塑料排水插板在场道工程软土地基处理的应用研究_朱海锋.pdf

CM&M 2023.0143机质含量较高，工程地质性质差，施工时可将其清除，对本工程的影响较小。2-2 层淤泥质粉质黏土主要分布于跑道南侧，9 层淤泥质黏土于整个场地普遍分布。飞行区工程地基处理平面图如图 1 所示，其中阴影部分为软土地基处理范围。该两层土含水率高，呈流塑状态，属高压缩性土，工程地质性质较差，设计采用“排水插板联合堆载预压”进行本场区内含水量较大的软土地基处理。1.2 设计参数塑料排水板插设范围为：道肩边线外延 2m。塑料排水板采用 C 型，对折 5 次不断裂。板芯采用 100%纯新聚丙烯塑胶原料，滤膜采用高性能土工专用粗长纤维热熔粘合无纺布滤膜。具体参数如表 1 所示。道面区塑料排水板采用正三角形布置，插板间距为 1.5m，插板深度为 30m。塑料排水板平面布置如图 2 所示。塑料排水板竖向布置如图 3所示。0 引言在沿海地区，由于地质因素的原因，很多机场跑道、滑行道及停机坪均建在软土地基上。软土地基处理的工程质量，对机场跑道、滑行道、站坪等建筑结构的正常使用和正常运营影响大。若软土地基处理不当，造成工后沉降，将导致跑道横坡变小，道面排水速度减缓，飞机高速起降时可能会产生飘滑现象，影响运营安全。过大的工后沉降意味着发生差异沉降的可能性增大，会使跑道的纵坡发生一定改变，使跑道上高速运行的飞机产生明显颠簸，平稳舒适性下降，甚至带来安全隐患。对于软土承载力较差的工程，需对其进行地基处理。本文结合综合无锡丁蜀机场软土地基处理实例，对塑料排水板的材料技术指标、技术要求、技术措施及质量控制和机械设备等方面进行了探讨，对塑料排水插板的施工工艺进行了论述，并对存在的不足及改进做了阐述。1 工程概况1.1 工程基本情况本工程地处宜兴市丁蜀镇东北部，占地面积约 33 万 m2，场地地形较平坦，地形起伏不大，地面高程一般在 2.003.00m之间。根据地质勘察报告得知，拟建场地分布有 1-3 层淤泥和 2-2 层淤泥质粉质黏土和 9 层淤泥质黏土。1-3 层淤泥主要分布于河塘底部，厚度 0.51.5m 不等，呈流塑状，有塑料排水插板在场道工程软土地基处理的应用研究朱海锋 隆超（北京金港场道工程建设有限公司，北京 100071）摘要：塑料排水插板排水固结是软土地基中常用的处理方式，主要用于沿海地区及南方多雨地区大厚度软土处理。结合综合无锡丁蜀机场软土地基处理实例，对塑料排水板的材料技术指标、技术要求、技术措施及质量控制和机械设备等方面进行了探讨，对塑料排水插板的施工工艺进行了论述，对存在的不足及改进做了阐述。关键词：塑料排水板；排水固结；软土地基；场道工程；地基处理图1 飞行区工程地基处理平面图表 1 塑料排水板参数要求复合体芯板滤膜宽度/mm厚度/mm抗拉强度/（N/cm）纵向通水量/（cm3/s）克重/（g/m）厚度/mm滤膜克重/（g/m2）纵向干态抗拉强度/（N/cm）横向湿态抗拉强度/（N/cm）纵向梯形撕裂强度/N横向梯形撕裂强度/N湿态断裂延伸率/%渗透系数/（cm/s）有效孔径/m10024.50.2 150 40 603.70.2 120 30 25 150 160 30 510-48013044工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工3 工艺原理及流程塑料排水板加固软基的原理如下：将塑料排水板用插板机插入软土地基，在上部预压荷载作用下，土体内的水被排出，孔隙水压力逐渐消散，有效应力增加，土的抗剪强度也随之增大。将软土地基中设置的塑料排水板作为竖向排水体，板顶设置排水垫层，作为水平排水体，将孔隙水排到外侧排水沟中，以达到加速软基固结的目的。施工工艺流程如下：测量放线机组组装插板定位安装排水板沉管插板提升套管及回带量测量剪断塑料排水板检查并记录板位等打设情况移动插板机至下一板位。4 材料要求4.1 塑料排水板特点塑料排水板的特点是单孔过水断面大，排水畅通，排水阻力小，质量轻、强度高、耐久性好，是一种较理想的坚向排水板。塑料排水板由芯板和滤膜组成，芯板由聚乙烯塑料加工而成两面有间隔沟槽的板体，滤膜由化纤材料，无纺胶黏而成。土层中的固结渗流水通过滤膜渗入到芯板沟槽内，并通过沟槽沿深度向上排入垫层中，再汇集于四周排水沟中，排到场外。4.2 塑料排水板性能要求塑料排水板是工厂的定型产品，一般断面尺寸为 100mm4mm，成卷包装，每卷长 200m,质量约 25kg。产品检验项性能指标主要包括抗拉强度、延伸率、抗撕裂度、透水性、渗透系数等，检验结果需符合设计要求。5 机械设备概述5.1 施工机械设备类型打设塑料排水板的设备有两种形式：一种为履带式插板机，另一种是门架式插板机（带导轨），本次现场采用履带式插板机。5.2 机械设备人员配备及工效分析每台插板机的操作工作一般由 4 人组成：其中司机 1 人，负责操作和指挥工作；机下人员 3 人，其中 2 人负责装靴、安装、剪断和连接塑料排水板等；另外 1 人做专职插板记录工作。插板工效与原地面是否回填素土并压实，施工场区持力层深度是否与设计插板深度一致，所采用的机械类型及完好率，以及土层类型等多种因素有关。根据大量相关数据统计分析，得到各个环节功效分析如表 2 所示。6 现场施工6.1 试验段施工在正式施工前，在指定区域内分别铺设碎石及米砂排水垫层各 200m2，进行试验段施工，以检验地质勘察报告准确性、插板机机械性能、排水垫层材料的排水效果，以及施工质量检查标准是否合理。6.1.1 排水垫层施工进行场地清理、沟塘处理及人工填土层处理后，进行场区平整，分层填土至 3.0m 标高，铺设 50cm 厚中粗砂或排水沟排水沟排水沟排水沟排水沟原地面堆载区坡顶线堆载区坡顶线堆载区坡脚线堆载体塑料排水板土工布堆载区坡脚线图2 塑料排水板平面布置图3 塑料排水板竖向布置表 2 功效分析表用时工序/min效率/(根/h）装靴插板上拔移位小计接板平均0.30.40.60.51.87.030最快0.20.30.50.41.45.040CM&M 2023.0145碎石排水层至 3.5m 标高，平整及铺设范围为堆载体坡脚线外延 1m 区域。中粗砂含泥量不得大于 3%，渗透系数应大于 110-2 cm/s，砂垫层的干密度应大于 1.85g/cm3。6.1.2 插板深度统计根据现场插板深度统计数据，现场试验段共插板 77 个点，可检测深度的有效点为 77 个，平均深度仅为 14.14m，且每一点位插板作业深度均达不到 30m 的设计要求。具体数据如表 3 所示。6.1.3 插板作业机械与人员配备试验段配备履带式插板机1台（功率75kW，油耗20L/h，行走速度 5km/h，插板速度 900m/h），每台插板机组配备人员 4 人，其中司机 1 人，辅助人员 3 人。经过测算，平均每日产量（按 10h 计算）达到 8000m/台，满足施工进度要求。6.2 设计参数调整通过插板作业试验段施工可知，部分设计指标难以实现。项目管理人员根据经验及现场实测结果，对设计参数提出调整建议，设计人员根据现场试验结果及验算，对部分设计参数作了相应调整。具体如下：根据本工程的地质勘察报告和现场实际情况，跑道和站坪均存在不同深度和厚度的黏土层，土质较硬。明确本项目地基处理插板深度达到勘察报告中的 2-2 层底即可，最大深度控制在 20m。为保证排水固结效果及整体工期，将跑道进行分区，打设深度由 30m 分别调整为 17m、15m，间距由 1.5m 调整为 1.1m。站坪打设深度由 30m 调整为 18m，间距由 1.5m 调整为 1.2m。插板作业试验段采用的两种垫层材料米砂和碎石，均能满足渗水性要求，经建设、监理、设计单位综合考量，决定将 50cm 米砂变更为 50cm 碎石。要求碎石固体体积率不小于 81%，含泥量不得大于 5%，粒径要求为 26cm，且级配良好。河道沟塘填筑区域由于回填压实深度过大，直接进行塑料排水板插板作业入土困难，时间长，影响施工速度。经建设、监理及设计单位同意，对于河道沟塘区域，需先采用水泥搅拌桩进行 6m 深度的钻孔作业，再按设计要求进参考文献1 张文生.塑料排水板插板机应用及其优化改进方法 J.中国设 备工程,2020(9):107-108.2 王斯海,吴志红.排水固结加固软基新型排水材料应用现场试 验研究 J.节能,2019,38(11):138-141.3 王雷.塑料排水板施工质量的控制方法 J.水运工程,2019(8):189-193.4 程英武,陶润礼,章云,等.塑料排水板施工工艺优化与质量控 制的探讨分析 J.港工技术,2018,55(2):98-101.5 陈为烈.软基处理中塑料排水板施工问题及质量控制 J.技术 与市场,2017,24(2):42-43.6 罗明帅.塑料排水板在软土路基处理中的应用J.交通世界(工 程技术),2015(5):122-123.7 牛犇.复杂固结排水系统的研究 D.杭州:浙江大学,2014.8 孙福凯.软基处理中塑料排水板的施工质量控制 J.建筑,2008 (16):57-58.9 Study on the mechanism and settlement computation method of prefabricated drain preloading.Wang Qiang.Hohai University.2004.行后续施工。其他非沟塘填筑区域，则需采用引孔机进行引孔作业。通过现场试验，引孔深度为 3m 时，每孔可节约插板时间 2min，效果明显。7 施工总结7.1 调整设计参数后施工通过调整设计参数，现场施工满足调整后设计指标，可正常进行排水插板施工及后续堆载预压工作，具体后续堆载预压参数及地基沉降、工后沉降结果，本文不再展开论述。7.2 存在的问题塑料排水板加固软基虽得到了较为广泛应用，但实际工程应用之中，塑料排水板工艺仍存有一定的问题，具体如下：塑料排水板的滤膜孔径大小影响排水效果。孔径过大，会使粘性细小颗粒随孔隙水，迁移至排水板芯板内的排水通道，堵塞竖向排水通道。孔径过小，会使粘性细小颗粒随孔隙水迁移至滤膜附近，堆积形成致密的黏土层，堵塞空隙水进入芯板排水通道的孔径。因此由于工程地质的差异性，这对选择具体某一型号的塑料排水板是有难度的。塑料排水板在预压期能加速排水，加固软基，而预压期后，由于竖向排水通道的存在，其排水效果将加速沉降的产生，不利于工后沉降的控制。7.3 改善措施采用高性能防淤堵过滤布，其具有较大的等效半径，在防止滤膜淤堵方面具有较为明显的效果。采用可降解材料的滤膜或芯板，其在预压期后自行降解，结合粘性颗粒及自身材料堵塞排水通道，消除塑料排水板引起的工后沉降的产生与发展。表 3 试验段插板深度统计表 m点位ABCDEFG110.59.312.914.115.513.314.7212.118.112.314.913.314.115.7315.518.913.314.915.514.314.1415.320.114.918.516.711.315.5514.116.713.913.516.913.110.9614.916.516.914.917.115.512.9716.720.915.314.713.510.59.5815.510.914.117.715.316.112.1911.19.713.712.912.712.511.9109.311.315.319.39.113.911.71111.714.314.915.712.514.110.9