[科普中國]-砂井

簡介

排水固結(jié)預(yù)壓法是應(yīng)用較為廣泛，且經(jīng)濟(jì)的一種軟土地基處理方法，其主要作用在兩個(gè)方面：預(yù)壓土體大部分沉降；提高土體抗剪強(qiáng)調(diào)。砂井常被用來加速土體的固結(jié)，砂井從最初的大直徑砂井，袋裝砂井，發(fā)展到紙板，以及較為普及的塑料排水板。隨著真空預(yù)壓方法試驗(yàn)研究的成功，該項(xiàng)古老的地基處理方法，在軟土地基處理中更加得到了設(shè)計(jì)和施工人員的使用1。砂井加速軟土固結(jié)己被成功應(yīng)用于機(jī)場跑道、港口、高速公路、尾擴(kuò)池及圍海造田工程中。砂井指的是為加速軟弱地基排水固結(jié)，在地基中鉆孔，灌入中、粗砂而成的排水柱體。將砂灌入織袋放進(jìn)孔內(nèi)形成的井，稱袋裝砂井。袋裝砂井通常不作為基礎(chǔ)支承樁，而只用作擠密土層，排出地下水，從而使土壤固結(jié)和土層擠密，以提高土壤的承載力。通常用振動打樁機(jī)、柴油打樁機(jī)（沖擊式和振動式），以及下端有活瓣鋼樁靴的樁管，將砂（含泥量不大于3%）或砂和角礫混合料（含泥量不大于5%）形成砂井。

類別排水砂井排水砂井是指在軟弱地基中利用各種打樁機(jī)具擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等在地基中獲得按一定規(guī)律排列的孔眼，灌人中、粗砂形成柱狀排水體，以加速地基排水固結(jié)的方法。這種砂井在飽和軟粘土中起排水通道的作用，稱為排水砂井。砂井頂面鋪設(shè)砂墊層，以構(gòu)成完整的地基排水系統(tǒng)。軟土地基設(shè)置砂井后，改善了地基的排水條件，縮短了排水途徑，因而地基承受附加荷載后，排水固結(jié)過程大大加快，進(jìn)而使地基強(qiáng)度得以提高。砂井適用于路堤高度大于極限高度，軟土層厚度大于5m的情況。砂井的間距、深度要根據(jù)軟土的地層情況、允許的施工期，由計(jì)算確定。砂井直徑一般為20~30cm，視施工機(jī)械而定。砂井的施工方法有空心管打入法、射水法、爆破法；也可采用袋裝砂井。袋裝砂井是采用鋼管打入式和射水式打孔，在孔中插入袋裝砂粒而形成的柱狀排水體，其直徑約7~10cm，省料且價(jià)格低廉。排水砂井預(yù)壓地基是處理軟基常用而有效的方法。軟基中設(shè)置排水砂井，加載預(yù)壓使土體中孔隙水逐漸排出，提高土的強(qiáng)度以適應(yīng)建筑 物的要求。堤防、路堤、油罐是利用本身的重量逐步預(yù)壓，機(jī)場跑道、港口堆場則要搬運(yùn)土石料作為預(yù)壓荷重，待地基沉降達(dá)到設(shè)計(jì)要求后搬去荷重，供工程建設(shè)使用2。

砂樁砂樁也稱為擠密砂樁或砂樁擠密法。是指用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后再將砂擠入土中，形成大直徑的密實(shí)砂柱體的加固地基的方法。砂樁屬于散體樁復(fù)合地基的一種。砂樁法適用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土等地基。對飽和粘土地基卜對變形控制要求不嚴(yán)的工程也可采用砂樁置換處理。砂樁還可用于處理可液化的地基。在用于飽和粘土的處理時(shí)，最好是通過現(xiàn)場試驗(yàn)后再確定是否采用。砂樁在19世紀(jì)30年代源于歐洲，但是，當(dāng)時(shí)發(fā)展很慢，直到20世紀(jì)50年代，砂樁在國內(nèi)外才得以迅速發(fā)展，施工工藝才逐步走向完善和成熟。20世紀(jì)50年代后期，日本成功地研制了振動式和沖擊式的砂樁施工工藝，大大提高了工作效率和施工質(zhì)量，處理進(jìn)度很快由原來的6m增加到30余米。砂樁在我國的應(yīng)用也始于50年代。起初，砂樁法用于處理松散砂土地基，視施工方法不同，又可分為擠密砂樁和振密砂樁兩種，其加固原理是依靠成樁過程中對周圍砂層的擠密和振密作用，提高松散砂土地基的承載力，防止砂土振(震)動液化。后來，國內(nèi)外也逐漸將砂樁用來處理軟弱粘性土，其加固原理是利用砂樁的置換作用和排水作用提高軟弱地基的穩(wěn)定性。砂樁在軟弱地基中可形成砂樁復(fù)合地基，如對它再行加載預(yù)壓，可進(jìn)一步提高復(fù)合地基的承載力，減少地基沉降量，并改善地基的整體穩(wěn)定性。在我國砂樁用于加固軟弱粘性土地基有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有砂樁處理后的軟弱粘性土地基在荷載作用下仍發(fā)生大的沉降的事例，如果不進(jìn)行預(yù)壓使大的沉降預(yù)先完成，則難以滿足建筑物對沉降的要求3。

設(shè)計(jì)砂井的直徑和間距砂井的直徑和間距以保證順利排水和途徑最短為宜，主要取決于土的固結(jié)特性和施工期的要求。根據(jù)固結(jié)理論和工程實(shí)踐可知，縮短砂井間距比增大砂井直徑對加速固結(jié)的效果要好，即井徑與其間距的關(guān)系是“細(xì)而密”比“粗而稀”為佳。但也不是越細(xì)越密固結(jié)效果越好，太細(xì)不能保證灌砂的密實(shí)和連續(xù)，太密則對周圍土擾動較大而降低土的強(qiáng)度和滲透性，反而影響加固效果。所以，常用的普通砂井直徑可取300～500mm，袋裝砂井直徑可取70～120mm，塑料排水板已標(biāo)準(zhǔn)化，一般相當(dāng)于直徑60～70mm。井距則按一定范圍的井徑比（砂井有效排水范圍等效直徑de與砂井直徑dw之比）選取，工程上普通砂井的間距可按n=6～8選用，袋裝砂井和塑料排水板的間距可按n=15～22選用。應(yīng)當(dāng)指出，砂石樁中的砂樁與排水砂井均是以砂為填料的樁體，但兩者的作用是不同的。砂樁的主要作用是擠密土層，故樁徑宜較大；而砂井的主要作用是排水固結(jié)，故井徑相對較小。

砂井的長度砂井的長度應(yīng)根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性、變形要求和工期確定。當(dāng)壓縮土層不厚、底部有透水層時(shí)，砂井應(yīng)盡可能貫穿壓縮土層；當(dāng)壓縮土層較厚，但間有砂層或砂透鏡體時(shí)，砂井應(yīng)盡可能打至砂層或透鏡體；當(dāng)壓縮土層很厚，其中又無透水層時(shí)，可按地基的穩(wěn)定性及建筑物變形要求處理的深度來決定。按穩(wěn)定性控制的工程，如路堤、土壩、岸坡、堆料場等，砂井深度應(yīng)通過穩(wěn)定分析確定，砂井長度應(yīng)超過最危險(xiǎn)滑動面的深2.0m。從沉降考慮，砂井長度宜穿透主要的壓縮土層。

砂井的布置和范圍砂井常按梅花形和正方形布置。假設(shè)每個(gè)砂井的有效影響面積為圓面積，如砂井間距為l，則等效圓（有效排水范圍）的直徑de與l的關(guān)系為：梅花形時(shí)，de=1.05l；正方形時(shí)，de=1.13l。由于梅花形排列較正方形緊湊和有效，應(yīng)用較多。砂井的布置范圍可由基礎(chǔ)輪廓線向外擴(kuò)大2～4m。

砂墊層在砂井頂面應(yīng)鋪設(shè)排水砂墊層，以連通各個(gè)砂井形成通暢的排水面，將水排到場地外。砂墊層厚度不應(yīng)小于0.5m；水下施工時(shí)，砂墊層厚度一般為1.0m左右。為節(jié)省砂料，也可采用連通砂井的縱橫砂溝代替整片砂墊層，砂溝的高度一般為0.5～1.0m，砂溝寬度取砂井直徑的2倍。