塑料排水板在滨海软基围垦中的应用

林春岳,林小勇,陈志华

(1.温州市龙湾区水利局,浙江 温州 325024;2.温州市龙湾区永中农技站,浙江 温州 325024)

1 问题的提出

我国海域面积广大,海岸线全长18000余公里,沿海地区是我国经济的发达地区,越来越多的水利工程、公路、电厂和港口码头修建在软土地基上。如何处理该类饱和软土地基已越来越为人们所重视,排水固结法是改善地基的排水条件,加速地基的固结增长强度,提高地基的稳定性,并使地基沉降提前完成的有效方法[1]。早在20世纪50年代,排水砂井就开始在我国应用,并取得许多宝贵经验。塑料排水板以其重量轻,施工机械轻便,能在土中形成细而密、断面均匀的排水井,施工迅速,成本低廉等特点,迅速得到广泛地应用。随着采用塑料排水板加固软基的工程数量和规模的扩大,积极而细致地探讨、研究工程实践中遇到的技术问题,具有十分重要的意义。

2 工程概况

温州市龙湾区天城围垦位于浙江省东部沿海的瓯江出海口南岸滩涂上,垦区系潮间带浅滩、属海陆交互相沉积土区,由瓯江冲积及海相淤积交互沉积而成,高压缩性饱和软土地基,涂面开阔,为正规半日潮地区。工程围涂面积约626.7 hm2(9400亩),概算总投资9520万元,由3715.69 m长主堤、三甲新闸(进排2用)、七甲新闸(进排2用)及围区配套工程组成。堤顶净宽5 m,堤顶高程7.4 m(黄海高程系,下同),防浪墙顶高程8.2 m,堤防采用土石混合坝结构型式,滩地高程0～0.5 m,历年平均高潮位2.47 m,平均低潮位-1.99 m。为加快工程进度,满足围垦开发要求,减小堤坝断面,节省投资,设计采用塑料排水板处理地基。

3 工程地质概况

工程地质属瓯江口冲—海积平原区,堤坝基软土抗剪强度很低,灵敏度极高。土层自上而下大致分布如下;

第1层粉质黏土:褐黄色,饱和,流软塑,无层理,均匀性差,夹粉砂团块,层厚1.6～3.5 m。

第2层淤泥质粉质黏土:深灰色,饱和,流塑状,无层理,夹贝壳碎屑及粉细砂团块,层厚5.8～8.8 m。

第3层淤泥:青灰色,饱和,流塑,夹粉细砂团块和贝壳碎屑,薄层状,片状层理,层厚10～13.5 m。

第4层粉质黏土:深灰色,饱和,软塑,可见波状层理,含零星贝壳碎屑和腐植质,层厚7.7～27 m。

第5层黏土:深灰色,饱和,软～可塑,可见水平层理,含少量贝壳,未钻穿。

土层物理力学性质指标见表1。

表1 土层物理力学指标表

4 设计要点

塑料板排水法的设计目前一般套用砂井固结理论进行计算[2]。塑料排水板的布置型式、间距、断面尺寸及插设深度根据地基排水要求确定。

4.1 塑料排水板当量直径

砂井的排水效果取决于其横截面周长,与横截面的面积无关(忽略砂井的井阻和涂抹效应)。塑料排水板的当量直径由砂井横截面周长相等的原则求得。目前我国生产的塑料排水板断面尺寸一般以100 mm×4 mm最为常见,其当量直径为:

4.2 塑料排水板插设深度及布置

4.2.1 插设深度

该工程地基软土层较厚,排水板难以贯穿。根据围堤的稳定性及变形要求,考虑堤载作用下压缩层影响深度,堤中心18 m范围塑料排水板插设深度为16 m,两侧镇压层共10.5 m范围排水板插设深度为11 m。

4.2.2 布置型式及间距

(1)布置型式:为使各排水井渗径相同,塑料排水板的合理布置型式为等边三角形(梅花型)[3]。

(2)间距:应根据工程要求的固结时间t和要求达到的固结度Urt计算。围堤施工要求 t=90 d地基固结度Urt=85%。则其间距(梅花型布置)D应为:

取梅花形布置的形状系数A=0.95,则:

5 塑料排水板施工工艺、施工方法

5.1 设备材料选择

目前塑料排水板插设机械国家尚无标准规范,生产企业多、种类型号复杂,各工程均根据具体不同的地质、施工条件进行设计、定制或改装。由于在潮间带浅滩超软地基上施工,要求插设板必须具有接地压力小,避潮方便的特点。静压插设方法需有圈套的平衡重量及上拔时较大的地基反力,机械笨重,不适于在此类地基上施工;振动插设法的机械轻便,振动力虽会引起套管周围土的扰动,使孔隙水压力上升,但插板结束后即刻消散,故有振动挤密作用[4]。需注意的是,套管直径应尽可能小。

(1)该工程为正规半日潮地区,涂面高程0～0.5 m,受瓯江潮汐控制,涨落潮潮差大,涨潮时间需停止施工、设备退场,施工作业根据工程实际情况,选用DJL20-20履带式插板机,该设备具有性能稳定可靠,使用维护方便,不需要铺设轨道和枕木、打插施工移动方便、涨潮时避潮设备退场速度快等特点,可自装、自卸和步履移动转场,转移工地灵活便捷等优点[5]。结构简单,维护方便,性能稳定可靠,并具有塑料排水板桩机和袋装砂井桩机的双重功效。性能参数见表3。

(2)塑料排水板规格按设计要求结合施工技术条件选择B型塑料排水板,主要性能指标见表4。

表3 DJL20-20履带式插板机主要技术参数表

续表3

表4 塑料排水板性能指标表

5.2 作业条件

(1)在施工前的技术准备中,按地基设计要求与地形地质条件,确定排水孔的平面布置及施插排水板的顺序。施工前将产品合格证、检测证明报送监理,随时接受监理抽检。同时每卷塑料排水板在装机前和施工过程中,进行外观检查等施工前准备工作。

(2)按设计要求施工场地、道路、碎石层、临时设施(包括水电、通讯等)的安排、机具的进出、施工人员等要符合施插排水板的要求。

(3)按施工组织设计确定的场地排水孔位置放线后,用竹签为标志定插孔位。

5.3 桩位放样

按设计给定的排距、列距画出布桩图,标明排列的编号。同时应绘制塑料排水板打插预控图,图上应标明分区分块设计的打插深度作为实际打插时的预控深度。同时绘制打插布桩图,每施打1根桩可在图上相应位置标出,要特别注意避潮后的第1根排水板施工,以免遗漏。根据布桩图放出具体的桩位,做出鲜明的标志,施工中应经常注意检查和保护,发现丢失或遗漏要及时补上。

5.4 施工流程

施工具体流程见图1。

图1 塑料排水板施工流程图

6 打设塑料排水板施工顺序和注意事项

6.1 塑料排水板施工顺序

(1)定位:插板间距按设计要求布置。塑料排水板间距允许偏差为±15 cm,垂直偏差≤1.5%。

(2)塑料排水板导管靴与桩尖:塑料排水板导管靴与桩尖均采用圆形。桩尖平端与导管靴配合要适当,避免错缝,防止淤泥在打设过程中进入导管,增大对塑料排水板的阻力。

(3)插入塑料排水板:塑料排水板入土深度以穿透淤泥层为准,实际打入深度不得小于设计深度。塑料排水板接长时,采用滤膜内芯板平搭接的连接方式,搭接长度应＞20 cm。

6.2 操作工艺

(1)插板时,插板机就位后通过振动锤驱动套管对准插孔位下沉,排水板从套管内穿过与端头的锚靴相连,套管顶住锚靴将排水板插到设计入土深度,拔起套管后,锚靴连同排水板一起留在土中,然后剪断连续的排水板,即完成1个排水孔插板操作。插板机就可移位到下一个排水孔继续施打。

(2)在剪断排水板时,要留有露出原地面15～30 cm的“板头”,其后在“板头”旁边挖起砂土20 cm深成碗状的凹位,再将露出的板头切去,填平,插板施工即告完成。

6.3 回带问题

塑料排水板施工时不同的地质条件有不同程度的回带。不同工程对回带长度有不同要求,回带产生主要是由于排水板带下端锚固不牢、套管上拔时的拽拉力及排水板带本身的弹性等原因产生。回带长度过大,不仅影响排水板插设深度,还由于周围土对排水板带的涂抹作用,降低排水效果,是工程中应认真对待和解决的问题。该工程因地基土较软,回带长度要求不超过塑料排水板插设深度的2.5%,即35 cm。

解决回带问题的关键有以下3点:

(1)锚靴:作用是把排水板带锚固在预定深度的土中,要求结构简单,成本低廉。该工程选用圆开断面木棒,直径5 cm,长15 cm,上穿一铁丝套钩,每根成本为0.6元,效果较好;

(2)套管端口:套管端部常做成楔形,以减小插设入土阻力。重要的是端口应与锚靴吻合紧密,防止插设时泥土进入套管。套管进泥会增加上拔时对排水板带的拽拉力,易产生回带,且有涂抹作用;

(3)插设方法:插设速度及套管上拔速度应控制好,不宜过快。套管将排水板带送至预定深度后,留振3～5 s,可改善底端锚固效果。送带宜松不宜紧。为保证插设深度,超插1个回带长度。

6.4 塑料排水板性能及质量

塑料排水板的性能指标及质量应符合设计要求。每一批次或一定数量的产品均应取样试验,确认其质量符合要求后方可使用。施工过程中注意检查,排水板芯板的外包滤膜应紧贴平整,无皱折和松套现象,缝口应牢固,滤膜纤维应分布均匀,无毛絮。禁止使用滤膜破损的排水板。

7 结 语

塑料板排水法加固地基是沿海地区软黏土地基处理行之有效的方法,不仅提高施工期地基稳定性,还减少工程的后期沉降,能减小堤坝断面,加快工程进度,节省工程投资。塑料排水板在施工机械、排水效果及质量控制等方面,较砂井有较大的优越性,有很强的生命力。结合工程实践及施工现场观测结果,对塑料板排水法应用过程中遇到的技术问题进行探讨研究,有益于该项新技术的推广及提高应用水平。

[1]夏彩虹.塑料排水板在哈尔滨软土路基中的应用研究 [D].吉林大学,2004:7-9.

[2]许莹.塑料排水板在软土地基中的应用探讨 [J].公路,1995(9):13-14.

[3]单炜,王平,张爱民.应用塑料排水板加固软土地基效果的理论分析[J].东北林业大学学报,2002(6):18-20.

[4]杨建民.塑料排水板处理软基沉降观测分析 [J].中南公路工程,1999(1):5-6.

[5]苏云.塑料排水板处理软基的效果分析 [J].公路与汽运,1999(3):14-16.