砂井是为加固目的在软土地基 中设置的柱状砂体。根据作用原理不同,又可分为挤密砂井(砂桩)和排水砂井两种。挤密砂井间距较密,用砂量大,用砂将土挤实。排水砂井作 用主要是为低透水性软粘土提供一个 排水通道,以加快土层固结的速度。 砂井的直径一般在30~40厘米,深度 在30米以内(视不同土层要求),间距2~3米。砂井的设置方法是将带有桩靴的钢管沉入土中,形成桩孔, 在拔出钢管的同时灌入砂子。钢管沉入的方法有锤击打入法、水冲法和振 动法。砂井的设计主要是确定砂井的直径、间距、长度、布置方式和范围。这些参数可按固结理论根据固结度要求来选择。
砂井的直径和间距以保证顺利排水和途径最短为宜,主要取决于土的固结特性和施工期的要求。根据固结理论和工程实践可知,缩短砂井间距比增大砂井直径对加速固结的效果要好,即井径与其间距的关系是“细而密”比“粗而稀”为佳。但也不是越细越密固结效果越好,太细不能保证灌砂的密实和连续,太密则对周围土扰动较大而降低土的强度和渗透性,反而影响加固效果。所以,常用的普通砂井直径可取300~500mm,袋装砂井直径可取70~120mm,塑料排水板已标准化,一般相当于直径60~70mm。井距则按一定范围的井径比(砂井有效排水范围等效直径de与砂井直径dw之比)选取,工程上普通砂井的间距可按n=6~8选用,袋装砂井和塑料排水板的间距可按n=15~22选用。
应当指出,砂石桩中的砂桩与排水砂井均是以砂为填料的桩体,但两者的作用是不同的。砂桩的主要作用是挤密土层,故桩径宜较大;而砂井的主要作用是排水固结,故井径相对较小。
砂井的长度应根据建筑物对地基的稳定性、变形要求和工期确定。当压缩土层不厚、底部有透水层时,砂井应尽可能贯穿压缩土层;当压缩土层较厚,但间有砂层或砂透镜体时,砂井应尽可能打至砂层或透镜体;当压缩土层很厚,其中又无透水层时,可按地基的稳定性及建筑物变形要求处理的深度来决定。按稳定性控制的工程,如路堤、土坝、岸坡、堆料场等,砂井深度应通过稳定分析确定,砂井长度应超过最危险滑动面的深度2.0m。从沉降考虑,砂井长度宜穿透主要的压缩土层。
砂井常按梅花形和正方形布置。假设每个砂井的有效影响面积为圆面积,如砂井间距为l,则等效圆(有效排水范围)的直径de与l的关系为:梅花形时,de=1.05l;正方形时,de=1.13l。由于梅花形排列较正方形紧凑和有效,应用较多。砂井的布置范围可由基础轮廓线向外扩大2~4m。
在砂井顶面应铺设排水砂垫层,以连通各个砂井形成通畅的排水面,将水排到场地外。砂垫层厚度不应小于0.5m;水下施工时,砂垫层厚度一般为1.0m左右。为节省砂料,也可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层,砂沟的高度一般为0.5~1.0m,砂沟宽度取砂井直径的2倍。