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塑料排水板加固道路软粘土地基工法

图1 塑料排水板加固软基工艺流程
塑料排水板法，是80年代初在我国发展起来的一项软土地基加固新技术。1992年铁道部第十七工程局将其应用于青岛环胶州湾公路软土地基加固工程，使用自制插板机，共加固软基2290m2，取得良好的技术、经济、社会效益。该技术成果1993年获中国铁道建筑总公司科技进步二等奖。现总结成工法，以便推广应用。
一、工法特点
1.施工设备简单，插板作业工效高，劳动强度低，施工现场整洁。
2.排水效果好，适应地基变形的性能好，对地基的加固效果好。
3.与袋装砂井相比，可有效地降低工程造价，加快施工进度，缩短工期。特别是缺砂地区，用此工法经济效益更显著。
4.塑料排水板产品质量稳定，重量轻，运输方便。
二、适用范围
本工法主要适用于公路、铁路、机场、码头、堆放场、提坝及房屋的软粘土地基加固工程。
三、加固机理
根据固结理论，粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比，在软土地层中按一定的间距和布置形式，打设塑料排水板，增加土层的有效排水途径，缩短排水距离，在上部预压荷载(路基)的作用下，土层中的孔隙水，通过塑料排水板和砂垫层排出，加快地基固结(或沉降)速率，使沉降在预压期间基本完成。
四、施工工艺
(一)工艺流程(见图1)
(二)插板作业过程及工艺要点
1.作业过程
塑料排水板由芯板和滤膜组成，每盘长200m，它是利用插板机插入软土地层的。插板时，将排水板经导管上部滚轮，穿入穿带窗，至下端出口与桩靴相连；开动插板机，导管顶住桩靴将排水板的插入设计深度；拔出导管，排水板便留在土中，然后剪断，即完成一根排水板的插设(见图2)。

图3 塑料排水板头部处理
2.工艺要点及主要技术措施
(1)插板作业前，应先了解地下有无障碍物，然后清理平整场地，铲除芦根、杂草，修筑预拱(一般为30cm)。
(2)在修筑好的路基预拱坡面上铺设砂垫层(厚度一般为40cm)。
(3)插板机上设有明显的进尺标志，以控制排水板的打设深度。
(4)塑料排水板需要接长时，应剥开滤膜，使芯板顺槽搭好，搭接长度为20cm，然后包好滤膜，用钉板机钉牢。
(5)塑料排水板与桩靴的连接要可靠，桩靴对导管下端口密封要严，以免进泥，使排水板带出。本工法采用可重复使用的桩靴。
(6)插好的塑料排水板，伸出预拱面15cm，顶端埋入砂垫层，插管形成的孔洞用砂填没。头部处理方法见图3。
(7)上拔导管时带出的淤泥，不得弃于砂垫层上，以免堵塞排水通道。
(三)填土预压及注意事项
塑料排水板插至设计深度，将头部埋好后，随即将砂垫层表面刮平并碾压密实，进行填土预压。填筑路基除严格执行《公路路基施工技术规范》(JT033-86)外，还应注意以下几点：
1.路基填土高度小于1m时，不得采用振动式压路机碾压。
2.路基填土速度一般不受限制，但当天的沉降大于10mm或边桩位移大于5mm时，应暂停填土。
3.软基段的涵洞工程，应在路基预压期满，沉降基本完成之后再开槽施工。
4.路基填土高度不足2.5m时，要填到2.5m，多余的填土，待预压期满后移作它用。
5.路基填筑完毕，稳定预压6个月，再作基层和路面。
(四)地基观测
1.沉降观测
(1)沉降观测仪的埋设及构造
沉降观测仪在排水板插完后埋设，观测断面间距根据地质变化情况而定，一般每200—300m设一个，每个断面埋设沉降观测仪5组，具体埋设情况见图4。沉降仪构造见图5。

图4 沉降观测仪埋设情况

图5 沉降仪构造
(2)观测频次和技术要求
①插完排水板至路基填土终止后一个月内，每天观测一次，满载预压期间每周观测一次。
②水准基点、工作基点的高程控制，按《工程测量规范》中三等水准的要求执行。水准基点、工作基点在填土期间每周联测一次，满载预压期间每月联测一次。
③水准基点每段(两观测断面之间)设两个，点位选在稳定、不易破坏的地方，工作基点沿线路方向每300m设1个，距线路中心线100—140m。
④沉降观测时，每测站的前、后视应大致相等，黑红面所测高差不大于3mm。
(3)观测资料整理及分析
①每次视测值填入表1。
②每月绘制一次沉降一时间过程曲线(图6)。

③进行满载预压固结沉降分析
根据现场各观测断面3号沉降仪实测的沉降一时间曲线，推求最终沉降量S∞和满载预压6个月后的固结度U0计算采用三点法，其公式为

（缺公式）
式中 S1、S2、S3为加荷停止后t1、t2、t3时间实测的沉降量，应满足t3-t2=t2-t1。
表1 沉降观测结果记录表

表2 地基满载6个月固结沉降分析

表3 水平位移观测结果记录表

资料整理： 校核者：技术负责人：
（缺公式）
式中 St为满载预压6个月后，观测点发生的总沉降值。
有关数据填入表2。
2.变位观测
(1)地面变位观测
①观测断面每500—600m设一个，观测桩采用木桩或混凝土预制桩均可。埋设情况见图7。
②采用光电测距仪观测，观测频次同沉降观测。
③每次观测值填入表3。
(2)土中变位观测
①观测断面设置同地面变位观测，每个断面埋设测斜仪4组，埋设情况见图7。
②观测频次为每周一次。
③观测时应注意，测斜仪测头的感应方向应与线路方向垂直，第一次测读后，将测头提至管口处，旋转180°，再测一次，测读时，要等指示器读数稳定后再读取。两次测读时，要保证在同一位置进行。
④将每次的实测值填入表4，每月绘制一次深层位移曲线(见图8)，分析水平位移的发展趋势。
3.原位测试和室内土工试验
路基加固前和稳定预压6个月后，分别进行土本的物理力学性能试验、静力触深试验及十字板剪切试验。试验断面视工程和地质变化情况而定，一般每1—2km选一个。试验结果及分析填入表5。

五、机具设备
(一)插板机
本工法采用自制LMZ-11型插板机。
1.结构及工作特点
该机结构见图9，它主要由工作装置、驱动装置和行走装置组成。

图9 LMZ-11型插板机
工作装置包括导架和导管，导架利用角钢分段焊接，每段长5m。拼接高度为15m，段与段之间用螺检连接。导管采用热轧ф127无缝管制成。
驱动装置为电力驱动。行走为轨行式。
2.主要技术性能参数
(1)整机
外形尺寸：长×宽×高=6m×9m×13m
打设深度：11m
导架横移速度：6m/min
导架有效横移距离：8m
整机质量：1.4×104kg
接地压力：2.59×104Pa
(2)振动锤
偏心距：140N·m
激振力：140kN
振动锤质量：2.5×103kg
外形尺寸：1.33×1.015m×1.77m
电机功率：22kW
振动频率：950次/min
(3)卷扬机：
最大静张力：50kN
平均绳速：8.75m/min
电机功率：11kW
(4)行走装置
电机功率：5.5kW×2
行走速度：8m/min
(5)导架横移装置
滚轮车及电机(1.1kW)各2台
移动速度：6m/min
(6)台班产量：2000m
(二)地基观测仪器设备(见表6)
六、劳力组织
(一)插板作业劳力组织(见表7)
(二)工地测试人员组织分工(见表8)
表6 检测仪器设备

七、质量控制
(一)塑料排水板的质量标准
本工法采用江苏龙口丰华塑料厂生产的SPB-A型塑料排水板。质量标准见表9。
表9 SPB-A型塑料排水板主要质量指标

(二)插设塑料排水板质量控制及注意事项
1.打设后的塑料排水板，平面偏位不得超过10cm，倾斜度小于2%。
2.塑料排水板在插设过程中，应尽量避免跟带(排水板被导管往上带)，若跟带50cm以上时，应废弃，并在距废弃排水板45cm处补打。
3.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。
4.塑料排水板在运输和堆放过程中，应避免阳光直接照射。
(三)砂垫层采用含泥量小于5%的中粗砂，插板前先用平地机刮平，再用压路机碾压密实(干密度γd＞16kN/m3)
(四)路基填筑，执行《公路路基施工技术规范》(JT033-86)。
八、安全措施
严格执行《建筑安装工人安全技术操作规程》，并特别注意以下几点：
1.禁止非操作人员上机操作。
2.插板作业时，除本机作业人员外，其它人员不得进入作业区。
3.电器设备应有良好的接地装置。
4.非专职电工禁止装卸、修理电器设备。
5.插板机停止作业时，必须用卡轨器卡死。
6.交接班时，交班人员必须把机械运转情况、工作中发现的问题及处理经过、保养项目等向接班人员交待清楚。
7.加固前禁止压路机、载重汽车等大型机械在待加固区内行驶。
8.施工现场的临时便道，设专人维修养护，保持畅通。危险地段要有安全标志和防护措施。
九、技术经济效益分析
1.技术可靠。经加固的地基允许承载力一般可提高2倍以上。
2.打设塑料排水板采用可重复使用的桩靴，每井节省0.8元。
3.塑料排水板法与袋装砂井相比，约降低工程造价20%，提高工效50%。
4.塑料排水板永久插入地下，不形成二次污染，具有良好的社会效益。
十、工程实例
1992年铁十七局承建的青岛环胶州湾公路是汽车专用一级公路，全长52.65公里，其中K12+360～K15+650是软土地基路段，地面为1—3m厚的粘性土硬壳，下伏1—9m厚的淤泥质亚粘土(属于强度低、渗透性差、压缩性高的软土)，其承载力不能满足使用要求。经方案比选，采用塑料板排水法进行加固。插板设计深度7—11m，间距1.2m(大、中、小桥两头50m范围内加密至1.0m)呈正三角形布置。
采用自制的LMZ-11型龙门式插板机插设塑料排水板，共插设96066根，计84万延长米，实际造价为1.85元/m，与合同承包价(2.0元/m)相比，降低工程造价7.5%，节约工程投资12.6万元。与袋装砂井相比，节约工程投资38.8万元。
在地基加固过程中，进行了沉降、位移观测，在加固前和满载预压6个月后，分别在K13+000、K13+750、K15+400三个断面进行了原位测试和室内部分土工试验。检测结果表明，天然含水量由35.7%降至24.5%；孔隙比由1.24降至0.954；固结度达到88.9%；加固后静力触探比贯入阻力P-s为加固前的3.5倍；加固后的地基允许许承载力〔R〕为加固前的2.34倍。主要技术指标均达到设计要求，满足了工程需要，取得良好的技术、经济、社会效益。