基本介紹
- 中文名：砂井
- 外文名：sand drain
- 學科：基礎工程
- 定義：在軟土地基中設定的柱狀砂體
- 類別：擠密砂井和排水砂井
- 目的：加固地基
簡介,類別,排水砂井,砂樁,設計,砂井的直徑和間距,砂井的長度,砂井的布置和範圍,砂墊層,
簡介
排水固結預壓法是套用較為廣泛，且經濟的一種軟土地基處理方法，其主要作用在兩個方面：預壓土體大部分沉降；提高土體抗剪強調。砂井常被用來加速土體的固結，砂井從最初的大直徑砂井，袋裝砂井，發展到紙板，以及較為普及的塑膠排水板。隨著真空預壓方法試驗研究的成功，該項古老的地基處理方法，在軟土地基處理中更加得到了設計和施工人員的使用。砂井加速軟土固結己被成功套用於機場跑道、港口、高速公路、尾擴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，在地基中鑽孔，灌入中、粗砂而成的排水柱體。將砂灌入織袋放進孔內形成的井，稱袋裝砂井。袋裝砂井通常不作為基礎支承樁，而只用作擠密土層，排出地下水，從而使土壤固結和土層擠密，以提高土壤的承載力。通常用振動打樁機、柴油打樁機（衝擊式和振動式），以及下端有活瓣鋼樁靴的樁管，將砂（含泥量不大於3%）或砂和角礫混合料（含泥量不大於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具擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等在地基中獲得按一定規律排列的孔眼，灌入中、粗砂形成柱狀排水體，以加速地基排水固結的方法。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。砂井頂面鋪設砂墊層，以構成完整的地基排水系統。軟土地基設定砂井後，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後，排水固結過程大大加快，進而使地基強度得以提高。砂井適用於路堤高度大於極限高度，軟土層厚度大於5m的情況。砂井的間距、深度要根據軟土的地層情況、允許的施工期，由計算確定。砂井直徑一般為20~30cm，視施工機械而定。砂井的施工方法有空心管打入法、射水法、爆破法；也可採用袋裝砂井。袋裝砂井是採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，省料且價格低廉。排水砂井預壓地基是處理軟基常用而有效的方法。軟基中設定排水砂井，載入預壓使土體中孔隙水逐漸排出，提高土的強度以適應建築 物的要求。堤防、路堤、油罐是利用本身的重量逐步預壓，機場跑道、港口堆場則要搬運土石料作為預壓荷重，待地基沉降達到設計要求後搬去荷重，供工程建設使用。
砂樁
砂樁也稱為擠密砂樁或砂樁擠密法。是指用振動、衝擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔後再將砂擠入土中，形成大直徑的密實砂柱體的加固地基的方法。砂樁屬於散體樁複合地基的一種。砂樁法適用於擠密鬆散砂土、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的工程也可採用砂樁置換處理。砂樁還可用於處理可液化的地基。在用於飽和粘土的處理時，最好是通過現場試驗後再確定是否採用。砂樁在19世紀30年代源於歐洲，但是，當時發展很慢，直到20世紀50年代，砂樁在國內外才得以迅速發展，施工工藝才逐步走向完善和成熟。20世紀50年代後期，日本成功地研製了振動式和衝擊式的砂樁施工工藝，大大提高了工作效率和施工質量，處理進度很快由原來的6m增加到30餘米。砂樁在我國的套用也始於50年代。起初，砂樁法用於處理鬆散砂土地基，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，提高鬆散砂土地基的承載力，防止砂土振(震)動液化。後來，國內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定性。砂樁在軟弱地基中可形成砂樁複合地基，如對它再行載入預壓，可進一步提高複合地基的承載力，減少地基沉降量，並改善地基的整體穩定性。在我國砂樁用於加固軟弱粘性土地基有成功的經驗，也有砂樁處理後的軟弱粘性土地基在荷載作用下仍發生大的沉降的事例，如果不進行預壓使大的沉降預先完成，則難以滿足建築物對沉降的要求。
設計
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，主要取決於土的固結特性和施工期的要求。根據固結理論和工程實踐可知，縮短砂井間距比增大砂井直徑對加速固結的效果要好，即井徑與其間距的關係是“細而密”比“粗而稀”為佳。但也不是越細越密固結效果越好，太細不能保證灌砂的密實和連續，太密則對周圍土擾動較大而降低土的強度和滲透性，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，塑膠排水板已標準化，一般相當於直徑60～70mm。井距則按一定範圍的井徑比（砂井有效排水範圍等效直徑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，袋裝砂井和塑膠排水板的間距可按n=15～22選用。應當指出，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，故井徑相對較小。
砂井的長度
砂井的長度應根據建築物對地基的穩定性、變形要求和工期確定。當壓縮土層不厚、底部有透水層時，砂井應儘可能貫穿壓縮土層；當壓縮土層較厚，但間有砂層或砂透鏡體時，砂井應儘可能打至砂層或透鏡體；當壓縮土層很厚，其中又無透水層時，可按地基的穩定性及建築物變形要求處理的深度來決定。按穩定性控制的工程，如路堤、土壩、岸坡、堆料場等，砂井深度應通過穩定分析確定，砂井長度應超過最危險滑動面的深2.0m。從沉降考慮，砂井長度宜穿透主要的壓縮土層。
砂井的布置和範圍
砂井常按梅花形和正方形布置。假設每個砂井的有效影響面積為圓面積，如砂井間距為l，則等效圓（有效排水範圍）的直徑de與l的關係為：梅花形時，de=1.05l；正方形時，de=1.13l。由於梅花形排列較正方形緊湊和有效，套用較多。砂井的布置範圍可由基礎輪廓線向外擴大2～4m。
砂墊層
在砂井頂面應鋪設排水砂墊層，以連通各個砂井形成通暢的排水面，將水排到場地外。砂墊層厚度不應小於0.5m；水下施工時，砂墊層厚度一般為1.0m左右。為節省砂料，也可採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。
