影響塑料排水板加固效果幾個因素的分析

朱鳳禮+呂海生

（1沈陽市大東區市政工程養護管理所 遼寧 沈陽 110000； 2身份證號碼：150404198606086918 遼寧 沈陽 110000）

摘 要： 在實際工程中，對塑料排水板的加固效果影響最大的兩個因素就是塑料排水的間距和深度。本文利用PLAXIS軟件對同一種地質條件和相同施工工藝下的塑料排水板進行數值分析。

關鍵詞： 塑料排水板間距深度

在軟土地基中打入豎向排水體能夠大大縮短土中孔隙水的排水路徑，如果結合堆載或者真空預壓，就可以在較短時間內提高地基的剛度和強度。在過去的十幾年間，塑料排水板作為一種經濟的豎向排水材料，在實際工程中得到了廣泛的應用。但是采用現行理論計算 的結果往往與實際監測結果有很大差異，因此，有必要對塑料排水板設計計算過程中需要注意的幾個問題進行分析探討，為設計人員提供參考。

1影響塑料排水板加固效果因素

隨著塑料排水板在軟土地基中的廣泛應用，就其加固效果影響因素的研究也越來越深入。就國內外現有的研究來看主要包含了以下幾個方面。

（1）塑料排水板的等效直徑計算

塑料排水板的作用和設計計算方法與砂井排水法相同.設計時可把塑料排水板換算成相當直徑的砂井。等效直徑是塑料排水板設計的基本參數，僅取決于塑料排水板的表面積和形狀，而與通水能力和材料無關。國內外眾多學者對此均進行了大量的研究，所得的換算系數各不相同。

（2）塑料排水板的井阻作用

井阻作用的大小取決于塑料排水板的通水能力，而塑料排水板的通水能力在很大程度上取決于排水板的截面類型以及排水板濾膜的性能。它主要表現在塑料排水板截面類型的影響和濾膜的影響。

（3）塑料排水板的涂抹作用

插板機將塑料排水板插入土中時，插板機心軸對排水板周圍的土產生擾動，這一擾動區域稱為涂抹區。涂抹區土體由于受到擾動，滲透系數大大降低，影響了排水板的功能。有3個表征涂抹作用的參數：涂抹區直徑、涂抹區的水平向滲透系數和豎向滲透系數。涂抹區范圍和滲透系數隨插板機的進程、心軸的形狀和尺寸以及土體結構的變化而變化。其中菱形的心軸產生的涂抹作用最??；靜壓方式的比振動方式的涂抹作用小；軟粘土中的涂抹作用比堅硬土層中大一些。

（4）砂墊層的作用

一般認為砂墊層沒有水力阻力。如果砂墊層厚度超過0. 5m或者選用的砂級配良好，這種假設對結果不產生影響。Chai等通過對路堤的反分析指出，如果砂墊層中砂的滲透系 數小于，就會對排水板處理軟土地基的性能產生不利影響。在實際工程中，對于特定的地質條件和相同的施工工藝而言塑料排水板間距、處理深度、對其加固效果的影響較大。

2數值計算與分析

本文以泉州市海峽體育中心軟弱淤泥加固實例，研究中應用PLAXIS軟件對豎向排水板不同間距條件下的加固效果進行數值模擬，其中位移邊界條件取為：（l）左右兩邊均為不透水邊界，且只有垂直沉降，無水平位移；（2）頂面為自由邊界；（3）底面為固定邊界。

在本購模型的選擇上，選用Mohr - Coulomb模型（彈塑性模型）進行模擬分析。Mohr -Coulomb模型所需要的五個參數分別為：楊氏模量E，泊松比，內摩擦角，內聚力c和剪脹角。

（1）排水板間距對加固效果的影響：

有限元分析過程中考慮以下四種排水板布置方式：（1）不打設排水板（2）排水板打設深度lO.Om，間距2.Om（3）排水板打設深度lO.Om，間距1.5m（4）排水板打設深度10. Om，間距1m。有限元網格單元采用15節點三角形單元，該單元提供4階位移插值，數值積分采用12個高斯點（應力點）。有限元網格剖分，網格靠近荷載區域劃分較密，往遠處逐漸稀疏。

排水板間距2.Om、1.5m，有限元模擬網格剖分在實際工程中我們常常利用減小排水板的間距來縮短工期，較少加固時間。但是一味的減小塑料排水板的間距也不一定能達到我們所需要的結果，而且也對施工不利。在文中的工程中當間距小于0. 8m時實測的曲線與理論計算曲線出現了比較大的差距，說明此時在縮小排水板間距對加固時間的縮短效果較明顯。因此在工程中應根據實際情況選擇合適的排水板間距。間距太小，施工時排水板周圍的土體受到擾動，地基土的強度和固結系數都有一定程度的降低，會引起總沉降的增加。間距選取過大，則起不到縮短固結時間的效果。

（2）考慮塑料排水板深度對加固效果的影響

塑料排水板屬于深層排水處理措施，其打設深度直接影響著土體的加固效果。一般應達到處理軟土層的底層，即貫穿整個軟土層。若軟土層較厚（如超過建筑物底寬的2倍時），排水通道的打設深度為1/2建筑物底寬，但排水板必須穿過土體穩定性計算的弧形滑動面至少2m。在實際工程中可以看出，在固結度較小時，不同深度對固結度影響很小，但是在處理區固結完成以后，較小處理深度的固結度提高十分緩慢。加大處理深度對土體固結均有比較明顯的加速作用。在工程實踐中，在施工能力許可的情況下，應優先考慮加大處理深度，這比較小排水體間距的排水效果好。但是這并不意味著排水板的深度可以任意選取。其深度的選擇和土層分布、地基中附加應力的大小等因素有關。當軟粘土層較淺時，應打穿軟土層。當粘土層較厚使，可以先確定某一排水板的深度、直徑和間距。通過對沉降和固結度的計算，判斷預壓期滿后的剩余沉降量是否能滿足建筑的要求，若不能，則重新假定，直到滿足位置。本文同樣采用PLAXIS有限元軟件針對不同排水板打人深度進行了工程分析。分析過程中考慮以下兩種排水板打入深度：（1）排水板打設深度lO.Om，間距2.Om（2）排水板打設深度10. 0，m，間距2.Om。

3結論

（1）采用現有的理論解進行設計計算時，往往和實測情況有很大差異，這主要是因為試驗室內條件和現場條件不一致導致的，解決方法是在設計計算時盡可能考慮到期料排水板計算中要注意的幾個問題。

（2）在固結度較小時，改變塑料排水板的間距對固結度影響較大，間距小，固結快。對與特定的處理深度，當處理區固結完成后，固結度的提高與間距無關，且固結過程相當緩慢。

（3）在固結度較小時，不同處理深度對排水效果影響不大，在處理區固結完成后，處理深度對固結度影響很大，增大處理深度比減小間距加速固結的效果好得多。因此，在施工能力允許的條件下，應優先考慮加大處理深度。

（4）在實際的工程中，塑料排水板的間距與深度的選取要考慮工期、施工能力及非理想性等因素，綜合考慮才能達到經濟合理的目的。