塑料排水板預(yù)壓法在海堤工程中的施工淺析

甘 泉

塑料排水板預(yù)壓排水固結(jié)法是軟土地基工程實(shí)踐中,應(yīng)用排水固結(jié)原理發(fā)展起來的一種地基處理方法。在圍墾工程軟土地基處理中應(yīng)用非常廣泛,施工工藝成熟,但是在水下軟土地基處理時(shí),塑料排水板的打設(shè)和拋石加載、施工監(jiān)測等施工技術(shù)還是薄弱環(huán)節(jié)。本文對塑料排水板預(yù)壓排水固結(jié)法在圍墾海堤軟基處理工程中的施工特點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了分析,提出了解決塑料排水板預(yù)壓排水固結(jié)法施工中技術(shù)難點(diǎn)的方法和達(dá)到軟基處理設(shè)計(jì)效果的措施。荷載及施加的方法、改善厚層軟土層的排水固結(jié)條件,這就是排水固結(jié)法的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題。經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐,采用自重預(yù)壓、堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、降水預(yù)壓和真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓來解決預(yù)壓荷載及施加的方法的技術(shù)問題,通過增設(shè)豎向排水體和水平排水墊層改善厚層軟土層的排水固結(jié)條件。

排水固結(jié)法能有效地提高軟土地基的強(qiáng)度與承載力和穩(wěn)定性,能有效地改善軟土地基的變形性質(zhì),減少建(構(gòu))筑物沉降與不均勻沉降,是軟土地基處理一種行之有效的方法。

1 排水固結(jié)法的原理與應(yīng)用

排水固結(jié)法的基本原理就是利用土的加載預(yù)壓排水固結(jié)性質(zhì),通過施加預(yù)壓荷載,并增設(shè)豎向排水體和水平排水層,改善地基的排水固結(jié)條件,加速地基的固結(jié)和強(qiáng)度增長,提高地基的承載力和穩(wěn)定性,加速沉降發(fā)展,使基礎(chǔ)沉降提前完成,減少或消除基礎(chǔ)的沉降。具體的應(yīng)用主要有以下兩個(gè)方面:

1)提高建筑物軟土地基的承載力和穩(wěn)定性,利用堆載或自重荷載,并增設(shè)豎向排水體,通過分級逐漸加載,并控制加載速率,在前一級荷載作用下排水固結(jié),地基的強(qiáng)度或承載力增長后,再施加下一級荷載,逐步提高地基強(qiáng)度以達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

2)消除或減少建筑物基礎(chǔ)的沉降,可在擬建建筑物的場地上,先施加預(yù)壓荷載,使地基土層充分排水固結(jié)壓密,然后卸去預(yù)壓荷載,再建造建筑物,這樣經(jīng)過預(yù)壓后由建筑物荷載引起的沉降就明顯減少。

欲要上述應(yīng)用取得良好的排水固結(jié)效果,必須具備兩個(gè)基本條件:即足夠的預(yù)壓荷載和良好的排水固結(jié)與充分的排水固結(jié)時(shí)間。應(yīng)用排水固結(jié)法處理軟土地基時(shí),必須設(shè)法尋求必要的預(yù)壓

2 塑料排水板預(yù)壓排水固結(jié)法的施工工藝

施工準(zhǔn)備→測量放樣→鋪設(shè)土工織物→拋填碎石(砂)墊層→插設(shè)塑料排水板→鋪設(shè)土工布織物→分級加載(施工監(jiān)測)→達(dá)到設(shè)計(jì)的加載荷載。

3 塑料排水板預(yù)壓排水固結(jié)法在圍墾海堤工程中的施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

圍墾海堤工程受海洋潮汐的影響,灘涂面不能全天候的外露,有的灘涂面還不能露出海水面,灘涂面的浮淤層一般較厚又不能清理,因此給施工帶來了一定的難度。對于不能露灘的海堤需要采用專用工程船舶進(jìn)行施工,海浪對施工影響很大。

塑料排水板預(yù)壓處理圍墾海堤軟土地基要達(dá)到預(yù)期的效果,同樣要從施加預(yù)壓荷載的大小和方法、豎向排水體布置的形式與尺寸這兩方面去控制施工。設(shè)計(jì)圖紙一般對塑料排水板的布置形式、間距和打設(shè)深度都有明確的說明;對施加預(yù)壓荷載的大小有明確要求,但是對加載的方法設(shè)計(jì)一般有一個(gè)建議加載曲線圖和加載速率控制指標(biāo)。加載速率控制指標(biāo)是要在加載施工后通過施工監(jiān)測反映出來的,如果超過加載速率控制指標(biāo),地基土?xí)a(chǎn)生過大的塑性蠕變,地基土的結(jié)構(gòu)性會(huì)破壞;如果加載速率控制指標(biāo)變化很小,反映荷載水平小,這樣排水固結(jié)產(chǎn)生的壓縮量和強(qiáng)度增長量也小,施工工期就會(huì)很長。因此,在采用塑料排水板預(yù)壓排水固結(jié)法處理圍墾海堤軟土地基工程中,需要解決的施工技術(shù)難點(diǎn)就是解決塑料排水板打設(shè)的位置和深度,分級加載的荷載大小,加載速率的控制三方面的問題。

4 圍墾海堤工程塑料排水板打設(shè)施工措施

4.1 施工工藝流程

施工放樣→船體定位→樁機(jī)移動(dòng)就位→安裝管靴→沉設(shè)套管至設(shè)計(jì)底標(biāo)高→提升套管至碎石墊層表面以上→由割帶系統(tǒng)割帶→沉管提至水面重新裝帶→樁機(jī)移動(dòng)就位→重復(fù)排水板插設(shè)。

4.2 主要施工措施

1)測量定位:主要采用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),通過船頭、船尾各拋兩臺(tái)八字錨,拋錨系纜應(yīng)根據(jù)施工區(qū)域的風(fēng)浪、水流條件合理進(jìn)行調(diào)整,錨纜長度為200 m,采用絞錨機(jī)調(diào)整修正船體位置,使船體準(zhǔn)確定位,錨纜系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠、使用方便。

2)平面控制:在平臺(tái)走軌上標(biāo)出平臺(tái)插板樁位置,并標(biāo)在平臺(tái)四周及橫梁上,樁機(jī)必須以此移動(dòng)準(zhǔn)確定位。排水板打插時(shí),每30 min左右根據(jù)潮水位漲落調(diào)整錨纜,復(fù)核船體定位位置,確保施工時(shí)塑料排水板樁平面位置準(zhǔn)確。

3)標(biāo)高控制:在樁機(jī)沉管上刻上刻度線,使打插深度一目了然。以沉管入土深度控制塑料排水板的插設(shè)底高程,即控制排水板的插設(shè)長度。每插完一排塑料排水板,測量一次水深,確保打插排水板的底高程達(dá)到設(shè)計(jì)要求,同時(shí)確保排水板上端露出碎石墊層的長度不小于20 cm。

4)垂直度控制:用經(jīng)緯儀、掛線隨時(shí)檢測沉管的傾斜度,通過調(diào)整插板船的壓倉水及打設(shè)架的仰俯調(diào)整樁機(jī)垂直度,其偏差不超過±1.5%。

5)回帶控制:沉管上安裝排水板帶插設(shè)自動(dòng)記錄儀,記錄每根樁的長度及回帶情況。直觀上看,沉管上提,如果有回帶,則回帶時(shí),能看到在沉管板帶入口處的排水板帶在與沉管口沒有相對位移,而此時(shí)的沉管上提高度亦正好是回帶長度,如果此長度超過50 cm,應(yīng)在邊上補(bǔ)打一根。

6)水下剪帶:采用水下自動(dòng)剪帶系統(tǒng)剪帶,板帶外露長度不小于20 cm。

5 荷載加載水下施工措施

1)網(wǎng)格劃分:網(wǎng)格劃分以軸線為基礎(chǔ),根據(jù)施工圖斷面的不同將拋填區(qū)域分別以各斷面沿軸線長度10 m范圍為一個(gè)大網(wǎng)格,大網(wǎng)格中又以2 m×2 m劃為小網(wǎng)格,以控制投拋位置。

2)裝料控制:按照劃分的網(wǎng)格,根據(jù)對每條對開駁一次投拋的面積乘以拋投厚度計(jì)算出所需方量,然后在駁船上刻上標(biāo)記,每次裝料都以裝到標(biāo)記線為準(zhǔn)。

3)對開駁定位:首先在對開駁船上安裝好GPS定位設(shè)備,在定位船船首和船尾分別設(shè)一臺(tái)GPS系統(tǒng)天線,同時(shí)在電腦上輸入施工區(qū)域位置,與GPS岸臺(tái)相配合即可找到任何拋投點(diǎn)的位置,再在施工位置上進(jìn)行單格投拋位置設(shè)置。

4)漂移量調(diào)整:由于潮流、潮向的影響,投拋砂包時(shí)勢必有一定的漂移量,應(yīng)根據(jù)測定結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)對漲退潮流態(tài)的實(shí)際測定,砂袋拋距經(jīng)驗(yàn)公式為:

其中,S為沖距,m;VO為水面流速,m/s,測速儀測定拋投點(diǎn)水面流速;H為水深,m,用測深儀測定拋投點(diǎn)水深;W為塊石重量,kg。

沖距加裝石船船頭空白區(qū)距離為定位船的提前量,利用GPS精確定位,使對開駁拋投位置和砂袋入水后需拋投的位置相對應(yīng)。

5)厚度控制:按照分層加載厚度要求,實(shí)際施工中要隨時(shí)測定流速、流向、水深、波浪等影響因素,隨時(shí)調(diào)整對開駁的裝石量和投拋定位。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn),根據(jù)漂距計(jì)算和GPS定位是保證厚度的有效措施。

6)整平:由于各斷面拋石區(qū)粗拋采用對開駁拋填,拋填的平整度和高程均與設(shè)計(jì)圖紙存在較大的誤差,退潮后需放樣標(biāo)桿,人工指揮反鏟挖機(jī)平整、修坡,以滿足設(shè)計(jì)斷面要求。

7)補(bǔ)拋:拋石面經(jīng)修整后,對高出的拋石進(jìn)行挖除,漏拋或不夠的位置,用毛竹標(biāo)桿標(biāo)示,待漲潮后,用100 t級的小型對開駁進(jìn)行補(bǔ)拋。

6 荷載加載水上施工方法與施工監(jiān)測

加載施工時(shí),每次加載荷載的大小采用石料填筑的厚度來控制,石料填筑的厚度由前一級加載預(yù)壓后地基強(qiáng)度的增長值確定,一般控制在地基經(jīng)過預(yù)壓強(qiáng)度增長后極限承載力的0.7倍。預(yù)壓歷時(shí)t地基強(qiáng)度的增長可用下式計(jì)算:

其中,η為由于剪切蠕動(dòng)和剪切速率減慢引起地基強(qiáng)度折減的系數(shù),一般為0.9～0.95;Cu為天然地基土的不排水剪強(qiáng)度;σz為計(jì)算點(diǎn)的附加應(yīng)力;Ut為計(jì)算歷時(shí)t的固結(jié)度。因此每次的加載厚度可以是不相等的。

在加載的同時(shí)要及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場施工監(jiān)測,獲得可靠的觀測結(jié)果,并對觀測結(jié)果進(jìn)行整理,監(jiān)視地基變形及穩(wěn)定性的發(fā)展,及時(shí)作出判斷,指導(dǎo)施加預(yù)壓荷載。對于地基穩(wěn)定性判斷與分析可按如下方法進(jìn)行:首先將各項(xiàng)觀測結(jié)果繪制成沉降(或側(cè)向位移和孔隙水壓)和荷載壓力與時(shí)間關(guān)系曲線,和孔隙水壓過程曲線。然后判斷各測點(diǎn)地基的穩(wěn)定性,當(dāng)測點(diǎn)的沉降、位移和孔隙水壓力隨時(shí)間的變化產(chǎn)生突然增大,且其累計(jì)增量與荷載增量出現(xiàn)非線性增大和轉(zhuǎn)折時(shí),可以認(rèn)為該測點(diǎn)地基出現(xiàn)塑性屈服或剪切破壞,應(yīng)立即采取停止加載或卸載的措施,防止地基局部剪切破壞的進(jìn)一步發(fā)展,保持地基的穩(wěn)定。

7 結(jié)語

在用塑料排水板預(yù)壓處理圍墾工程海堤軟土地基工程中,潮水水面下的塑料排水板打設(shè)、加載是施工的難點(diǎn),也是海堤軟土地基處理效果好壞的關(guān)鍵點(diǎn)。逐級加載方法與施工監(jiān)測是能否達(dá)到設(shè)計(jì)效果的重點(diǎn),同時(shí)也是保證施工工期和施工效益的重要因素,在實(shí)際工程中建議重點(diǎn)研究。