塑料排水板加超載預壓在堤防軟基的應用

歐補榮

（福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000）

我國堤防工程多建設于江河湖海等軟土基礎之上,軟土具有高含水率、高孔隙比、高壓縮性,且具有低抗剪強度、低滲透性、低承載力等特點,如何提高軟土基礎的承載力和安全穩定性是堤防工程設計與施工的重點。塑料插板由塑料柵格板芯與濾膜組成,通過將塑料排水板打入到軟基中,在上部荷載作用下周邊的空隙水壓力提升,軟基中孔隙水,由濾膜過濾經板芯排水通道排到上部鋪墊的砂層中,加速軟基的排水固結[1],提高基礎承載力。具有施工便捷、工期短、濾水性好、排水暢通等優點。本文結合福鼎市梅澳大道堤防（一期）工程對塑料排水板加超載預壓技術在堤防軟基的應用進行論述。

1 工程概況

1.1 工程結構

福鼎市梅澳大道堤防（一期）工程位于福鼎市桐山溪入海口右岸,工程堤防岸線全長2233 m。工程堤防斷面（見圖1）自下而上為：堤基B型塑料排水板長8 m~13 m；堤基砂墊層厚100 cm；基礎砂墊層上鋪設一道400 kg/m2的加筋土工布；堤身山土回填6 m~7 m,護坡為40 cm厚干砌毛石,坡比1∶3.0； 護坡上方為干砌方整石擋墻,墻頂寬80 cm；護坡內側為消浪平臺；消浪平臺上方為綠化帶（兼景觀公園）坡率1∶5.0~8.0；工程防洪標準30 年一遇洪水設防,工程等別為Ⅲ等,主要建筑物等級為3 級,次要建筑物為4級,塑料排水板處理軟基示意圖見圖1。

圖1 塑料排水板處理軟基示意圖

1.2 工程地質情況

工程施工區為濱海平原和灘涂海塘,地形平坦開闊,場地巖層分布不均勻,持力層物理力學性質變化較大,巖基埋深較大；南面靠山腳,無活動性斷裂及崩塌等其它不良地質；北面為海,水位受潮汐影響,退潮時為灘涂,漲潮時場地被水淹沒,水位變化幅度約5 m,海岸穩定性差,岸邊不規則,存在較厚的軟弱土層,分布廣,地層軟弱,地基條件較差,主要為8.00 m~12.00 m厚淤泥。

2 機械設備選擇

2.1 設備比選

工程處于濱海潮汐帶,漲潮時淹沒,退潮時為灘涂,故選擇為退潮時灘涂面陸上施打塑料排水板設備。目前用于陸上打設塑料排水板的機械設備主要分為帶導軌門架式插板機、履帶式插板機及挖掘機改裝插板機[2]。

（1）帶導軌門架式插板機：插板機自重在15 t左右,由導軌承重,但因軌道與基礎接觸面小,需在軌道下鋪墊枕木以減小壓強,且移動不便,其動力設備主要由電力驅動,施工現場電力線路需隨機械設備行走。

（2）履帶式插板機：插板機自重15 t左右,由于履帶與基礎接觸面相對較大,對基礎進行一般處理即可滿足對設備的承載力,插板機由履帶牽引移動,在平整區域施工靈活,但在不規則地面不平整區域施工難度較大,其動力設備主要由電力驅動,施工現場電力線路需隨機械設備行走。

（3）挖掘機改裝插板：插板機自重20 t左右,自重大,一般軟基無法承受,需經過基礎處理后或基礎承載力大于設備自重地方使用,該插板機是由挖掘機機械臂抓斗位置改裝為插板機塔架,由液壓靜壓驅動,由于挖掘機本身的機械特性,施工使用十分靈活,特別機械臂可以自由移動,在地面不平整區域及邊角位置施工方便,其動力設備由自身發動機驅動。

2.2 設備選擇

工程位于郊區,周邊無大功率變壓器及輸配電線路,施工用電電壓不穩,自行發電施工成本較高；每天受潮水影響施工時段少,潮差大,漲潮時插板機需避潮以免對機械造成損失；在排水板施工作業前已先施工砂墊層（厚100 cm）,自卸汽車、挖掘機等機械均可在上部行駛,基礎承載力滿足插板機施工條件。根據以上機械設備特點,結合工程實際情況,挖掘機改裝插板機在漲潮時可方便移動至潮水位以上斷面,在工程缺電、趕工、感潮的情況下,其穩定性、機動性、打設效率等方面優于其它插板設備,故工程選擇的機械設備為挖掘機改裝插板機。

3 材料管理

3.1 材料要求

塑料排水板的型號必須與設計型號一致,選擇口碑好、質量好、社會認同度高的廠家出廠的產品,選用的塑料排水板各項性能技術指標,如其芯帶、濾膜材質、拉伸強度、通水量、濾膜滲透反濾等性能技術指標要滿足設計與規范的要求。

3.2 質量檢驗

塑料排水板產品材料質量應符合設計及規范要求,進場施工的材料要有生產廠家的出廠合格證,并查看外觀及包裝是否完好,進場數量是否與采購數量一致。

以上查驗完畢后,對進場材料抽檢：每次同批次進場的200000 m/次為單位,不足一個單位的也需檢測一次；同時進場不一樣批次材料的,應分別按批次進行同批次檢測方法檢查,合格的排水板,登記入庫保存。

4 施工工藝流程

4.1 測量放樣

在軟基處理施工區內,根據地勘報告,結合工程平面布置情況,對排水板施工區域進行劃分[3]。放樣用全站儀定出區域邊線及堤軸線,中間區域用鋼尺量出間距[4],邊線及軸線以頂部刷紅油漆的竹簽標記,并用尼龍繩連接,圓弧段加密布置,板位用廢舊排水板板芯剪成20 cm長的2 cm寬的長條插入砂墊層做標記,以防潮水沖刷及人員機械的破壞。插板機定位時將管靴中心對準地面板位,偏差不大于±70 mm,并用垂球或經緯儀校正設備的垂直度,套管和塔架上應劃出刻度線,以控制施工深度。

4.2 施工工藝

塑料排水板施工順序為：放下插板導架→排水板穿管→垂直架起插管導架→定位→調整垂直度→施打排水板→提升套管→剪板。

排水板打入深度根據設計深度在套管或塔架上標出刻度線[5],施工時打入深度應超過刻度線,已保證達到設計要求。需接長的塑料排水板,剝開接長處濾膜,板芯直接搭接相連,然后濾膜在包裹好板芯,再用訂書釘釘牢,搭接的長度應大于20 cm[6]。排水板整盤放置專門的轉盤之中,轉盤應安裝在地面淤泥等污染物不碰觸到排水板的位置,防止污染物污染濾膜和板芯,影響施工效果,轉盤應確保輕松旋轉,以免因轉盤阻力、卡帶等使施打的排水板拔管時造成回帶。在施工作業時通過觀測垂球或經緯儀來校正套管的垂直度,使其偏差值控制在規范及設計要求以內,確保施工質量。

排水板打設完畢拔出套管,切斷排水板,切斷時的排水板在砂墊層以上應保留20 cm以上長度,并注意預防泥沙等異物進入排水板排水通道降低排水效率；同時套管末端排水板拉出套管預留20 cm左右,防止排水板縮進套管而重復穿管工作降低工效。

4.3 施工過程中注意事項

（1）首先進行堤基清表,清除建筑垃圾、竹木樹根等影響基礎及排水板打設的雜物。

（2）堤基清表完按設計要求回填砂墊層100 cm厚并進行碾壓,用同質量的挖掘機在碾壓后的砂墊層上試行,保證堤基承載力能夠支持機械安全運行的情況下才使插板機入場施工,確保機械安全運行。

（3）需長期存儲的塑料排水板應存放在倉庫或保護條件良好的場地,保存時間不大于1 年；施工作業面設置臨時堆放的塑料排水板,應碼放整齊、避免雨淋、防止日曬；排水板堆放應避免劃破、撕裂及折斷,以防材料老化、破裂及雜質混入使材料報廢。

（4）進入施工的塑料排水板型號嚴格按照設計要求的型號采購進場,施工前檢查其主要質量指標和產品外觀是否滿足設計與規范要求,符合指標的材料才可使用。

（5）排水板的位置及間距嚴格按照施工圖紙要求進行測量定位,作好標示,并編制打設順序,嚴格按照編制的打設順序施工,嚴禁隨意施打,并按要求控制好排水板間距。

（6）塑料排水板采用菱形套管,為避免淤泥進入套管和板芯,防止套管和板芯堵塞,造成回帶和影響排水效果[7],在套管外預留的20 cm左右的排水板折回,插入套管底端管口,并用30 cm左右長度的排水板做為橫銷,插在折回的排水板中間,折回的排水板應將底端管口插緊密封嚴實。

（7）在套管上按照設計要求的打設深度做好明顯的標記,施工時當套管上的標記位置打入到基礎后即可滿足設計深度,塔架上也應設置顯眼的標尺,確保施工深度符合要求。

（8）打設每根排水板需做好各項記錄,打設完質量符合要求后方可移位進行下一根板位的排水板施工。

（9）每區段排水板插設完畢經各方同步驗收檢查合格后,應及時用砂料填滿排水板周圍因施工造成的坑洞,并將外露的排水板放平鋪上砂料,保證排水通道暢通。

4.4 質量控制

（1）排水板板位平面誤差應小于3 cm。

（2）用垂球或經緯儀觀測施工時插管的垂直度,使其偏差范圍在1.5%的合格標準內。

（3）施插深度應要有刻度標示,用以控制施插深度不小于設計規定值。

（4）排水板施工作業時回帶值應小于50 cm,且數量小于施工總數的5%[8]。當有不合格的,需在旁重新施工。

（5）墊層面上排水板應保留20 cm以上。

（6）當施工完后,應及時進行隱蔽驗收和下一道覆蓋保護工序,防止破壞降低排水板的效能。

5 堤身荷載填筑及超載預壓施工

5.1 堤身荷載填筑

排水板施工完成經驗收合格后,開始上部堤身荷載填筑,堤基填筑土料用10 t自卸汽車經臨時道路運至施工工作面、75 kW推土機推整,按設計斷面由底部開始分層填筑。填筑料運輸采用進占法,填筑面應分段、分層水平上升,相鄰施工段的作業面須均衡上升,避免出現陡坎高差[9]。相鄰分段出現高差時,以1∶3~1∶5的斜坡面相接,每層鋪筑厚度為50 cm。鋪筑面當天必須經壓路機碾壓,確保填筑質量。全部填筑完成以后,須作整坡壓實,經過一段時間的固結后,按設計要求進行修整,做到線型流暢,坡面平順[10]。軟基上填筑必須嚴格控制填土速率,沉降大于10 mm/d時應立即停止加載,每填一層土前后過程都要滿足填土速率控制標準[11]。

5.2 超載預壓施工

填土至堤頂高程后,需繼續填筑超載預壓荷載,進一步提高基礎孔隙水壓力,加快軟基中孔隙水經排水板排水固結,有效提高基礎固結效率。堤頂面標高沉降低于預壓期填土標高10 cm時,應及時補填土,不得最后一次性補足填土[12],補填土材料同路堤填料。填筑堤身時,堤防最后填筑標高應達到設計圖上的預壓填高,而側坡余寬及邊坡率亦應留有余地,使其壓實寬度大于路堤設計寬度,保證最后的有效的斷面尺寸。堤身沉降期末,同時連續2個月沉降量每月≤5 mm/月時,方可下步施工,對超載預壓填筑料進行分層卸載至堤頂高程,為后續工作提供工作面,并繼續進行觀測。

6 沉降觀測

6.1 沉降觀測布置

沉降觀測采用60 cm×60 cm鋼板焊接7.5 cm鋼管的倒T型結構沉降盤,盤面埋設于基礎面,鋼管延伸至堤頂上部,沉降盤整體隨堤身一同沉降,鋼管用于沉降量的測量,沉降盤每間隔100 m布置于堤軸線上,每填一層土,應進行一次監測,若兩次填筑間隔時間較長時,每3 天至少觀測一次[13]。填土至超載預壓期填土高度后,半個月觀測一次,直至預壓期結束。在超載預壓卸載后繼續對堤身及后續施工進行觀測,以確認排水板施工效果。

6.2 數據分析

經過一段時間的觀測數據匯總,根據堆載-沉降-時間關系分析圖（圖2~圖3）,填筑初期,基礎承載力較低,排水固結較慢,初期每一次堤身填筑都會明顯的沉降,沉降速率10 mm/天~20 mm/天,隨著填筑至堤頂高程,并暫緩后續加載填筑,軟基內的空隙水壓力也不斷提高,并通過塑料排水板排出,排水固結效果得到體現,基礎承載力有效提升,沉降速率開始變緩,在短時間內沉降速率變小,沉降趨于穩定[14]。在堤頂繼續填筑超載預壓后,沉降速率初期又有所提高,后期沉降亦趨于穩定,沉降速率2 mm/月~4 mm/月,達到后續施工要求。超載預壓卸載后,在后續的堤頂道路荷載作用下也無明顯沉降,堤身工后沉降表現穩定,塑料排水板應用效果充分發揮,基礎承載能力滿足了工程設計指標的要求。

圖2 K1+120觀測點堆載-沉降-時間關系曲線

圖3 K1+780觀測點堆載-沉降-時間關系曲線

7 結語

通過采用塑料排水板加超載預壓技術能夠有效的提高軟基的承載能力,使沉降逐步減小趨于穩定,在技術上施工簡單高效,后期維護投入較少,是軟基處理中一種比較可行的方法。