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袋装砂井施工工艺
袋装砂井是深层加固地基的排水固结法中的一种, 适用于各种软土地基的加固, 特别是适用于工期短、 受扰动条件限制的工程环境。最大处理深度为30m。袋装砂井固结地层为三维排水固结, 可缩短软土地基中孔隙水的排出距离, 减少固结时间, 提高软土地基的承载力。
1 工艺特点
( 1) 施工设备轻型, 有利于在软弱地基上施工。
( 2) 固结效果明显。
( 3) 砂柱体受袋子约束, 柱体保持较小的变化, 砂粒不易挤入孔壁, 减少用砂量。
( 4) 可加快施工速度, 降低工程造价。
2 适用范围
袋装砂井适用于各种软土地基的排水固结加固, 适用于厚度较大的饱和软土和充填土地基处理,特别适用于深层软土地基的排水固结加固。
3 工艺原理及设计要求
3.1 加固原理
利用袋装砂井排出软土地基土体中的孔隙水, 以及利用一定间距的袋装砂井来缩短软土地基中孔隙水的排水距离, 减少固结时间, 提高软土地基的承载力。
3.2 工艺设计要求
( 1) 竖向袋装砂井的直径和间距满足设计直径与间距的要求。
( 2) 竖向袋装砂井的深度符合设计要求。
( 3) 纵、 横、 竖三维袋装砂井的布置按照设计的纵横间距和深度合理布置。
( 4) 横向排水布置满足设计要求。
( 5) 砂井地基的固结度计算。
4 工艺流程
袋装砂井施工工艺及质量控制流程见图1。
5 操作要点
5.1 施工准备
( 1) 按照设计放样需要处理的软土地基位置, 清表、 平整场地, 测设具体的孔位。
( 2) 砂袋的技术指标应符合施工图要求。砂料应采用风干的中、 粗砂, 不应含草根、 垃圾等杂质, 含泥量不得大于3%。
( 3) 在路基范围内应按施工图要求填筑土拱、 碾压密实, 其上按施工图铺设沙垫层。
( 4) 编制施工工艺设计、 工序质量控制设计和作业指导书, 进行技术交底、 技术培训。
( 5) 施工前按设计先施工试验桩, 确定具体的施工参数。
5.2 施工工艺
机具就位
开始
测量放线
整理桩尖
沉入导管
不合格处理
处理井口和砂袋口
灌水、 拔导管
下砂袋
深度、 垂直度检查
砂井质量检验
结束
灌制砂袋
砂井质量检验
合格
合格
不合格
不合格
不合格
图1 袋装砂井施工工艺流程图

5.2.1 测量定位
按线路中线进行控制, 准确定出每个砂井位置, 钉设木桩( 竹片桩) 或点白灰标示。
5.2.2 机具就位
( 1) 打桩机底支垫要平衡牢固, 若采用的是轻型柴油打桩机, 则用卷扬机定位。并用经纬仪或其它观测办法控制桩锤导向架的垂直度
( 2) 定位时要保证桩锤中心与地面定位在同一点上, 以确保沉管的垂直度。
在打设导管成孔过程中, 如连续出现两根桩打入深度超过施工图要求时, 说明桩锤过重, 要更换较轻的锤。
5.2.3 整理桩尖
( 1) 桩尖有与导管相连的活瓣桩尖和分离式的混凝土预制桩尖, 在导管沉入前应安装和检查, 特别是活瓣桩尖是否能正常开合,
( 2) 要检查导管与桩尖是否密合, 清除导管内泥土, 避免导管内过多存泥, 影响砂井深度。管内加压后, 砂袋依然拔起, 则可能是活门的开启失灵, 需要拔出来排除故障。
5.2.4 沉入导管
( 1) 采用振动法或静压法将导管沉入土层。
( 2) 开始时落锤要轻缓, 防止导管突然倾斜,。
( 3) 沉入导管时应先松后振,导管压入过程中不得起管。
( 4) 导管入土深度距施工图标示深度约2m时, 要控制锤击频率, 防止超深。
5.2.5 检查砂井深度
应在导管上部做出进深标识, 砂井深度可用导管压入的长度直接控制。
5.2.6 灌制砂袋
宜使用风干砂, 避免湿砂干燥后体积减小, 造成砂井中砂柱高度不足, 或缩径、 砂体中断, 甚至与排水垫层不搭接。
5.2.7 检查砂袋质量
( 1) 灌砂应饱满, 充填要密实, 袋口应扎紧, 不得有中断、 拧结现象。
( 2) 检查砂袋是否破损、 漏砂。
( 3) 已灌制好的砂袋, 在搬运施工中不得有破损, 凡受损的砂袋应进行修补, 否则不得使用。运至工地井位盘成圈型堆放。
5.2.8 下砂袋
( 1) 要用专门的运输工具运送砂袋, 严禁在地上拖拉。
( 2) 导管入口处应装设滚轮, 避免砂袋被刮破漏砂。
( 3) 下砂袋时, 应将整根砂袋吊起, 人工配合将端部放入套管口, 拉住袋尾, 经导管入口滚轮, 平稳迅速将砂袋送入导管内, 使砂袋徐徐下放;
( 4) 必须保证砂袋到达导管底部, 如出现砂袋下不去的现象, 则检查桩尖活门和接头, 排除管内杂物, 处理好活门和接头。
5.2.9 灌水、 拔导管
( 1) 灌水是为了减小砂袋与导管壁的摩擦力, 保证顺利拔管, 不带出砂袋。
( 2) 拔管前应检查砂柱的高度, 必要时补充灌砂。
( 3) 拔管时, 应先启动微振器, 后提升导管, 做到先振后拔。
( 4) 起拔时要连续缓慢地进行, 中途不得放松吊绳, 防止因导管下坠而损坏砂袋。
( 5) 当导管拔出后, 若露出地面的长度大于理论值, 说明砂袋有随导管拔起的现象, 应进行补救处理, 并从拔管速度、 管壁及管口光滑情况等方面查找原因, 采取预防措施。
( 6) 拔管过程中, 应检查砂袋口, 若砂袋不满, 应及时向袋内补砂。
5.2.10 处理井口和砂袋头
( 1) 清除井口泥土。
( 2) 砂袋高出井口部分能够割除, 重新扎牢袋口, 砂量不足应予补充。
( 3) 露出地面的砂袋应埋入砂垫层中, 埋入长度应大于0.3m或符合施工图要求。
6 主要机具设备
中国较普遍使用的震动式导管打桩机, 仅在行进方式上有差异, 有履带臂架式、 步履导架式、
轨道门架式、 履带吊机式。其性能见表1。
表1 震动式导管打桩机性能表
机械型号
行进方式
动力
整体重
( kN)
接地面
积( m2)
接地压力
( kN/m2)
打设深度
( m)
打设效率
( m/台班)
SSD20型
履带臂架式
震动锤
345
35.0
10
20
1500
IJB—16
步履导架式
震动锤
150
3.0
50
1015
1000

轨道门架式
震动锤
180
8.0
23
1015
1000

履带吊机式
震动锤

＞100
12
1000
6.1 专用打桩机
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 延米。
6.2 轻型柴油打桩机( 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, 接长导管可达24m, 每台班可打设300～400延米。
6.3 门式打桩机( LM—19)
该机需铺轨行走, 转向困难, 振动打设深度可达20m, 宜用于地形平坦的大面积区域。
6.4 配套机具
6.4.1 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, 常见的有门式机械振动灌砂袋架、 三角架、 独角架等。
6.4.2 成孔导管
所用导入尖为无缝钢管, 内径比砂袋稍大, 直径70mm袋装砂井, 导管直径不得大于100mm。管内壁应光滑不得有毛刺。其长度、 刚度要与袋装砂井相适应。当打桩架高度不够时, 导管可分节接长。
6.4.3 桩尖与桩帽
桩尖多采用在导管端口设置活瓣封门, 利用导管内砂袋的压力将其顶开, 随导管拔出, 可多次使用; 一次性使用的桩尖, 导管到位后, 桩尖不再随导管拔出。桩帽可根据导管直径与桩锤型号加工配套。桩尖与桩帽有一定密封性, 防止导管内进入泥浆等杂物。
7 劳动力组织
袋装砂井施工的劳动定员要根据机具的台班生产能力大小确定。每个施工班组一般由6～8人组成( 见表2) 。
表2 袋装砂井施工作业劳动力组织表
序号
工种
人员
职责
1
班组长
1
由工程师兼任, 负责和组织施工全过程
2
机械操作工
2
负责机械操作、 维护等
3
制袋装砂工
2～4
负责砂袋制作
4
其它
若干
负责用电、 打设等工作
8 质量要求及质量控制措施
8.1 质量标准及要求
8.1.1 施工质量检验标准
见表3。
表3 施工质量检验标准
检验项目
质量要求
检验数量
检验方法
砂
采用天然级配的风干中、 粗砂, 其含泥量不得大于3%
同一产地、 品种、 规格且连续进场的砂料, 每3000m2为一批, 当不足3000m2时也按一批计
在料场抽样检验砂子含泥量, 进行筛分试验, 并在袋装过程中观察鉴别砂的风干程度
砂袋
孔口带出的泥土应及时清除, 并用砂回填密实, 顶部埋入砂垫层长度应符合施工图要求
同一厂家、 同一批号且连续进场的砂袋, 每100000m为一批, 当不足100000m时也按一批计。抽查砂袋的物理力学性质和缝制尺寸
拔管时应防止带起砂袋, 当带出砂袋长度大于0.5m时, 必须在旁边重新补订。查验每批产品出厂合格证、 性能报告单, 抽样检验砂袋原材料的规格、 质量、 条带拉伸强度、 渗透系数、 等效孔径
打入深度
满足施工图要求, 袋装砂井施工允许偏差应符合表2的要求
抽样检验袋装砂井总数的5%
测量套管上划出的深度控制线, 并在施工过程中观察是否达到此控制标志
砂袋灌砂
饱满、 密实。已打设的袋装砂井, 当砂袋不满时, 应及时向袋内补砂
抽样检验砂井总数的10%
观察入土袋装砂井袋头充盈状态。袋装砂井施工的允许偏差、 检验数量及检验方法应符合表3规定
钢套管
内径宜略大于砂井直径, 以减少施工过程中对地基土的扰动。套管上应划出控制高程的刻划线, 以保证砂井打入长度符合施工图要求
抽样检验砂井总数的10%
当拔套管将砂袋带出长度大于0.5m时, 必须重新补打
8.1.2 袋装砂井施工允许偏差
见表4。
见表4 袋装砂井施工允许偏差
序号
项目
允许偏差
1
井位( 纵横向)
50mm
2
井深
符合施工图要求
3
井身垂直度
1.5%
4
砂袋直径
±5mm
5
砂袋埋入砂垫层长度
±100mm, －0
8.1.3 袋装砂井施工的允许偏差、 检验数量及检验方法
见表5。
表5 检验数量及检验方法
序号
检验项目
允许偏差
检验数量
检查方法
1
井位( 纵横向)
50mm
按砂井总数的5%抽样检验
尺量
2
井径
±10mm, －0
按砂井总数的5%抽样检验
尺量
3
砂袋直径
±5mm
按砂井总数的5%抽样检验
尺量
4
砂袋埋入砂垫层长度
±100mm, －0
按砂井总数的5%抽样检验
尺量
8.2 质量控制要点
( 1) 在机具就位时, 打桩机底支垫要平衡牢固, 要确保桩锤导向架的垂直度。
( 2) 在打设导管成孔过程中, 如连续出现两根桩打入深度超过施工图要求时, 说明桩锤过重, 要更换较轻的锤。
( 3) 沉入导管时应先松后振, 导管压入过程中不得起管。
( 4) 导管入土深度距施工图标示深度约2m时, 要控制锤击频率, 防止超深。
( 5) 砂袋灌砂应饱满, 充填要密实, 袋口应扎紧, 不得有中断、 拧结现象。
( 6) 下砂袋时, 必须确保砂袋到达导管底部, 如出现砂袋下不去的现象, 则检查桩尖活门和接头, 排除管内杂物, 处理好活门和接头。
( 7) 拔管过程中, 应检查砂袋口, 若砂袋不满, 应及时向袋内补砂。
( 8) 拔管前应检查砂柱的高度, 必要时补充灌砂。
( 9) 处理井口和砂袋头时, 露出地面的砂袋应埋入砂垫层中, 埋入长度应大于0.3m或符合施工图要求。
9 安全及环境措施
( 1) 施工机械使用、 检修保养、 钢丝绳使用、 起重吊装作业、 施工用电、 特殊环境中作业、 既有线施工等应严格执行《铁路工程施工安全技术规程》。
( 2) 对电工、 机操工、 起吊工、 安全检查员等均须经培训后持证上岗。
( 3) 安全检查员要执行三查制度, 即工前检查、 工中督查和工后复查, 杜绝事故隐患。
( 4) 在导管定位或连接时, 卷扬机司机要精力集中, 防止桩锤落下伤人。
( 5) 打桩机在移位行走中, 要严格防止机械倾倒; 道上严禁站人, 防止压伤。
( 6) 机下作业人员和高处检修人员须戴安全帽, 高处作业应系好安全带。
( 7) 在距居民生活区较近的施工现场, 安装必要的噪声控制设施, 如隔声屏障等。
( 8) 在城市内夜间施工须取得”夜间施工许可证”。