塑料排水板在软土堤基处理中的应用

商兆涛

(芜湖市水利工程质量监督站，安徽 芜湖 241000)

塑料排水板在软土堤基处理中的应用

商兆涛

(芜湖市水利工程质量监督站，安徽 芜湖 241000)

安徽青弋江分洪道部分新建堤段堤基为深厚软土地基，施工过程中发生失稳.为加速堤基土体固结，增加淤泥质软土地基的强度，采用塑料排水板排水固结法对失稳堤段堤基进行处理，通过稳定计算和沉降监测分析，堤基处理效果较好.经过2016年超标准洪水检验，堤防运行状况良好，可为同类工程施工提供参考.

塑料排水板；堤防；软基处理

软土地基是由淤泥、壤土、粉细砂等细微粒子的土质构成的地基.这种地基具有孔隙率大、压缩性大、含水量大、渗透系数小、水分不易排出、承载能力差、沉陷大、触变性强等特点，在这种软弱地基土上修建堤防等各类建筑物，会产生较大的沉降或差异沉降，难以满足承载力和稳定性要求.塑料排水板排水固结法是处理软土地基行之有效的方法之一，工艺原理是利用插板机械在软土地基中插设具有良好透水性的塑料排水板，从而在软土地基中形成竖向的排水通道[1]，改变土层中自由水的渗出途径，并与地表铺设的砂垫层连接，组成排水系统，通过分期加载预压，促使土体中的孔隙水排出，加速地基的固结，从而提高地基承载力和强度，这种处理方法具有处理效果显著、造价低廉、施工简便等优点，适用于大面积软土地基处理.本文以安徽青弋江分洪道部分新建堤段失稳进而对软弱堤基进行处理为例，通过稳定复核及后续施工变形监测，对塑料排水板排水固结法施工工艺、技术要求、沉降监测等方面进行了深入阐述.

1 工程概况

安徽青弋江分洪道部分新建堤段(桩号34+270～34+550，堤防等级3级)堤基坐落于水塘范围内，水塘塘底新近沉积的流塑态淤泥采用挤淤法未完全清除到位，堤身填筑前未进行地基加固，堤身土直接填筑在塘底淤泥和③1层淤泥质重粉质壤土上，虽然有性质较好的堤身填土挤入表层土中，强度提高有限，厚度也有限，仅1.8～1.9 m，多为软塑状.堤身填筑至高程10.8 m(堤顶设计高程11.8 m)处堤身外平台及堤身发生突发沉降与滑移.究其原因，主要因素为堤基土体软弱抗剪强度低、压实变形大，堤内侧堆土增加了堤基附加应力，施工加荷速率较快孔隙水压力来不及消散，土体强度得不到提高，导致堤身整体失稳.失稳堤段地质纵剖面图(见图1)，各土层物理力学指标(见表1).

通过对失稳后补勘成果和初设阶段勘测成果中关于③1土层的力学指标对比分析，可以得出失稳堤段堤基土层中对堤防稳定影响最大的是③1层淤泥质粉质壤土，对比分析成果(见表2).

表1 各土层力学指标建议值表(补勘)

表2 ③1土层力学指标建议值对比表

2 堤基处理方案设计

因失稳堤段堤基③1土层土体软弱、抗剪强度低，并且厚度大(土层厚度12.10～17.40 m)，如不进行堤基处理，堤身断面较大、退堤距离较远，增加永久占地较多.因此，采用塑料排水板排水固结法对该堤段软弱堤基进行堆载预压处理从技术、经济层面均是可行的.

根据补勘成果，该堤段地面高程一般在5.5～6.0 m，对已填筑的堤段，清除堤身填土至6.0 m高程，在此基础上进行砂被和塑料排水板的铺设.堤身范围内塑料排水板铺设按间距为1.0 m的正方形布置，排水板底部高程超过淤泥质土层底部约1.0 m.在堤防填筑前铺设50 cm厚砂被，为防止形成渗水通道，在堤顶往河道侧滩面设置截渗槽，截渗槽中心线距堤轴线14.0 m，截渗槽顶部高程6.0 m，顶宽4.0 m，深度1.0 m，截渗槽范围内不铺设砂被和塑料排水板[2].利用堤身9.5 m高程平台对堤基进行预压，堆载预压时间不少于90 d，堆载预压期间不进行河道疏挖.堆载预压期间典型横断面图(见图2).

图2 堆载预压期间典型横断面图

3 塑料排水板施工技术要求

3.1 塑料排水板主要技术参数

塑料排水板采用宽100 mm，厚度4 mm规格的标准型式，滤膜采用涤纶或丙纶无纺织物，单位面积质量宜大于85 g/m2；滤膜的渗透系数要求大于i×10-3cm/s(1≤i≤10)，且其等效孔径O95宜小于0.08 mm[3].塑料排水板抗压屈强度应大于350 kPa.

3.2 砂袋主要技术参数

砂被的充填砂料在选定的料场开采区内挖取，其渗透系数不低于10-3cm/s，粒径d>0.075 mm的颗粒含量不小于75%，同时粒径小于0.05 mm的颗粒含量不大于10%，含泥量不大于5%，无杂物和有机质混入[4].砂被充填袋采用扁丝编织土工布，其单位质量150 g/m2，纵横向极限抗拉强度20 kN/m.

3.3 施工加载速率要求

堤防填筑过程中应严格控制加载速率，保证施工阶段之间的时间间隔，分阶段完成堤防填筑.具体施工加载速率要求(见表3).

表3 施工加载时间要求

4 堤防稳定复核

4.1 固结度计算

对于多级等速加荷地基的固结度计算，采用下式进行修正计算[5]：

(1)

(2)

(3)

式中：H—排水板深度；Ch—竖向固结系数；

de—塑料排水带影响范围直径，排水带正方形布置，间距为1.2 m，则de=1.13L；

Ti—第i级加载的起止时间；

qi—第i级加载的荷载速率；

∑Δp—各级荷载的累加值.

失稳堤段堤基固结度计算结果(见表4)，每级加载之间的时间间隔为30 d.经计算，三级加载施工完成时，堤防堤基通过插打塑料排水板处理，在堤身荷载作用下，固结度可达到60%左右.

根据不同施工阶段固结度计算成果，考虑③1土层强度增长后物理力学指标(见表5).

表4 固结计算成果表

表5 ③1土层物理力学指标表

由此可见，随着分层填筑、分期加载预压，软土地基中孔隙水随之大量排出，土体加速固结，凝聚力和内摩擦角等物理力学指标相应提高.

4.2 计算工况

选取以下工况进行稳定复核：

(1)施工期(6.0 m高程以上无加载)河道疏挖边坡稳定性；

(2)施工期(填筑至9.5 m)河道无水验算迎水坡稳定性；

(3)施工期(填筑至11 m)河道无水验算迎水坡稳定性；

(4)施工完建期(填筑至堤顶)河道无水验算迎水坡稳定性；

(5)正常运行期设计洪水位骤降3.0 m验算迎水坡稳定性；

(6)正常运行期设计枯水位验算迎水坡稳定性；

(7)正常运行期设计洪水位稳定渗流期验算背水坡稳定性.

正常运用时期及施工期堤顶考虑通过10 t的汽车荷载.

根据《堤防工程设计规范》相关规定：该堤段堤防在正常运行情况下抗滑稳定安全系数不小于1.20，施工期抗滑稳定安全系数不小于1.10.

4.3 稳定复核成果及分析

采用上述计算参数和计算方法，其中高程6.0 m以上无加载河道边坡稳定和堆载至9.5 m高程迎水坡稳定两种工况不考虑堤基土层强度增长[6]，稳定计算成果(见表6).由计算结果可知，各种工况下PM3—PM3′剖面稳定均能满足规范要求.

表6 稳定复核成果表

5 监测成果分析

为确保施工期间堤身外平台及堤身施工安全，为各施工节点提供依据，指导施工和通水运行.在坍塌滑坡堤段及相邻堤段选取4个监测断面，有针对性地进行变形监测[7-8].监测节点包括施工前、填筑至间歇高程、准备下阶段施工前，其中沉降计M01用于监测高程9.5～13.0 m层间的沉降变化.现阶段测得沉降位于0.0～-67.0 mm之间波动，堤防沉降已趋于稳定.其2016年监测成果曲线(见图3).

图3 沉降计M01监测成果曲线

6 结 论

本工程利用塑料排水板排水固结法对失稳堤段软土地基进行处理，通过堤基稳定复核及沉降观测成果分析表明，堤基处理效果较好，堤防经过2016年超标准洪水检验运行状况良好，未发生较大沉降及滑移.实践证明，塑料排水板排水固结法可使用机械埋设提高施工效率，缩短地基加固周期，具有排水畅通、滤水性好、地基扰动小等优点，对于深厚的软土地基采用排水固结法进行加固时，是一种经济、有效、可行的方法，值得在同类工程中进行推广.

[1] 周志业.塑料排水板处理软弱堤基工程设计[J].甘肃水利水电技术，2014，50(3):37-39.

[2] 黄水玲.塑料排水板在深厚淤泥覆盖层均质土坝坝基处理中的应用[J].中国水运，2016，16(5):307-308.

[3] 高瑞民.塑料排水板在软土堤基加固中的应用[J].湖南水利水电，2009(1)：43-45.

[4] 张 淼，秦 浩.塑料排水板堆载预压法处理软土地基的检测方法[J].中国水运，2015，15(1)：319-320.

[5] 罗嘉金.塑料排水板堆载预压法加固软基机理分析及固结沉降研究[D].长沙:中南大学，2013.

[6] 肖玉德，钱 炜.堆载预压法处理软基的沉降分析及预测[J].浙江水利水电学院学报，2015，24(3):60-64.

[7] 沈建东.塑料排水板堆载预压法处理软土地基的工后沉降控制研究[D].广州:华南理工大学，2012.

[8] 胡群革.海滨围垦造地工程软基沉降分析[J].浙江水利水电学院学报，2014，26(3):24-27.

ApplicationofPlasticDrainagePlatesinSoftGroundTreatment

SHANG Zhao-tao

(Wuhu Water Conservancy Engineering Quality Supervision Station, Wuhu 241000, China)

Deep soft ground in part new-built floodway of Qingyi river in Anhui leads to instability in construction process. In order to accelerate soil consolidation of the embankment foundation, and to increase the strength of the silt soft soil foundation, plastic drainage plates are adopted to treat the instability in embankment by drainage consolidation method. The embankment treatment is proved good by stability calculation and subsidence monitoring analysis. The excessive flood in 2016 well attested the treatment effect and good running condition, providing a beneficial reference and model for similar projects.

plastic drainage plates; embankment; soft ground treatment

2016-09-24

商兆涛(1983-)，男，黑龙江哈尔滨人，硕士，工程师，从事水利工程质量监督工作.

TV871

A

1008-536X(2016)12-0043-05