塑料排水板固结法在加固海堤基础工程中的应用.pdf

水利建设与管理 2 0 1 1 年第 3期 江伟安 ( 宁波市三江河道管理局 3 1 5 1 0 9 ) 【 摘要】 宁波市七姓涂围涂工程根据海堤基础的地质条件， 通过基础处理方案的比选， 采用塑料排水板固结法。 通 过制定合理的堆载计划， 塑料排水板固结法有效地解决了固结和沉降问题， 同时确保了海堤抗滑稳定。实践证明： 该 方法处理深厚软土地基经济合理， 并能有效控制工后沉降。 【 关键词】 软土地基塑料排水板固结法 固结沉降 1 工 程概况 宁波市七姓涂 围涂工程位 于北仑 区梅 山乡南部海 域的象山港 口门区 ，地理坐标为 ：东经 1 2 1 o 5 8 5 6 ” ， 北 纬 2 9 ~ 4 7 5 3 ” ；围 涂 总 面 积 约 9 0 4 h m 2 ，堤 线 总 长 约 1 0 5 0 3 m， 其 中 ， 西 大 堤堤 顶 高程 5 ． 9 m， 堤 顶路 面 高程 5 ． 3 m， 南大堤顶高程 7 ． 6 m， 堤顶路面高程 6 ． 8 m。工程区 历史最 高潮位 4 ． 3 3 m ( 1 9 9 7年 ) ，多年平 均最 高潮位 3 ． 2 2 m； 多年平 均高 潮位 2 ． 3 9 m； 多 年平均潮 位 0 ． 6 8 m； 多年平均低潮位 一 1 ． 2 0 m； 多年平均 潮差 2 ． 9 3 m； 汛期平 均潮差 3 ． 0 4 m； 非汛期平均潮差 2 ． 8 2 m 。堤基处理需水 上施工 ， 风浪条件较为恶劣 ， 属候潮施工项 目。 2 工程地质条件 经地质勘察， 海堤基础土层 大致可分为 3 个地质层 、 六个亚层 ， 三个土层均为高含水量 、 高压缩性 、 低强度 的 软土 ， 物理力学性质差 ， 是边坡稳定及堤坝压缩变形的控 制层。各层土的详细物理力学性质指标详见表 1 。 表 1 土 层 的 物 理 力 学 性 质 指 标 层顶标高 土层厚度 天然含水量 重度 1 ， 土层编号 土层名称 孔隙比 e 塑性指数 ， p 液性指数 厶 土粒 比重 G ( m 1 ( m) ( ％) ( k N ／ m ~ ) ①一 淤泥质粉质粘土 - 0 ． 3 1 - 3 ． 0 4 2 ． 1 ～ 6 ． 8 4 6 ． 9 t l 7 ．6 1 ． 2 8 1 1 4 ． 1 1 ． 8 2 ．7 3 ① 淤泥质粉质粘土 - 8 ． 4 5 - 2 ． 6 6 5 ． 8 ～ 1 4 ． 9 4 3 ． 2 1 7 ．8 1 ． 1 8 9 1 4 ． 3 1 ． 5 3 2 ．7 3 ②- 淤泥质粘土 - 2 1 ． 8 3 ～ 1 4 ． 0 5 0 ． 0 - 5 ． 0 4 6 ． 1 1 7 ．6 1 ． 2 6 8 1 7 ． 4 1 _ 2 7 2 ．7 3 ② 淤泥质粉质粘土 一 l 9 ．7 4 ～ 一 l 1 ． 1 8 0 ． 0 ~ 2 5 ．5 3 8 ． 8 1 8 ． 1 1 ． 0 9 1 1 4 ． 2 1 ． 2 3 2 ．7 2 ③一 粉抽粘土 一 2 4 ．7 3 ～ 一 l 5 ． 5 l 0 ．0 - 6 ． 0 3 0 ． 4 1 9 ． 1 0 ． 8 5 8 l 3 ． 1 0 ． 8 7 2 ．7 2 ③ 粘 土 - 2 5 ． 8 3 - - 2 5 ． 0 8 0 ． 0 - 8 ． 9 4 2 ． 2 1 7 ．7 1 ． 2 1 2 1 8 ． 5 O ．9 5 2 ．7 5 3 问题的提出 根据工程地质勘探报告 ， 该工程海堤全线建在深厚 的软土地基上 ， 此种软土地基含水量高 、 空隙比大 、 抗剪 强度低 ， 但海堤堤身较高 ， 在荷载作用下 ， 将产生很大的 沉降 ， 而且固结时 间较长； 又 由于软土的强度低 ， 远远不 能满足承载力和稳定的要求 ， 必须进行基础处理。 基础处 理 占整个工程投资的比例较大 ，也是影响施工工期的关 键因素 ； 地基处理方案的好坏 ， 不仅影响工程造价 ， 而且 对海堤施工期及运行期的安全产生极大的影响 ，因此安 全可靠 、 经济合理 、 施工方便的基础处理方案十分重要。 江伟安， 塑料排 水板 固结 法在加 固海堤基础工程 中的应用 4 5 4 基础处 理方案 比选 目前海堤基础 处理 的主要方 法有塑料排 水板 固结 法 、 镇压层法 、 爆 炸挤 淤置换法 、 振 冲碎石桩法 、 搅拌桩 法 、 土工织物加筋法 ， 以及在围涂工程 中正在尝试应用 的薄壁筒桩法【 - 】 等 。由于该工程堤身较高 ， 地 基透水性 差 ， 搅拌桩成本较高 ， 根据工 程区地形地质条件 及建筑 材料情况 ，按 同等稳 定安全 系数对 塑料排水板 固结 法 ( 方案一 ) 、 爆炸挤淤置换法( 方案二 ) 、 振 冲碎石桩法( 方 案三 ) 、 碎石垫层加筋法( 方案四) 进行技术经济 比较 。 表 2 为不同地基处理方法 的优缺点比较 ，表 3 为不 同地基 处理方法 的工程造价及采 用不 同方法施 工后主坝沉 降 量比较 。 表 2 方 案 优 缺 点 地基处理方法 优 点 缺 点 ( 1 ) 石方用量少 ， 施工对环境影响较小 ； ( 2 ) 对地基土扰动小 ； ( 3 ) 计算理论成熟， 施工经验丰富； 塑料排水板固结法 ( 1 ) 施工程序多， 须根据地基强度和沉降变化情况控制加荷速率； ( 4 ) 施工期沉降大 ， 工后沉降小 ， 可有效减少 由于工 后不均匀沉降导致的工程破坏 ； ( 5 ) 投资省 ( 1 ) 工后沉降量小 ； ( 1 ) 石方用量大 ； 爆炸挤淤置换法 ( 2 ) 施 工程序少 ， 受风 浪潮汐影响小 ； ( 2) 施 工技术要求 高 ； ( 3 ) 投资比塑料插板法大； ( 3 ) 施工加 荷速率相对较 快 ( 4) 地 基扰 动大 ，对环境影 响大 ( 1 ) 施工 比较 简单 ； ( 1 ) 海 上候潮 施工难 度较 大 ； 振 冲碎石桩法 ( 2) 施工要求 高， 施工专业性较强 ； ( 2 ) 海堤可采用直立式海堤 ， 有利 于建造 ll缶时码头 ( 3 ) 造价较 高 ( 1 ) 石方用量较少 ， 施工对环境影响较小 ； ( 1 ) 工后沉 降较大 ； 碎石垫层加筋法 ( 2 ) 对地基土扰动小 ( 2 ) 施工加荷速率较排水板法慢， 工程投资较塑料排水板法大 表 3 沉 降 及 造 价 项 目 方 案一 方 案二 方 案三 方 案 四 主坝工期最 大沉降量( m) 2 ．0 1 5 0 ．4 6 0 ．O 6 2 0 ． 8 5 5 主坝工后最大沉 降量( m) 0 ． 1 8 O ． 1 4 0 ． 1 5 1 ． 3 4 O 总沉 降量 ( m) 2 ． 1 9 5 O ．6 0 ．2 1 2 2 ． 1 9 5 每延米工程造价( 元) 4 3 8 2 9 4 4 5 2 1 5 9 6 1 8 4 4 1 2 6 对 比发现 ， 塑料排水板 固结法质量可靠 、 施工方便 、 工效高 、 工程费用低 、 对土的扰动小 、 可用轻型机械 ， 在 围 垦工程中应用广泛 ，且该地 区已培养了多支具有丰富经 验的施工队伍。 因此 ， 此次设计采用插打塑料排水板进行 地基处理 ， 同时进行抛石填筑及采用土工膜技术 ， 以保证 施工效果及工期要求 。 5 软基处理及施工方案 5 ． 1 塑料排水板加固原理I2 ] 塑料排水板对海堤地基加固处理作用机理是通过在 软基表面施加附加应力 ， 经施工期的预压后 ， 使被加 固土 体 中的孔隙水排 出， 有效应力增加 ， 土中孔隙体积减小 ， 密实度加大 ， 在施工期完成工程的大部分沉降量 ， 使工后 沉降量降到最低数值 ，同时土体强度和地基承载力均得 到提高。 沉降按分层 总 和法 计算【 3 ] ， 计算 土层 深度 至 5层粉 质粘土。计 算公式 为 S = ， n = ( 一 e a ) ， ( 1 + e l f ) 式中 s 一由固结而产和的地基最终沉降量 ； e l r一 各分层中点在 自 重应力作用下的相应孔隙比； e 一 该点在 自重应力和 附加应力共 同作用下的 相应孔隙比； ^ 广—玢 层的厚度 ； 巩——考虑地基 侧变形 产生 的地基 沉降经 验系 数 ， 取 1 ． 6 ( 取 1 ． 6时经验系数法与公式法计算结果较为 接近 ) 。 5 ． 2 设计及施工方案 该工程海堤基础按施工工期 6 7 0天 、预压工期 6 7 0 江伟安， 塑料排水板 固结法在加 固海堤基础工程 中的应用 天 、 稳定系数不小于 1 ． 2 、 工后沉降不大于 3 0 c m的原 则 进行设计 和验算。 根据工程区的软基构成情况和所处位 置不同， 整个海堤排水板 的打设深度为 1 5 ～ 2 0 m， 靠近礁 石地带排水板打设深度视具体地质情况作适当调整 。 排 水板间距 1 ． 3 m， 正方形布置 ， 换算系数 0 ． 7 5 ， 排水板有效 直径 0 ． 0 5 m， 排水范 围等效直径 1 ．4 7 m。水平排水 ： 先在 堤基涂面铺一层 3 0 k N ／ m土工 布 ，再铺筑厚 l m碎石排 水 垫层 ， 上铺 8 0 k N ／ m土工布 ； 垂 直排水 ： 采 用 1 0 0 m m x 4 m m刻度式可测 深塑料排 水板 ， 正方形布置 ， 井径 比小 于 3 0 ， 排水板 间距 1 ． 3 m， 插入地基深度根据软土层深度 确定。 同时根据软土地基筑堤的施工特点 ，为确保海堤稳 定 ， 在施工过程 中必须遵循“ 分层填筑 ， 薄层 轮加 ” 的原 则 ， 抛石 、 塘渣 、 土石混合料每层填筑厚度不超过设计值 ， 并满足技术间歇期要求。控制指标如下 ： a ． 日 沉降量不大于 3 0 ra m 。 b ． 日侧向位移不大于 6 m m 。 c ． 地基 超静 孔 隙水压 力不 大于 荷载 所产 生应 力 一 g 一 越 随 0 一 昌 一 栅 蛙 好 的 6 0 ％。 5 ． 3 施工工艺流程 施工工艺流程『 4 1 为 ： 铺设涂面土工布一碎石垫层( 基 脚与主堤同步) 一插打排水板 ( 排水板穿靴一下插套管到 位一拔出套管一割断排水板一检查并记 录板位等情况一 机具移位一铺设 8 0 k N ／ m土工布 ) 一镇压层抛石一主堤抛 石一棱体抛石一石渣反滤层一反滤土工布一土方闭气一 地梁施工一直墙施工一主堤干砌块石护坡一 四脚空心块 安放一 内坡浆砌一防浪墙施工一堤顶石渣垫层铺筑一稳 定层铺筑一堤顶混凝土路面施工。 6 排水加 固效 果 为便于分析 ，本文选择较 为典 型的西大堤桩号 1 + 0 0 0断面作 为分析对象 ， 该 断面海堤排水板 的打设深度 为 2 0 m。 由下图可见 ，桩号 1 + 0 0 0 断面所在堤段的软基处理 于 2 0 0 8 年 6月中旬开始进行铺砂垫层和插板施3 2 ． 2 0 0 9 年 1 0月 2 4日 完成堤身抛石填筑 ， 共填高 6 m， 尚有 6 5 c m 的堤顶路面及垫层未施工 ，最高堤身处 已观测沉降量达 +T 1 』J u 载高度 — 一T 2 J J II 载高度 +T 3 J I I ] 载高度 一T 4 J ／ II 载高度 1 I ， ⋯⋯二二： ： ： ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． ．⋯一- L 厂一一一 一 T⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯’⋯一：一一／ ——⋯⋯一上 ⋯ ⋯⋯⋯⋯．工 二二二 ⋯一 ． J_⋯一⋯一⋯⋯⋯⋯一一一一一一一 一 一- ／ I T一 一 ⋯’ 一一 l I I J L I _ I ． 1 l I I _ l l 日期 ( 年．月． H) 各沉降测点沉降曲线图 7 6 5 4 3 2 O O 2 4 6 8 1 2 4 6 0 O 0 0 1 l l 江伟-O r ／ 塑料排水板 固结法在加 固海堤基础工程 中的应用 到 1 ． 4 2 2 m， 沉降尚处增长阶段 ， 逐步接近设计完工理论值 1 ． 9 2 1 m， 待堤顶道路完工时 ， 预计施工期总沉降量与设计 完工理论值基本相吻合 。 7 结语 根据该工程实践 经验 ，经塑料排水 板堆载 预压处 47 理 ， 明显地改善 了软 土层 的排水 固结过程 ， 整个工 程得 以顺利进行 。在分层预压荷载作用下 ， 地基土 的超静孔 隙水压力不断消散 ， 地基土承载力不断提高 ， 效果明显 ， 经济合理。△ 参考文献 1郭平 ， 胡明华， 周建 ， 王哲． 大直径现浇混凝土薄壁筒桩在围海工程中的应用研究． 水利水电技术 ， 2 0 0 4 ， 3 5 ( 4 ) ： 2 9 — 3 1 ． 2郑俊杰． 地基处理技术． 武汉 ： 华中科技大学出版社 ， 2 0 0 4 ． 3龚晓南． 土力学． 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 2 ． 4胡健． 塑料排水板加固软土路基施工技术． 山西建筑． 2 0 0 7 ， 3 3 ( 8 ) ： 3 2 8 — 3 2 9 ． ， 写 ( 上接第 6 2页) 质越好 ， 如 4 3号水井在 2 2 0 ～ 2 5 0 m试验段 矿化度为 0 ．2 7 g ／ L ； l l ~ 水源地年可开采量 为 2 0 0 0万 m s 。 对 该水源地应立法保护 ， 水源地外 围 1 - 3 k m为保护区， 严禁 非法打井 ， 确保水源地淡水资源不受污染 。 b ． 为降低地下水位 ， 减少无效蒸发量 ， 减少北部断面 地下水的补给量 ，在北部地下水径流补给断面建设两处 农业供水水源地。 一处布置在英买力镇西北侧 ， 一处布置 在红旗镇北部 ， 南北长 约 2 0 k m、 东西宽约 2 0 k m左右 ， 面 积 4 0 0 k in 2 。地下水径流由北向南 ， 地下水富水性强 ， 水质 矿化度小 于 l g C L ( 如 T C 井深 1 3 0 m， 矿化度为 0 ． 6 5 g ／ L ) ， 是 良好的农业供水水源地 ；英买力农业水源地及红旗农 业水源地年开采量为 2 6 0 0 万 m ， 。 建议水源地以设计井深 1 0 0 ～ 1 2 0 m、 井距 7 0 0 ～ 8 0 0 m为宜。 c ． 在南部为 限制性 开采 区。主要 分布在渭 干河以 南 地 带 ，南 北 长 约 4 0 k m、东 西 宽 约 2 5 k m，面 积 约 l O 0 0 k m 2 。据井深 1 2 0 ～ 1 5 0 m资料 ， 地 下水 矿化 度为小 于 1 g ／ L的淡水 ， 年可开 采量为 1 0 6 3万 m 左 右 。由于 在 1 0 0 ～ 1 5 0 m 以上 浅层 潜水 矿化 度 、 氟 、 氯 化 物 、 碳酸 盐 均超标 ， 若大 量开 采深 层优 质 地下 水 ， 则 地下 水形 成 漏斗 后 ， 上 部 劣 质潜 水 会 产 生倒 灌 ( 流 ) 使水 质 变 坏 ， 所以不宜在此选建集 中开发的大型水源地 ， 可分 散 布井 开采 地 下水进 行 农业 灌 溉 ，建议 以设 计 井深 8 0 ～ 1 0 0 m、 井距 8 0 0 ～ 1 0 0 0 m为宜 。 其深部 优质地下水水 量较少 ， 渗透及 补给条 件较差 ， 故 可开采量 较小 ， 可作 为农村生 活水源 。 6 结语 a ． 通过对沙雅县渭干河流域水文地质 的调查评价工 作 ， 初步查明了地下水的补 、 径 、 排条件 ， 划分了地下水 的 富水地段 ， 初步查明 了地 下水咸 、 淡水的分布规律 ， 对地 下水进行功能区划分确定 ， 得到了当地政府的高度重视 ， 已开始逐步实施 ， 取提得 了明显的社会效益。 b ． 新疆南疆大部分地 区，由于不合理地利用地表水 资源进行农业 大水漫灌 ， 造成地下潜水位不断上升， 无效 蒸发量加大 ， 地下潜水水质受蒸发浓缩作用 ， 水质矿化度 增高 ， 水质变差 ， 不合理地开发地下水会造成有限的淡水 资源受到咸化污染 ， 必须引起高度重视。 c ． 建议对新疆地下水 资源进行新一轮的水文地质勘 察工作 ， 查明地下水水质的变化趋势 ， 进行地下水资源评 价 ， 划 出地下水功能 区， 进行保护性开采。建立地下水动 态 自动观测体系 ， 以地下水位作为约束条件进行管理 ， 以 最少的成本取得最大的经济效益和环境效益。△ 参考文献 1岩土工程地质勘察规范( GB 5 0 0 2 1 --2 0 0 1 ) ． 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 1 2工程地质手册( 第 四版 ) ． 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 7 ． 2 ． 3柴寿喜等． 滨海盐渍土的工程地质问题与防护固化方法． 工程勘察． 2 0 0 9 ( 7 ) ． 4李涛． 马长慧． 沙县三乡两镇供水工程勘察报告． 2 0 0 5 ． 8 ．