塑料排水板堆載預壓排水固結法在軟土路基中的應用

曾聯金

(華邦建投集團股份有限公司,甘肅 蘭州730030)

1 概述

我國南方地區存在著大量江河湖泊以及沼澤地帶,在這種地質條件下修建路基往往存在著路基沉降過大、路基失穩等病害。所以修建路基工程之前,必須對軟弱土層進行加固處理。塑料排水板與堆載預壓結合處理軟土路基,是比較高效的一種方法,該方法具有可以快速加固地基、加固后承載力大幅提升、質量容易得到保證等優點,同時,該工藝成熟、簡單,是深層軟土路基處理的最理想的方法之一[1]。

2 技術原理

塑料排水板可采用沉管式打樁機或插板機施工。在上部加載預壓荷載作用下,軟土路基中的孔隙水經塑料排水板,形成通路,再排到鋪設在塑料排水板頂部的砂墊層或水平排水管道中,再排出路基外。處理深度可超過3m,同時應預留足夠的預壓時間。塑料排水板處理軟土地基有如下優點:

2.1 排水性能優越,效果好。

2.2 使用的材料具備較好的延展性和強度,在排水過程中由于自由水排出會導致路基變形,材料能適應這種變形并且不影響其性能。

2.3 斷面小,施工過程中對路基的擾動較小。

2.4 材料在工廠集中生產,工程質量容易得到保證。

2.5 施工速度快,可縮短工期,加固完成后地基得到明顯改善,地基承載力能夠增加0.7 ～1倍。

2.6 成本較低。與袋裝砂井相比,所需費用較少。對深層軟土使用垂直排水固結的方法加固時,在技術和經濟上是最好、最成熟的工藝[2]。

3 施工關鍵技術

3.1 機械、材料要求

3.1.1 塑料排水板:每批進場的塑料排水板均應進行檢測,同時應具備出廠合格證及試驗、檢驗報告。垂直排水能力應大于30cm3/s,延伸率不大于10%,整帶抗拉強度應大于0.1 kN/m,濾膜抗拉強度應大于2.5 kN/m,濾膜滲透系數大于5×10-4cm/s。塑料排水板技術參數如表1所示。

表1 塑料排水板技術參數表

3.1.2 砂墊層:砂墊層采用中粗砂,含泥量小于5%。

3.1.3 塑料排水管施工以插板機為主,插板機主要有兩種形式:履帶式插板機和門架式插板機。在施工時,應隨打設數量、導管的斷面尺寸、打入深度以及地基密實度等條件綜合確定施工工藝、振動錘擊功率等。攤鋪砂墊層時,壓實機具宜采用不小于15t的靜壓路機。插板機要求如表2所示。

表2 振動錘擊振力參考值

3.2 施工工藝

塑料排水板堆載預壓施工工藝流程為:整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割斷塑料排水板→機具移位→攤鋪上層砂墊層→堆載預壓→施工監測→卸載。其中,塑料排水板施工如圖1所示。

圖1 塑料排水板施工工藝簡圖

3.3 關鍵技術

3.3.1 鋪設上(下)層砂墊層

上(下)層砂墊層壓實后總厚度宜為0.2 m,下層砂墊層攤鋪完成后,開始施做排水板,完成一個區段的塑料排水板施工后,再攤鋪上層砂墊層。攤鋪完成后及時進行壓實,應采用靜壓式壓路機碾壓,不得進行振動碾壓,壓實度須滿足設計及規范要求。宜采用輕型運輸車輛,以免對施工完成的塑料排水板造成破壞。攤鋪砂墊層過程中,應攤鋪均勻、平整,并形成2%～4%的雙向橫坡,以利于排出地表水。施工過程中,應避免混入雜物[3]。

3.3.2 插入塑料排水板(套管)

第一步,安裝塑料排水板。利用機架中安裝的卷筒將板體安裝進套管中,再整體安裝進套桿中。第二步,固定。將板體通過端部拉出、彎折,并用短鋼筋固定牢靠。第三步,收緊板體,插入桿就位對中,對準孔位,再利用錘擊振動力,打入土體。打入預定深度以后再把插入桿拔出,再在砂墊層以上30cm處割斷塑料排水板,并將板頭埋入砂墊層中。

下料長度計算公式如下:

式中:S-下料長度(m)；

Sd-打設長度(m)；

Sy-外露長度(m)；

Ss-蛇形彎曲量(m),一般為設計長度的0.5%～1%；

Sh-板靴掛入量(m)。

3.3.3 加載預壓

材料可選擇素填土、中粗砂、黏土等。加載速度應適中,不宜過快。同時不宜一次性加載到位,應分級進行。根據材料密度,再換算為分散堆積高度。確保在分級加載時地基保持穩定,并且應避免個別區域堆積太高從而引發地基剪切破壞。通常加載時的變形指標為:①豎向的變形值不宜超過1cm/d～1.5 cm/d；②兩側水平位移值不宜超過0.5 cm/d,③孔隙的水壓力小于加載導致的應力的0.5 ～0.6 倍。邊緣部分應當預留出插板機作業寬度。為保證施工進度,可使用自卸汽車和推土機共同作業,作業時應注意保護已施做的板體,不得損壞。

3.3.4 相關監測內容

3.3.4.1 地面沉降監測

(1)按設計及規范要求,在正確的位置安裝沉降板。沉降板可使用4塊鋼板制作,尺寸為60cm×6cm×0.9 cm。直桿可使用φ5cm鋼管制作。為加強底板及直桿之間的連接,可使用4塊鋼板作為肋板。然后再將鋼板及直桿焊接成整體。沉降板結構如

圖2 沉降板結構示意圖

(2)直桿應根據填土高度的上升而加高,通常情況下,每節加高段長50cm,兩頭采用螺紋接口連接,長度應露出地表50cm以上。同時應在沉降板直桿上安裝明顯的標識,以防沉降板被施工機具破壞。

(3)應及時進行沉降觀測工作,并做好觀測記錄。安裝完成沉降板后,應進行不少于2次的觀測,每加載一次后,應進行不少于2次的觀測,直至加載完成。

3.3.4.2 深層土體水平位移監測(測斜管)

首先進行鉆孔,鉆至設定的深度后,安裝Φ7cm的雙向測斜管,測斜管管底需進行封堵。管壁與土體之間的空隙,可使用灌注水泥砂漿或細砂來固定。使用測斜儀進行觀測,每50cm讀取一次讀數,頻率滿足設計及規范要求即可。

3.3.4.3 孔隙水壓力監測

首先進行鉆孔,鉆至設定的深度后,先后安裝孔隙水壓力計,但要注意采取措施以割斷相鄰的水壓計,避免水壓相連。壓水壓計間距應大于100cm,通過頻率接收儀進行讀取數據。

3.3.4.4 深層沉降監測

首先進行鉆孔,鉆至設定的深度后,最開始應安裝波紋管,必須對第一節管底進行封堵。當達到預設的深度時,將導管打入,與波紋管一起,同時壓到孔底部。值得注意的是,波紋管應當露出地表15cm～20cm,并且應用C25混凝土固定,導管應露出地表30cm～50cm,同時應根據填土加高而加高。可使用水準儀進行觀測。

3.3.5 施工注意事項

3.3.5.1 按設計要求進行施工放樣后,應分別測量板位并做好標記,偏差應小于5cm,且每區段總數量應不少于設計數量。

3.3.5.2 嚴格控制塑料排水板打入深度,深度偏差應符合設計及規范要求。當出現地質情況變化較大、地質與實際不符等情況時,應及時組織工程技術人員提出解決措施,并經設計單位認可后再實施。

3.3.5.3 塑料排水板不得有扭曲、濾膜撕破、斷裂等現象。

3.3.5.4 施工中形成的孔洞應用中粗砂回填,不得用土塊填塞,直至填平所有坑洼地帶,以避免積水。

3.3.5.5 塑料排水板施做完成后,應及時切斷多余外露部分,并加以保護,以防降低排水效果,采用濾水膜內平搭接的方法連接,搭接長度應大于20cm。

4 結論

工程實踐證明,塑料排水板堆載預壓排水固結法具備排水能力強、質量可靠、施工速度快、造價低等特點,并且塑料排水板在工廠集中生產,質量容易得到保證。在軟土路基處理時,采用此方法具有顯著的社會、經濟效益,在較深的軟土路基中效果更明顯,極具發展前景。

塑料排水板堆載預壓排水固結法也有一定缺點,預壓時間較長,難以滿足工期較短的項目的施工要求,為獲得較好的處理效果,同時加快施工速度,施工中應盡量采用等載以及超載預壓,以獲得更好的加固效果。