孟加拉国某机场工程中挤密砂桩的运用

孟加拉国某机场工程中挤密砂桩的运用摘要：文章结合孟加拉国某机场工程，从工艺试验、施工方法、安全措施、质量控制等方面，详细分析了挤密砂桩在机场工程中的应用情况。对土工管袋填砂施工方法进行分析和总结，堆载预压分期加载进行了研究，工程实践表明，堆载预压分两期加载效果良好，土工管袋填砂施工方法实用，在降低项目造价、缩短工期等方面优越显着，可为类似工程提供借鉴。关键词：挤密砂桩;孟加拉;机场跑道;堆载预压;1、概述孟加拉国位于孟加拉湾之北，东、西、北三面与印度毗连，河流和湖泊约占全国面积的10%，海岸线长550公里。石料大多来源印度、中东、中国等，难以广泛使用。河道或海床中的沙土是回填工程的主要材料。吹填沙土无法满足机场跑道对承载力、地震液化和变形的要求，地基需要加固处理[1,2,3]。挤密砂桩[4,5,6,7]施工工艺起源于欧洲，在1950年到1959年，施工工艺才逐步完善。挤密砂桩法适合处理砂土、素填土、粉土、粘性土、杂填土等地基。挤密砂桩不仅起到加固地基的作用，还有利于后续堆载预压排水固结。挤密砂桩施工方法是将钢套管按一定间距沉入地基土中挤压成孔，然后边拔管边向管内灌砂并振捣密实而成的砂质柱体。砂桩属于散体桩复合地基的一种，是软弱地基处理常用的方法之一。这种处理方法对整个地基起到挤压密实的作用，砂桩本身承受大部分上部结构及基础的荷载，从而与周围被加固土一起组成复合地基。可提高地基承载力、防止砂土振动液化和减少沉降等。本文结合孟加拉国某机场工程，从工艺试验、施工方法、安全保障措施、质量控制等方面，详细分析了挤密砂桩在机场工程中的应用情况。工程实践表明，挤密砂桩法在孟加拉国跑道工程中效果良好，在降低项目造价、缩短工期等方面优越显着，可为类似工程提供借鉴。2、工程概况项目位于孟加拉国南部，临孟加拉湾，原始场地为孟加拉海边，场地采用吹填沙土回填，吹填后的高程在8.0m。挤密砂桩应在场地填砂达到设计标高后进行，设计桩径1.0m，间距3.0m，正方形布置，填充材料采用中粗砂，处理深度根据详细的地质勘察资料和设计确定。挤密砂桩采用振动沉管桩机，套筒直径采用0.7m，桩架高度不低于最大打设深度。挤密砂桩布置如图1所示。图1挤密砂桩布置示意图图1挤密砂桩布置示意图3、施工工艺流程施工准备-放线定位-桩机就位-沉管至设计深度-砂料检验、试验-桩管灌砂-管口冲水振密-振动拔管并持续投料-沉管拔出孔口-孔口投料-振捣密实至设计标高-机具移动-质量检测-堆载预压。4、工艺试验施工前需要开展成桩工艺和挤密效果试验，先选定12根桩进行试验，以确定砂桩的填砂系数、提升速率和高度、桩管的振动次数振动时间等关键参数（主要把握好振动时间，以保证桩身连续性和成桩均匀性）。试验桩的承载力、挤密效果等符合设计要求后，依据试验结果，拟定工程方案，对操作人员和管理人员进行培训考核，合格后才能上岗。5、施工方法5.1、施工准备施工准备主要包括工程测量、施工区地质勘察、采砂区土壤调查、施工图纸详细设计等，通过前期勘察进一步确定场地清理的范围、深度，从而确定场地填砂工程量、采砂区的范围和开挖厚度、跑道区地基处理深度和范围等，同时为设计提供精确的地质数据。土工管袋施工：通过现场实践得出水上充灌、陆上充填、填充后的结构形式及施工方法的最佳形式。(1）水上充灌。水上充砂需借助运砂船和小型水力充砂泵进行。土工管袋预先加工成设计要求的断面，充填口采用袖带连接并引出水面供充填砂使用。砂料可从料源地用水力充砂泵抽取装船后运至施工现场，然后将水力充砂泵输砂软管与已定位的土工管袋连接牢固，检查无误后边充灌边沉放。图2水下充填土工管袋示意图图2水下充填土工管袋示意图(2）陆上充填。当场地填高至一定高程退潮后有较多露出时间时，可采取陆上充填，砂料可就近取自场内或利用场地填砂，人工辅助挖掘机装填，推土机辅助运砂，分段同步施工。施工时，将未加工成型的土工管袋布平铺于施工场地，然后人工配合挖掘机装料、整形，最后将填料用土工管袋布包裹成型，分层流水施工，每层施工时，土工管袋由外向内依次进行。围堤采用土工管袋填砂的结构形式，外侧坡比宜为1:4，施工时应与场地填砂分层交替施工，并控制每层加载高度，分层厚度宜控制在1.5-2.0m。施工前应在围堤设计位置埋设沉降位移观测点，施工过程中根据围堤监测数据指导加载施工。场地填砂应与土工管袋围堤分层交替进行，并控制每层加载高度，分层厚度宜控制在1.5-2.0m，接近场地标高时，可调整吹砂厚度，并按高程控制吹砂面。土工管袋围堤与场地填砂施工如图3所示。5.2、放线定位桩位放样前先对施工基面进行整理，使场地达到设计标高。施工前在挤密砂桩外围用全站仪测定边线控制桩，复测合格后打木桩钉铁钉，现场施工放样用钢尺量测桩位，并用小木桩标记，保证桩孔中心移位偏差满足设计要求。图3土工管袋围堤与场地填砂施工图3土工管袋围堤与场地填砂施工5.3、桩机就位桩机就位后，对桩机开展调平、对中，修正桩机的垂直度，确保套管的中心与桩位保持一致，误差应小于10mm，桩机垂直度偏差低于0.3%；成孔前应试运行空压机、高压水泵，使设备运行正常；复核套管长度，用红粉笔在钻塔旁标出高度线，保证孔底标高满足设计要求。5.4、沉管成孔开启桩锤电机，使桩管沉降至设计要求尺寸。桩管沉降入土后，需要控制沉入深度，保证达到设计的桩长。桩管沉降时，沿着导向架，保持同导杆平行，如果遇到桩管偏斜时，必须及时纠正。5.5、桩管灌砂桩管达到设计标高后，准备上料，并严格控制上料量，按照桩孔体积和砂在中密状态时的干密度计算灌砂系数进行灌入（拔管过程中进行补砂），直至灌满桩管。灌砂时砂含水量应严格控制，对非饱和沙土土层，含水量控制在7%-9%。根据实验桩的试验结果确定桩体超高的高度。5.6、管口冲水、振密本项目采用的是冲水沉砂法，向桩管内填砂的同时向管内冲水，利于砂料排出桩外。当桩管接近地面时，暂停冲水。5.7、振动拔管并向管内投料第一次将桩管提高约90cm，提高时桩端合叶开启，砂料流进孔内。振动60秒并仔细观察料斗中砂料变动，如砂料不变少，说明了合叶无法开启，要继续振动桩管，直到合叶打开为止，然后边振动边缓慢提升桩管，提升速度控制在0.8m/min。每提升0.4m振动挤压20秒，挤压时长为桩管无法沉降为宜，如此重复，地基被挤密。如果灌砂量不足，需要在拔管过程中加料，以保证桩顶标高及挤密效果满足设计要求。5.8、桩管拔出孔口施工进度至约距桩顶时，缩减成桩的高度，增加砂桩顶部的密度，防止断桩。振动挤密完成后，将桩管拔出孔口。5.9、孔口投料沉管移出桩体后，如果砂料未灌满，改用人工投料，桩顶部位可用振捣棒振捣密实。5.10、机具移动完成该桩后，桩管提升地面以上，桩机移至下一桩位。5.11、质量检测挤密砂桩的桩体的密实度，检验频率小于2%。桩体的承载力和桩体复合地基承载力开展静载试验，测试频率视项目的大小而定。检验的方法一般使用动探Ⅱ型。动探Ⅱ型检查挤密砂桩的基本原理是以每贯入30cm的锤击数不低于标准值为符合要求。标准值随深度的改变而变动，结合工程的地质构造确定合格标准。质量检验后，对照标准形成检查结果的文件，如果挤密砂桩的质量不满足设计要求，应实施加桩或其他处理措施，处理完成后，重新进行检测评定。5.12、堆载预压施工现场堆载预压分别进行了1次加载，2次加载，3次加载，实践表明2次加载效果最好，即堆载预压分两期进行加载。堆载预压应在地基挤密砂桩验收合格后进行，堆载砂料取自两侧场地填砂，初步估计取砂厚度2.0m。砂料卸载时，再将其运回原场地并按设计指标要求分层压实。为确保工程安全并方便围堤外坡防护施工，距围堤边界20m范围内不取砂，并沿回填场地周边形成循环临时道路。本工程堆载预压计划加载高度4.5m，满载时间5个月。挤密砂桩堆载预压如图4示。图4堆载预压示意图图4堆载预压示意图加载宜分二期进行，首期加载高度3.0m，二期加载至设计高度。砂料运距在60m以内可采用推土机推砂，60m之外宜采用自卸车运输，堆载断面采用挖掘机整理。静载期间应做好防护，防止风吹雨刷，可采用土工布覆盖，并用袋装砂压护，同时做好周边排水。待满负荷静载时间满足设计要求并检测合格后方可卸载。砂料卸载开始后使用推土机向两边推土，直至两侧场地高程达到须分层压实的基面标高，然后整平压实基面。多余砂土使用挖掘机配合自卸车装卸，并按照业主要求均匀摊铺。6、控制要点和安全措施6.1、控制要点(1）工程开始前应选择有代表性的机场跑道段开展试验，确定相关参数。（2）灌砂率应满足设计标准，砂土的含泥量低于3%。（3）拔管后应确认灌砂量是否满足设计要求，如有不满足要求及时与工程师沟通，进行处理。（4）沉桩时垂直度不够或受邻桩施工影响，造成砂桩倾斜。桩位偏差不应大于5cm，垂直度偏差低于1.5%。施工过程中校正桩管垂直度，相邻桩采用间隔跳跃法，避免相互间影响。（5）拔管平均速率不能太快，避免破坏桩口。（6）挤密砂桩开始建设后应检测地基的承载力。（7）挤密砂桩满足设计要求后，才可开展堆载预压的施工。6.2、安全措施(1）工作人员应按要求穿戴好防护用品。特种作业人员需要持证上岗。（2）项目部应编制符合项目实际需求的应急预案，对作业人员进行应急预案的培训，并在项目现场开展相关的演练。（3）禁止在塔架起落及高空坠落范围内进行作业，要有明显的警示标志，防止工人进入危险区域。（4）振动沉管桩施工时禁止超负荷使用。（5）按照“以人为本、预防为主、应急响应”原则进行安全应急管理。（6）组装桩机时，安装就位后，需要进行空载试运行。（7）每孔开始前后，应细心检查螺丝是否松动，润滑油是否泄漏或变质等。7、结束语孟加拉机场跑道工程采用挤密砂桩对地基进行加固处理是可行的。挤密砂桩施工方案适用于石料大多依靠进口，难以广泛使用，河道或海床中的沙土是回填工程的主要材料的国家，吹填沙土无法满足地基对承载力、地震液化和变形要求的情况。采用挤密砂桩施工方案，通过挤密作用，提高了沙土的抗液化性能，砂土液化破坏表现为土体喷水冒砂、土体中建筑物上浮、土体开始滑