塑料排水板加超载预压在堤防软基的应用

欧补荣

（福建省水利水电工程局有限公司,福建 泉州 362000）

我国堤防工程多建设于江河湖海等软土基础之上,软土具有高含水率、高孔隙比、高压缩性,且具有低抗剪强度、低渗透性、低承载力等特点,如何提高软土基础的承载力和安全稳定性是堤防工程设计与施工的重点。塑料插板由塑料栅格板芯与滤膜组成,通过将塑料排水板打入到软基中,在上部荷载作用下周边的空隙水压力提升,软基中孔隙水,由滤膜过滤经板芯排水通道排到上部铺垫的砂层中,加速软基的排水固结[1],提高基础承载力。具有施工便捷、工期短、滤水性好、排水畅通等优点。本文结合福鼎市梅澳大道堤防（一期）工程对塑料排水板加超载预压技术在堤防软基的应用进行论述。

1 工程概况

1.1 工程结构

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,工程堤防岸线全长2233 m。工程堤防断面（见图1）自下而上为：堤基B型塑料排水板长8 m~13 m；堤基砂垫层厚100 cm；基础砂垫层上铺设一道400 kg/m2的加筋土工布；堤身山土回填6 m~7 m,护坡为40 cm厚干砌毛石,坡比1∶3.0； 护坡上方为干砌方整石挡墙,墙顶宽80 cm；护坡内侧为消浪平台；消浪平台上方为绿化带（兼景观公园）坡率1∶5.0~8.0；工程防洪标准30 年一遇洪水设防,工程等别为Ⅲ等,主要建筑物等级为3 级,次要建筑物为4级,塑料排水板处理软基示意图见图1。

图1 塑料排水板处理软基示意图

1.2 工程地质情况

工程施工区为滨海平原和滩涂海塘,地形平坦开阔,场地岩层分布不均匀,持力层物理力学性质变化较大,岩基埋深较大；南面靠山脚,无活动性断裂及崩塌等其它不良地质；北面为海,水位受潮汐影响,退潮时为滩涂,涨潮时场地被水淹没,水位变化幅度约5 m,海岸稳定性差,岸边不规则,存在较厚的软弱土层,分布广,地层软弱,地基条件较差,主要为8.00 m~12.00 m厚淤泥。

2 机械设备选择

2.1 设备比选

工程处于滨海潮汐带,涨潮时淹没,退潮时为滩涂,故选择为退潮时滩涂面陆上施打塑料排水板设备。目前用于陆上打设塑料排水板的机械设备主要分为带导轨门架式插板机、履带式插板机及挖掘机改装插板机[2]。

（1）带导轨门架式插板机：插板机自重在15 t左右,由导轨承重,但因轨道与基础接触面小,需在轨道下铺垫枕木以减小压强,且移动不便,其动力设备主要由电力驱动,施工现场电力线路需随机械设备行走。

（2）履带式插板机：插板机自重15 t左右,由于履带与基础接触面相对较大,对基础进行一般处理即可满足对设备的承载力,插板机由履带牵引移动,在平整区域施工灵活,但在不规则地面不平整区域施工难度较大,其动力设备主要由电力驱动,施工现场电力线路需随机械设备行走。

（3）挖掘机改装插板：插板机自重20 t左右,自重大,一般软基无法承受,需经过基础处理后或基础承载力大于设备自重地方使用,该插板机是由挖掘机机械臂抓斗位置改装为插板机塔架,由液压静压驱动,由于挖掘机本身的机械特性,施工使用十分灵活,特别机械臂可以自由移动,在地面不平整区域及边角位置施工方便,其动力设备由自身发动机驱动。

2.2 设备选择

工程位于郊区,周边无大功率变压器及输配电线路,施工用电电压不稳,自行发电施工成本较高；每天受潮水影响施工时段少,潮差大,涨潮时插板机需避潮以免对机械造成损失；在排水板施工作业前已先施工砂垫层（厚100 cm）,自卸汽车、挖掘机等机械均可在上部行驶,基础承载力满足插板机施工条件。根据以上机械设备特点,结合工程实际情况,挖掘机改装插板机在涨潮时可方便移动至潮水位以上断面,在工程缺电、赶工、感潮的情况下,其稳定性、机动性、打设效率等方面优于其它插板设备,故工程选择的机械设备为挖掘机改装插板机。

3 材料管理

3.1 材料要求

塑料排水板的型号必须与设计型号一致,选择口碑好、质量好、社会认同度高的厂家出厂的产品,选用的塑料排水板各项性能技术指标,如其芯带、滤膜材质、拉伸强度、通水量、滤膜渗透反滤等性能技术指标要满足设计与规范的要求。

3.2 质量检验

塑料排水板产品材料质量应符合设计及规范要求,进场施工的材料要有生产厂家的出厂合格证,并查看外观及包装是否完好,进场数量是否与采购数量一致。

以上查验完毕后,对进场材料抽检：每次同批次进场的200000 m/次为单位,不足一个单位的也需检测一次；同时进场不一样批次材料的,应分别按批次进行同批次检测方法检查,合格的排水板,登记入库保存。

4 施工工艺流程

4.1 测量放样

在软基处理施工区内,根据地勘报告,结合工程平面布置情况,对排水板施工区域进行划分[3]。放样用全站仪定出区域边线及堤轴线,中间区域用钢尺量出间距[4],边线及轴线以顶部刷红油漆的竹签标记,并用尼龙绳连接,圆弧段加密布置,板位用废旧排水板板芯剪成20 cm长的2 cm宽的长条插入砂垫层做标记,以防潮水冲刷及人员机械的破坏。插板机定位时将管靴中心对准地面板位,偏差不大于±70 mm,并用垂球或经纬仪校正设备的垂直度,套管和塔架上应划出刻度线,以控制施工深度。

4.2 施工工艺

塑料排水板施工顺序为：放下插板导架→排水板穿管→垂直架起插管导架→定位→调整垂直度→施打排水板→提升套管→剪板。

排水板打入深度根据设计深度在套管或塔架上标出刻度线[5],施工时打入深度应超过刻度线,已保证达到设计要求。需接长的塑料排水板,剥开接长处滤膜,板芯直接搭接相连,然后滤膜在包裹好板芯,再用订书钉钉牢,搭接的长度应大于20 cm[6]。排水板整盘放置专门的转盘之中,转盘应安装在地面淤泥等污染物不碰触到排水板的位置,防止污染物污染滤膜和板芯,影响施工效果,转盘应确保轻松旋转,以免因转盘阻力、卡带等使施打的排水板拔管时造成回带。在施工作业时通过观测垂球或经纬仪来校正套管的垂直度,使其偏差值控制在规范及设计要求以内,确保施工质量。

排水板打设完毕拔出套管,切断排水板,切断时的排水板在砂垫层以上应保留20 cm以上长度,并注意预防泥沙等异物进入排水板排水通道降低排水效率；同时套管末端排水板拉出套管预留20 cm左右,防止排水板缩进套管而重复穿管工作降低工效。

4.3 施工过程中注意事项

（1）首先进行堤基清表,清除建筑垃圾、竹木树根等影响基础及排水板打设的杂物。

（2）堤基清表完按设计要求回填砂垫层100 cm厚并进行碾压,用同质量的挖掘机在碾压后的砂垫层上试行,保证堤基承载力能够支持机械安全运行的情况下才使插板机入场施工,确保机械安全运行。

（3）需长期存储的塑料排水板应存放在仓库或保护条件良好的场地,保存时间不大于1 年；施工作业面设置临时堆放的塑料排水板,应码放整齐、避免雨淋、防止日晒；排水板堆放应避免划破、撕裂及折断,以防材料老化、破裂及杂质混入使材料报废。

（4）进入施工的塑料排水板型号严格按照设计要求的型号采购进场,施工前检查其主要质量指标和产品外观是否满足设计与规范要求,符合指标的材料才可使用。

（5）排水板的位置及间距严格按照施工图纸要求进行测量定位,作好标示,并编制打设顺序,严格按照编制的打设顺序施工,严禁随意施打,并按要求控制好排水板间距。

（6）塑料排水板采用菱形套管,为避免淤泥进入套管和板芯,防止套管和板芯堵塞,造成回带和影响排水效果[7],在套管外预留的20 cm左右的排水板折回,插入套管底端管口,并用30 cm左右长度的排水板做为横销,插在折回的排水板中间,折回的排水板应将底端管口插紧密封严实。

（7）在套管上按照设计要求的打设深度做好明显的标记,施工时当套管上的标记位置打入到基础后即可满足设计深度,塔架上也应设置显眼的标尺,确保施工深度符合要求。

（8）打设每根排水板需做好各项记录,打设完质量符合要求后方可移位进行下一根板位的排水板施工。

（9）每区段排水板插设完毕经各方同步验收检查合格后,应及时用砂料填满排水板周围因施工造成的坑洞,并将外露的排水板放平铺上砂料,保证排水通道畅通。

4.4 质量控制

（1）排水板板位平面误差应小于3 cm。

（2）用垂球或经纬仪观测施工时插管的垂直度,使其偏差范围在1.5%的合格标准内。

（3）施插深度应要有刻度标示,用以控制施插深度不小于设计规定值。

（4）排水板施工作业时回带值应小于50 cm,且数量小于施工总数的5%[8]。当有不合格的,需在旁重新施工。

（5）垫层面上排水板应保留20 cm以上。

（6）当施工完后,应及时进行隐蔽验收和下一道覆盖保护工序,防止破坏降低排水板的效能。

5 堤身荷载填筑及超载预压施工

5.1 堤身荷载填筑

排水板施工完成经验收合格后,开始上部堤身荷载填筑,堤基填筑土料用10 t自卸汽车经临时道路运至施工工作面、75 kW推土机推整,按设计断面由底部开始分层填筑。填筑料运输采用进占法,填筑面应分段、分层水平上升,相邻施工段的作业面须均衡上升,避免出现陡坎高差[9]。相邻分段出现高差时,以1∶3~1∶5的斜坡面相接,每层铺筑厚度为50 cm。铺筑面当天必须经压路机碾压,确保填筑质量。全部填筑完成以后,须作整坡压实,经过一段时间的固结后,按设计要求进行修整,做到线型流畅,坡面平顺[10]。软基上填筑必须严格控制填土速率,沉降大于10 mm/d时应立即停止加载,每填一层土前后过程都要满足填土速率控制标准[11]。

5.2 超载预压施工

填土至堤顶高程后,需继续填筑超载预压荷载,进一步提高基础孔隙水压力,加快软基中孔隙水经排水板排水固结,有效提高基础固结效率。堤顶面标高沉降低于预压期填土标高10 cm时,应及时补填土,不得最后一次性补足填土[12],补填土材料同路堤填料。填筑堤身时,堤防最后填筑标高应达到设计图上的预压填高,而侧坡余宽及边坡率亦应留有余地,使其压实宽度大于路堤设计宽度,保证最后的有效的断面尺寸。堤身沉降期末,同时连续2个月沉降量每月≤5 mm/月时,方可下步施工,对超载预压填筑料进行分层卸载至堤顶高程,为后续工作提供工作面,并继续进行观测。

6 沉降观测

6.1 沉降观测布置

沉降观测采用60 cm×60 cm钢板焊接7.5 cm钢管的倒T型结构沉降盘,盘面埋设于基础面,钢管延伸至堤顶上部,沉降盘整体随堤身一同沉降,钢管用于沉降量的测量,沉降盘每间隔100 m布置于堤轴线上,每填一层土,应进行一次监测,若两次填筑间隔时间较长时,每3 天至少观测一次[13]。填土至超载预压期填土高度后,半个月观测一次,直至预压期结束。在超载预压卸载后继续对堤身及后续施工进行观测,以确认排水板施工效果。

6.2 数据分析

经过一段时间的观测数据汇总,根据堆载-沉降-时间关系分析图（图2~图3）,填筑初期,基础承载力较低,排水固结较慢,初期每一次堤身填筑都会明显的沉降,沉降速率10 mm/天~20 mm/天,随着填筑至堤顶高程,并暂缓后续加载填筑,软基内的空隙水压力也不断提高,并通过塑料排水板排出,排水固结效果得到体现,基础承载力有效提升,沉降速率开始变缓,在短时间内沉降速率变小,沉降趋于稳定[14]。在堤顶继续填筑超载预压后,沉降速率初期又有所提高,后期沉降亦趋于稳定,沉降速率2 mm/月~4 mm/月,达到后续施工要求。超载预压卸载后,在后续的堤顶道路荷载作用下也无明显沉降,堤身工后沉降表现稳定,塑料排水板应用效果充分发挥,基础承载能力满足了工程设计指标的要求。

图2 K1+120观测点堆载-沉降-时间关系曲线

图3 K1+780观测点堆载-沉降-时间关系曲线

7 结语

通过采用塑料排水板加超载预压技术能够有效的提高软基的承载能力,使沉降逐步减小趋于稳定,在技术上施工简单高效,后期维护投入较少,是软基处理中一种比较可行的方法。