軟土基礎(chǔ)塑料排水板技術(shù)研究現(xiàn)狀

李英娜 張井財(cái)

(1.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 青島 266033； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001)

軟土基礎(chǔ)塑料排水板技術(shù)研究現(xiàn)狀

李英娜1張井財(cái)2

(1.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 青島 266033； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001)

結(jié)合塑料排水板原理簡(jiǎn)單、施工快捷、可提高軟基土層的排水性能等特點(diǎn)，從國(guó)內(nèi)外兩方面討論了塑料排水板在軟土路基中的理論研究和工程應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)塑料排水板法加固軟土路基的研究做了展望。

塑料排水板，軟土路基，固結(jié)，排水

如何有針對(duì)性的解決軟弱土層含水量大、壓縮性高、力學(xué)性能差等工程問題，保證軟土路堤承載力，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力解決的難題。排水固結(jié)法是一種有效的軟土基礎(chǔ)處理方法，其核心在于提高土層的排水性能，拓寬排水途徑[1,2]。

塑料排水板是一種行之有效的固結(jié)排水技術(shù)，起源于國(guó)外，并在西歐和日本等地推廣。具有原理簡(jiǎn)單、施工快捷、質(zhì)量可控性高、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)[3]。我國(guó)對(duì)塑料排水板最早的研究來源于1979年劉家豪等人，其制作的SPB-2型塑料排水板是我國(guó)最早的國(guó)產(chǎn)塑料排水板[4]。此后，塑料排水板被推廣應(yīng)用，取得了一系列成果。下面將從國(guó)內(nèi)和國(guó)外兩個(gè)方面對(duì)塑料排水板的研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理。

1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

肖策等[5]將塑料排水板堆載預(yù)壓法應(yīng)用于橫琴某市政道路工程中。該研究對(duì)實(shí)際工程最大的一個(gè)意義在于，將分層堆載和施工實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，給出了度量堆載速率的參數(shù)，使得后續(xù)工程可以根據(jù)實(shí)時(shí)的施工檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整堆載方案，更加科學(xué)合理的進(jìn)行施工作業(yè)。

成強(qiáng)[6]按照塑料排水板對(duì)海堤的實(shí)際施工處理資料，總結(jié)了塑料排水板技術(shù)在近海工程的優(yōu)勢(shì)。認(rèn)為塑料排水板可在有效控制施工質(zhì)量的同時(shí)降低成本，加快施工進(jìn)度。

高會(huì)強(qiáng)[7]推導(dǎo)了塑料排水板的通水量變化的情況下地基加固深度的變化規(guī)律方程，從而獲得了塑料排水板處理基礎(chǔ)任意位置的固結(jié)度，進(jìn)而明確了排水板通水量在施工設(shè)計(jì)中的地位。

蒙劍坪等[8]研究了塑料排水板打設(shè)深度、布置形式、板間距以及排水板排水性能對(duì)處理效果的影響。結(jié)果顯示打設(shè)深度對(duì)處理效果的影響起決定性作用，實(shí)際工程中必須合理設(shè)計(jì)。

陳尚勇[9]研究了長(zhǎng)排水板與短攪拌樁聯(lián)合法處理深厚軟土基礎(chǔ)的問題，認(rèn)為該技術(shù)很好的發(fā)揮了兩種地基處理方法的長(zhǎng)處，可以顯著加快基礎(chǔ)的固結(jié)沉降，并使基礎(chǔ)承載力有了明顯提升。

黃飛等[10]結(jié)合南京浦口濱江大道工程檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)塑料排水板的簡(jiǎn)化方法在數(shù)值模擬中的合理性進(jìn)行了對(duì)比研究，指出簡(jiǎn)化方法對(duì)結(jié)果的影響并不大。

呂子鑫等[11]研究了塑料排水板的布置間距和打設(shè)深度對(duì)基礎(chǔ)的加固效果。揭示了剩余主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降的變化規(guī)律。

謝非等[12]從實(shí)際工程出發(fā)，驗(yàn)證了塑料排水板與分層堆載相結(jié)合的基礎(chǔ)處理方法的有效性。

Wei等[13]采用塑料排水板與土工布相結(jié)合的方法對(duì)溫州地區(qū)的深厚軟土地區(qū)的海堤基礎(chǔ)進(jìn)行了處理，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)使用指數(shù)曲線擬合了軟土地基的沉降方程，提出了塑料排水板處理軟土地基時(shí)基礎(chǔ)沉降的預(yù)測(cè)模型。該模型考慮了負(fù)載變化時(shí)土體的非線性變形，有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

Li[14]基于雙屈服彈塑性理論，提出了一個(gè)用于塑料排水板處理軟土地基的沉降計(jì)算的黏彈塑性模型。該模型將等效砂墻法引入塑料排水板處理軟土地基的處理計(jì)算中。通過有限元計(jì)算結(jié)果和實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了該模型的有效性。

2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

Sinha等[15]將塑料排水板用于長(zhǎng)黏土路堤中，通過實(shí)際監(jiān)測(cè)整合的數(shù)據(jù)，認(rèn)為采用塑料排水板處理的路堤沉降可分為三個(gè)階段,并給出了各個(gè)階段的控制特征點(diǎn)的計(jì)算方法。

Chu等[16]使用塑料排水板對(duì)一個(gè)超軟細(xì)粒度的土壤含水率高的路堤項(xiàng)目進(jìn)行了研究。通過大量模型試驗(yàn)驗(yàn)證了塑料排水板加速該土質(zhì)路堤的固結(jié)沉降效果。

Sinha等[17]提出一種新的拐點(diǎn)法來預(yù)測(cè)采用塑料排水板處理的軟黏土路堤的沉降。該方法認(rèn)為在大概沉降完成70%時(shí)沉降曲線將會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，之后路堤的沉降速度降低到最小值，在該速度上進(jìn)行路面的二次施工在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上是可行的。Sinha還分析了不同的下層土壤厚度、排水板間距比率以及粘土厚度等因素對(duì)拐點(diǎn)的影響。與傳統(tǒng)的Asaoka法相比，該方法有更廣泛的適用范圍。

Asha等[18]提出了一個(gè)新數(shù)值模型用以解決塑料排水板處理濱海軟粘土路堤的沉降問題。理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿?shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果顯示，該模型無論從沉降位移大小還是沉降率都有足夠的精度。

Chen等[19]運(yùn)用強(qiáng)夯法配合塑料排水板的手段成功提高了軟土路堤工程的承載力，并在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)排水板布設(shè)的優(yōu)化計(jì)算理論，通過該理論布設(shè)的塑料排水板可以最大限度的發(fā)揮強(qiáng)夯法和排水板法的優(yōu)勢(shì)。

Oshima[20]研究了塑料排水板對(duì)軟土的自重固結(jié)的影響。一方面，塑料排水板可以有效加快軟土的自重固結(jié)；另一方面，為簡(jiǎn)化計(jì)算，排水板可以等效為周長(zhǎng)與其短邊相等的圓管，進(jìn)而可以結(jié)合巴倫的徑向孔隙水流動(dòng)理論進(jìn)行求解。

Kim等[21]針對(duì)由于地基變形過大而導(dǎo)致塑料排水板發(fā)生彎曲變形，削弱排水性，可導(dǎo)致深層土體無法被有效加過的現(xiàn)象，提出了二次補(bǔ)插的解決辦法。實(shí)際工程和數(shù)值模擬都證明了該方法的有效性。

Kim等[22]整理研究了在長(zhǎng)達(dá)4年的施工過程中，塑料排水板對(duì)地基沉降(豎向沉降和橫向差異沉降)的影響。指出可以通過控制孔隙水壓力來保證卸載后沉降速率的收斂性。

3 研究展望

現(xiàn)有研究已經(jīng)證明塑料排水板在軟土路基中有良好的應(yīng)用前景。但是由于軟土力學(xué)性質(zhì)的特殊性以及工程荷載的非線性等問題，塑料排水板技術(shù)還未完全成熟，以下幾個(gè)方面將成為研究熱點(diǎn)：

1)如何針對(duì)軟土路堤的具體情況進(jìn)行塑料排水板打設(shè)深度、布設(shè)間距的有效設(shè)計(jì)。

2)塑料排水板會(huì)在路面加載的過程中發(fā)生彎曲變形，其排水性能與排水路徑都會(huì)改變，如何評(píng)定塑料排水板排水性能的降低程度以及排水性能降低后土體的固結(jié)沉降情況。

3)采用塑料排水板處理的路堤，在地震作用中，路基深層土體受震害明顯，如何評(píng)定災(zāi)后塑料排水板性能將是這一領(lǐng)域的另一挑戰(zhàn)。

4 結(jié)語

本文就塑料排水板在軟土地基中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀做了總結(jié)，評(píng)述了研究的適用性，并對(duì)塑料排水板技術(shù)的研究做了展望，可為后續(xù)研究提供參考。

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Researchactualityoftechnologyofprefabricatedverticaldraininthesoftsoilareas

LiYingna1ZhangJingcai2

(1.SchoolofCivilEngineeering,QingdaoTechnologyUniversity,Qingdao266033,China;2.SchoolofCivilEngineeering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)

Prefabricated vertical drains can improve the drain performance of the soft soils with the characteristics of simple principle and fast construction. From both domestic and foreign aspects, theoretical investigations and engineering applications were discussed in this paper, and prospects for plastic drainage method in the areas of soft soil were raised.

prefabricated vertical drain, embankment of soft soil, consolidation, drainage

TU471.8

A

1009-6825(2017)27-0072-03

2017-07-12

李英娜(1992- )，女，在讀博士； 張井財(cái)(1991- )，男，在讀博士