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软基加固中的塑料排水板施工技术

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软基加固中的塑料排水板施工技术
□广东省航盛工程有限公司 林旺孙 蔡福旺

摘 要: 结合工程实例, 分析了软基加固中塑料排水板法的加固原理, 介绍了施工质量控制的技术措施。
关键词: 软基加固 塑料排水板 加固原理 质量控制
1 工程概况
国内某港口工程的后方集装箱堆场面积110,000ｍ2。根据地质勘察报告得知该工程位于第四系平原区, 地质为上更新统的海积、 冲洪积的含粘性土、 砂砾石层及海相堆积。海相堆积的亚粘土、 淤泥质土厚度大, 极疏松, 属软土区域, 具有以下特点:
(1)天然含水量高、 孔隙比大。含水量在39%～72%之间, 孔隙比在1.0～1.9之间, 饱和度一般大于95%, 液限一般为35%～60%, 塑性指数为13～20, 天然重力密度为15～19kN/ｍ3;
(2)透水性差。大部分软土的渗透系数为1×10-3～1×10-7cm/ｓ;
(3)压缩性高。压缩系数为0 5～2 0ＭPa-1,属高压缩性土;
(4)抗剪强度低。地基土快剪试验的粘聚力在10kPa左右, 快剪试验的内摩擦角在10°～15°之间;
(5)流变性显著。长期抗剪强度只有一般抗剪强度的0.4～0.8倍。
基于地基土的以上特点, 若对软基不加处理或处理措施不当, 都将导致集装箱堆场使用过程中的过量沉降或不均匀沉降以及码头岸坡失稳等不良后果。根据设计要求, 该工程的软土地基处理方法主要有两种: 塑料排水板处理和粉喷桩处理。其中塑料排水板法处理面积为82500ｍ2, 占软基总面积的75%, 为本工程软基处理的主要方法。以下简单介绍施工过程中一些关于塑料排水板处理软基的技术措施。
2 塑料排水板法的加固原理及特点
2.1塑料排水板法的工艺流程
塑料排水板法的施工工艺流程一般如图1所示。
2.2塑料排水板法的加固原理
塑料排水板法是排水固结法的一种形式。排水固结法或是先在地基中设置砂井或塑料排水板法等竖向排水体, 然后利用建( 构) 筑物本身重量分级逐渐加载; 或是在建( 构) 筑物建造以前, 在场地先行加载预压( 或者真空预压) , 使土体中的孔隙水排出, 逐渐固结, 地基发生沉降, 同时强度提高的方法。该方法是处理软土地基的有效方法之一, 它能够解决以下两个问题:
(1)沉降问题, 使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成, 使构筑物在使用期间不致产生不利的沉降或沉降差。
(2)稳定问题, 加速地基土的抗剪强度的增长, 从而提高地基的承载力和稳定性。
塑料排水板法的加固原理是: 利用插板机械在含水量大、 孔隙比大、 压缩性高、 深厚的软土地基中插设具有良好透水性的塑料排水板, 从而在软土地基中形成竖向的排水通道, 在其上铺设砂垫层而形成水平排水通道增加了土层的排水通道, 如图2所示。在上部辅加荷载( 如预压堆载、 砂垫层, 或者真空预压等) 的作用下, 在软土地基中产生附加应力。软土地基中的孔隙水应力和附加应力引起的超孔隙水应力随着孔隙水经过塑料排水板和砂垫层排出而降低, 地基的孔隙水含水量也随之降低, 从而增加了土体密实度。根据太沙基的有效应力原理( б/=б- u; 其中: б/表示有效应力, б表示总应力, u表示孔隙水应力) 可知, 由土颗粒间传递的有效应力б/会随着地基中孔隙水应力降低( 即孔隙水的消散) 等量增加, 进而加速地基的固结和地基土的承载力的提高。使软土地基在较短时间内达到较高的固结度, 大大减小集装箱堆场的工后沉降。
  *作者简介: 林旺孙( 1951-) , 男, 广东惠州人, 工程师, 从事港口、 航道工程施工管理工作
蔡福旺( 197 5-) , 男, 广东惠来人, 助理工程师, 从事港口工程施工管理工作。

清理工作面
填筑预拱土以行走机械
铺设30ｃｍ砂垫层
测放塑料排水板桩位
移机就位插设塑料排水板
塑料排水板桩头处理
铺设土工格栅
铺设30ｃｍ砂垫层
堆载预压或者真空预压
埋设观测水杯和位移观测桩。如果采用真空预压还要布设闭气设施

图1 塑料排水板法施工流程图 图2 地基中A点的排水路径比较示意图

2.3塑料排水板法的特点
最早的排水固结法是砂井排水,但此法存在的问题是地基变形后,容易产生断颈和颈缩。塑料排水板法弥补了砂井的不足,使施工工艺大大简化,工效成倍增长,具有以下显著特点:
(1)塑料排水板是由厂家批量生产的,质量均匀且易控制,具有良好的透水和排水性能;
(2)塑料排水板材料具有一定的强度及延伸率,适应地基变形的能力强;
(3)重量轻(约15N/m),搬运方便,施工质量易控制和检查;
(4)塑料排水板的断面尺寸小,插入时对地基土扰动小,连续性好;
(5)施工机械简单,施工速度快,劳动强度小,施工场地整洁。
3 施工机械与选材原则
3.1施工机械设备
本工程塑料排水板设计插设深度为6～22m,总工程量730,000ｍ3,施工采用PC300履带式专用插板机3台。
3.2塑料排水板材料的选定
根据设计要求,工程采用的塑料排水板应具有耐腐蚀性和足够的柔性,卷曲、 回折时不脆裂。其技术指标必须符合《塑料排水板施工规程》( JTJ/T256-96) 以及设计要求,必须经过进场检验合格后方可投入使用。
4 施工质量控制技术
　　为了确保工程的施工质量,确保软基处理的效果,在施工过程中主要从以下几个方面对施工质量进行控制:
(1)首先进行清表,填筑预拱土而且按设计分区开挖排水沟,为了利于排水,中间部分比四周高出20cm。
(2)在预拱土上铺设30cm厚的砂垫层并碾压,提供合格的操作场地。为了保证砂垫层具有良好的透水性能和在插板过程中的支承性能,砂垫层应采用含泥量小于5%的中粗砂,且不含有机杂质,碾压密实至中密以上。
(3)采购进场存放在现场的塑料排水板应加以遮盖,应避免阳光直接照射和长时间暴露在空气中老化。
(4)塑料排水板进入施工现场和打设前由专人检查其主要质量指标,发现破损和污染部分应剪除。使用前还必须按规定进行检验,各项技术指标满足设计要求后方可施工使用。
(5)严格按施工图设计的位置、 间距进行测放塑料排水板插设位置,并作好标示,严格控制塑料排水板间距, 严禁随意施插。
(6)桩尖与套管要配套,避免淤泥进入套管。一经发现,必须及时清除,以免塑料板与套管壁间的摩擦力增大以致带出塑料板。
(7) 为了避免淤泥进入板芯以致堵塞排水通道,影响排水效果,防止塑料排水板被带出,底部端头的塑料排水板应反折回一定长度,与”-”或”H”形锚销可靠连接,而且锚销与导管下端口密封要严。施工中,为了防止打设过程中土层与插板直接接触,损伤排水板可采用”H”形锚销。
(8)为确保塑料排水板打设深度,在插板机塔架上应设有明显的进尺标记,以控制排水板的打设深度。
(9)打设过程中,当塑料排水板长度不够而需要接长时,接长塑料排水板必须符合《塑料排水板施工规程》( JTJ/T256-96) 附录C的规定,以确保排水性能。
(10)严格控制塑料排水板的打入深度。打入深度应考虑上拔时的跟带(排水板被导管往上带)长度, 如果打入深度达不到设计要求或跟带长度在50cm以上的排水板应废弃, 并在距废弃排水板附近及时补打。
(11)塑料排水板在插设过程中,必须有专人做好各项记录、 施工日志等。塑料排水板施工质量的检验标准及检查方法如表1。
表1. 塑料排水板打设允许偏差、 检验数量和方法
序号
项目
允许偏差
检验单元
数量
单元测点
检验方法
1
平面位置
±100mm
每根
排水板
检查10%

1
用经纬仪、 拉线和钢尺量纵横两个方向, 取大值( 水上: 打设时测量套管位置与船位)
2
外露长度
陆上±50mm
水上±100mm
陆上: 逐件检查
水上: 抽查10%
用钢尺量
3
垂直度
±1.5%
抽查10%
用经纬仪、 吊线河钢尺量打设套管的倾斜度
(12) 每根排水板插设完毕后外露的排水板不得遭污染。检查合格后应及时清除排水板周围带出的泥土并用砂将井眼填实。然后, 将砂垫层表面刮平,然后将高出砂垫层的排水板割断,使之与砂垫层顶面持平, 保证塑料排水板的顶部伸入砂垫层至少30cm,使其与砂垫层沟通,保证排水畅通。
施工结束后,施工单位需及时提交以下竣工资料:现场施工原始记录、 施工日志、 竣工平面图和断面图、 分项工程质量检验评定表、 塑料排水板试验报告、 工程竣工总结等。
5 施工中存在的问题及原因分析
经过本工程的实践,发现塑料排水板法进行集装箱堆场软基处理施工工艺在施工中仍存在一些质量控制的难点,如跟带长度过长。经现场观察、 分析,其主要原因是套管中进入淤泥,增大了塑料板与套管壁的摩擦力以致造成塑料板带出,因此,在塑料排水板打设过程中,需根据实际情况及时进行套管内壁附着的淤泥清理。
实践表明,当前国内应用较多的由反铲机改进的插板机,采用液压系统利用静压法打设,现场使用情况良好,行走方便,插入速度快,施工质量易保证。而采用打设砂井的机械来打设塑料排水板,由于利用振动打设,振动力过大会造成桩尖与套管闭合不紧密, 容易导致淤泥进入套管。
另外,施工人员的操作熟练程度与技能也将直接影响塑料排水板的施工质量。
6 结论
　　在本集装箱堆场工程塑料排水板软基处理工程中, 由于施工准备充分,制度健全,施工过程控制的技术措施严密, 从而在施工中充分体现了这一方法具有的劳动强度小、 施工速度快等特点。因此, 若能选用合适的静压打设机械, 并严格按照施工工艺要求组织施工,则塑料排水板施工效率更高,经济效益更好,施工质量更有保证。■
参考文献:
[1] 郑俊杰.地基处理技术[M].武汉: 华中科技大学出版社,
[2] 钱家欢.土力学[M].南京: 河海大学出版社, 1990
[3] JTJ/T256-96, 塑料排水板施工规程