载期)。通过设置监测孔，将振弦式孔隙水压力计布设于监测孔内，并连接频率测度仪，用于获得孔隙水压力值。数差/mm2103高差/mm35第9 期4监测结果与分析4.1表观沉降K30+102断面沉降时程见图4。0300-50-100-150-200-250-300-350-400Fig.4 Settlement time history of K30+102 section由图4可以看出，恒载18 0 d后沉降量趋于稳定，最大沉降量为3 6 0 mm，处于左监测点；最小沉降量为2 58 mm，处于右监测点；平均沉降量为3 2 4mm。K30+317断面沉降时程见图5。0300-50-100-150-200-250-300-350-400Fig.5 Settlement time history of K30+317 section由图5可以看出，恒载18 0 d后沉降量趋于稳定，最大沉降量为2 7 0 mm，处于左监测点；最小沉降量为2 40 mm，处于中监测点；平均沉降量为2 54mm。K30+554断面沉降时程见图6。由图6 可以看出，恒载18 0 d后沉降量趋于稳定，最大沉降量为2 8 1mm，处于左监测点；最小沉降量为2 2 0 mm，处于右监测点；平均沉降量为2 59 mm。除K30+102断面左监测点沉降量与其中、右监测点之间有较大偏差外，K30+317断面和K30+554断面各个监测点之间沉降量偏差较小，说明该施工工艺具有较好的普适性。值得注意的是K30+102、K30+317、K 3 0+554断面的最大沉降量均出现在左杨晓翠：袋装砂井在沿海高速公路软基处理中的应用研究600-50-100-150时间/d-2006090图4K30+102断面沉降时程图时间/d6090图5K30+317断面沉降时程图159时间/03012015012015090180210+左一中右180210一左一中右120-250-300-350-400Fig.6 Settlement time history of K30+554 section监测点，因此在后续施工中，应对道路左侧给予重点关注。4.2边桩位移在回填时,采用分层回填法，每次回填40 cm厚，填筑完1层待沉降读数稳定后再填筑下一层，每5d观察1次沉降量，一直观测18 0 d。填土高度对各断面边桩沉降影响曲线见图7。由图7 可以看出，随着荷载的增加边桩的沉降量逐渐增大，在停止加载后，沉降量增加得缓慢，恒载180d后沉降量趋于稳定。K30+102断面边桩的累计最大沉降量为2 7 6.3 mm,边桩左右监测点的沉降量差异为2 4.7 mm。K 3 0+3 17 断面边桩沉降量的变化规律与K30+102断面基本一致,且边桩左右监测点的沉降量差异很小，累计最大沉降量为2 3 7.6 mm。K 3 0+554断面边桩的累计最大沉降量为2 15.9 4mm，边桩左右监测点的沉降量差异为2 8.7 mm。桩体的水平位移通常用于衡量地基的稳定性和土壤的承载力。具体来说，当桩体水平位移较小时，说明地基的稳定性较高，土体的抗剪强度也较高；当桩体水平位移较大时,则说明地基的稳定性较差，土体的抗剪强度也较低。此外，桩体水平位移还可以用于评估土体的变形性质和刚度。如果桩体的水平位移发生了变化，那么可能意味着土体的刚度或变形性质发生了变化。通过监测桩体水平位移的变化，可以及时发现土体的变形或变化，从而及时采取相应的措施来保证结构的安全和稳定。各断面边桩不同深度处的水平位移曲线见图8。由图8 可以看出,K30+102断面的边桩在0.5m深度处的水平位移最小值为4.8 mm，水平位移最大值为7 2.6 mm;K30+317断面的边桩在0.5m深度处的水平位移最小值为2.1mm,水平位移最大值为53.8 mm；150图6 K30+554断面沉降时程图180+左210市放技术160Journal of Municipal Technology2001000100200300200u/干斯1000wu/鲁s2-+1潘100200300L2001000100200300L图7填土高度对各断面边桩沉降影响曲线图Fig.7 Influence curves of filling height on the settlement of sidepiles in each sectionK30+554断面的边桩在0.5m深度处的水平位移最小值为4.2 mm，水平位移最大值为59.6 mm。随着填土高度的增加水平位移值逐渐增大，在9 0 d的时候，水平位移值增加得最快。在填土完成后，随着时间的变化，各深度处的水平位移值增加得越来越小，慢慢趋于稳定。4.3孔隙水压力堆载预压过程中检测到各断面不同深度孔隙水压力变化曲线见图9。第41卷水平位移值/mm10200时间/d120406080100120140160180左右a)K30+102断面时间/d20406080100 120140160180左右b)K30+317断面时间/d406080100 12014016020180左右c)K30+554断面302345601234560234567图8 各断面边桩不同深度处的水平位移曲线图Fig.8 Horizontal displacement curves diagram at different depthsof side piles in each section由图9 可以看出,每一堆载预压周期中,3 个断面不同深度的孔隙水压力值均处于先增加后降低、再增加又降低的循环过程中，表明附加总应力在不断地向有效应力转化；随着固结时间的增加，孔隙水压力开始迅速降低,3 个断面均表现为深度3 m处的孔隙水压力变化最明显，说明越接近排水面孔隙水压力变化越快，越远离排水面则越缓慢。40a)K30+102断面水平位移值/mm1020b)K30+317断面水平位移值/mm1020c)K30+554断面5030403040601d30d60d90d120d180d50601d30d60d90d120d180d50601d30d60d90d120d180d707070808080第9 期502010010203040506070801009050d/薄403020100102030405038289010050201001020304050382889100图9 各断面不同深度孔隙水压力变化曲线图Fig.9 Changing curves of pore water pressure at different depthsin each section5最终沉降量预测与工后沉降推算通过获得的相关沉降观测资料，使用不同的方法可以计算工后的道路沉降量，从而验证实际施工是否满足设计要求，并获得合理的铺筑施工时间，如：1)K30+102断面使用双曲线法推算得出的最大工后沉降量为9 mm,平均工后沉降量为6 mm见表4);使用三点法推算得出的最大工后沉降量为8 3 mm，平均工后沉降量为56.7 mm（见表5）。2 种方法推算结果均满足设计要求。杨晓翠：袋装砂井在沿海高速公路软基处理中的应用研究时间/d3060a)K30+102断面时间/d6090b)K30+317断面时间/d6090c)K30+554断面161表4K30+102断面双曲线法推算结果Tab.4 Calculation results of K30+102 section by hyperbolicmethodmm90120120120150埋深3 m.埋深6 m埋深9 m150180.埋深3 m.埋深6 m埋深9 m150180埋深3 m埋深6 m埋深9 m180监测点预测最终沉降量左366中362右261表5K30+102断面三点法推算结果Tab.5 Calculation results of K30+102 section by three-pointmethodmm监测点预测最终沉降量左443中436右2622)K30+317断面使用双曲线法推算得出的最大工后沉降量为3 8 mm，平均工后沉降量为2 6.7 mm（见表6)；使用三点法推算得出的最大工后沉降量为82mm，平均工后沉降量为3 1.7 mm（见表7）。2 种方法推算结果均满足设计要求。表6 K30+317断面双曲线法推算结果Tab.6 Calculation results of K30+317 section by hyperbolicmethodmm监测点预测最终沉降量左308中260右275表7 K30+317断面三点法推算结果Tab.7 Calculation results of K30+317 section by three-pointmethodmm监测点预测最终沉降量累计沉降量推算工后沉降量左352中246右2613)K30+554断面使用双曲线法推算得出的最大工后沉降量为2 9 mm，平均工后沉降量为14.7 mm（见表8；使用三点法推算得出的最大工后沉降量为37mm,平均工后沉降量为13.0 mm见表9)。2 种方法推算结果均满足设计要求。通过双曲线法和三点法推算工后沉降量发现，袋装砂井处理的3 个断面工后沉降量均满足设计要求，说明袋装砂井在沿海高速公路软基处理中是一种有效的方法，且具有较好的普适性。累计沉降量推算工后沉降量360635392583累计沉降量推算工后沉降量36083353832584累计沉降量推算工后沉降量2703824020253222708224062538市放技术162Journal of Municipal Technology表8 K30+554断面双曲线法推算结果Tab.8 Calculation results of K30+554 section by hyperbolicmethodmm监测点预测最终沉降量左290中304右226表9 K30+554断面三点法推算结果Tab.9 Calculation results of K30+554 section by three-pointmethodmm监测点预测最终沉降量累计沉降量推算工后沉降量左280中312右2236结论1)袋装砂井在沿海高速公路软基处理中是一种有效的方法,除K30+102断面左监测点沉降量与其中、右监测点之间有较大偏差外,K30+317断面和K30+554断面各个监测点之间沉降量偏差较小，说明该施工方案具有较好的普适性。2)随着荷载的增加边桩的沉降量逐渐增大，在停止加载后，沉降量增速减缓，恒载18 0 d后沉降量趋于稳定。在深度为0.5m处的水平位移值最大，并随着深度的增加，水平位移值逐渐减小。3)通过对沉降监测数据的分析，可以发现袋装砂井在沿海高速公路软基处理中效果显著，沉降量明显降低，路面平稳度得到了改善；但是仍需要定期监测和维护，以确保袋装砂井的有效性。4)每一堆载预压周期中，不同深度的孔隙水压力值均处于先增加后降低、再增加又降低的循环过(上接第155 页）网规划实现因素后，构建了评价指标体系；采用组合赋权法确定指标权重，开展了公路网现状评价研究。该研究结果的使用有效提高了公路网现状评价的效率和准确性，为公路网现状评价提供了一种新思路，并以北京市房山区为例，采用2 0 15年、2 0 2 0 年的公路网数据，对房山区公路网现状进行了横、纵向分析。通过分析可以看出，房山区的公路网建设进步明显，但仍有提升的空间。房山区公路网较为发达，已初具规模，其后续的发展方向为：进一步完善公第41卷程中。随着固结时间的增加,孔隙水压力开始迅速降低。越接近排水面孔隙水压力变化越快，越远离排水面则越缓慢。孔隙水压力监测值很好地反映了软基累计沉降量推算工后沉降量2819275292206281-1275372203强度增长情况，为进一步施工提供了重要参考。参考文献1陈兆钰，郭磊.不同含水率下滨海地区软土地基袋装砂井室内模型试验 J.江西建材，2 0 2 1(1)：46-47,50.（CHENZY,GUOL.Model test of bag sand-well on soft soil foundation in coastalarea under different water contentJJ.Jiangxi building materials,2021(1):46-47,50.)【2 孙惠均.袋装砂井法在黄南排干大桥地基处理中的应用 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