塑料排水板在濱海軟基圍墾中的應(yīng)用

林春岳,林小勇,陳志華

(1.溫州市龍灣區(qū)水利局,浙江 溫州 325024;2.溫州市龍灣區(qū)永中農(nóng)技站,浙江 溫州 325024)

1 問(wèn)題的提出

我國(guó)海域面積廣大,海岸線全長(zhǎng)18000余公里,沿海地區(qū)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)地區(qū),越來(lái)越多的水利工程、公路、電廠和港口碼頭修建在軟土地基上。如何處理該類飽和軟土地基已越來(lái)越為人們所重視,排水固結(jié)法是改善地基的排水條件,加速地基的固結(jié)增長(zhǎng)強(qiáng)度,提高地基的穩(wěn)定性,并使地基沉降提前完成的有效方法[1]。早在20世紀(jì)50年代,排水砂井就開(kāi)始在我國(guó)應(yīng)用,并取得許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。塑料排水板以其重量輕,施工機(jī)械輕便,能在土中形成細(xì)而密、斷面均勻的排水井,施工迅速,成本低廉等特點(diǎn),迅速得到廣泛地應(yīng)用。隨著采用塑料排水板加固軟基的工程數(shù)量和規(guī)模的擴(kuò)大,積極而細(xì)致地探討、研究工程實(shí)踐中遇到的技術(shù)問(wèn)題,具有十分重要的意義。

2 工程概況

溫州市龍灣區(qū)天城圍墾位于浙江省東部沿海的甌江出?？谀习稙┩可?墾區(qū)系潮間帶淺灘、屬海陸交互相沉積土區(qū),由甌江沖積及海相淤積交互沉積而成,高壓縮性飽和軟土地基,涂面開(kāi)闊,為正規(guī)半日潮地區(qū)。工程圍涂面積約626.7 hm2(9400畝),概算總投資9520萬(wàn)元,由3715.69 m長(zhǎng)主堤、三甲新閘(進(jìn)排2用)、七甲新閘(進(jìn)排2用)及圍區(qū)配套工程組成。堤頂凈寬5 m,堤頂高程7.4 m(黃海高程系,下同),防浪墻頂高程8.2 m,堤防采用土石混合壩結(jié)構(gòu)型式,灘地高程0～0.5 m,歷年平均高潮位2.47 m,平均低潮位-1.99 m。為加快工程進(jìn)度,滿足圍墾開(kāi)發(fā)要求,減小堤壩斷面,節(jié)省投資,設(shè)計(jì)采用塑料排水板處理地基。

3 工程地質(zhì)概況

工程地質(zhì)屬甌江口沖—海積平原區(qū),堤壩基軟土抗剪強(qiáng)度很低,靈敏度極高。土層自上而下大致分布如下;

第1層粉質(zhì)黏土:褐黃色,飽和,流軟塑,無(wú)層理,均勻性差,夾粉砂團(tuán)塊,層厚1.6～3.5 m。

第2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土:深灰色,飽和,流塑狀,無(wú)層理,夾貝殼碎屑及粉細(xì)砂團(tuán)塊,層厚5.8～8.8 m。

第3層淤泥:青灰色,飽和,流塑,夾粉細(xì)砂團(tuán)塊和貝殼碎屑,薄層狀,片狀層理,層厚10～13.5 m。

第4層粉質(zhì)黏土:深灰色,飽和,軟塑,可見(jiàn)波狀層理,含零星貝殼碎屑和腐植質(zhì),層厚7.7～27 m。

第5層黏土:深灰色,飽和,軟～可塑,可見(jiàn)水平層理,含少量貝殼,未鉆穿。

土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)表

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

塑料板排水法的設(shè)計(jì)目前一般套用砂井固結(jié)理論進(jìn)行計(jì)算[2]。塑料排水板的布置型式、間距、斷面尺寸及插設(shè)深度根據(jù)地基排水要求確定。

4.1 塑料排水板當(dāng)量直徑

砂井的排水效果取決于其橫截面周長(zhǎng),與橫截面的面積無(wú)關(guān)(忽略砂井的井阻和涂抹效應(yīng))。塑料排水板的當(dāng)量直徑由砂井橫截面周長(zhǎng)相等的原則求得。目前我國(guó)生產(chǎn)的塑料排水板斷面尺寸一般以100 mm×4 mm最為常見(jiàn),其當(dāng)量直徑為:

4.2 塑料排水板插設(shè)深度及布置

4.2.1 插設(shè)深度

該工程地基軟土層較厚,排水板難以貫穿。根據(jù)圍堤的穩(wěn)定性及變形要求,考慮堤載作用下壓縮層影響深度,堤中心18 m范圍塑料排水板插設(shè)深度為16 m,兩側(cè)鎮(zhèn)壓層共10.5 m范圍排水板插設(shè)深度為11 m。

4.2.2 布置型式及間距

(1)布置型式:為使各排水井滲徑相同,塑料排水板的合理布置型式為等邊三角形(梅花型)[3]。

(2)間距:應(yīng)根據(jù)工程要求的固結(jié)時(shí)間t和要求達(dá)到的固結(jié)度Urt計(jì)算。圍堤施工要求 t=90 d地基固結(jié)度Urt=85%。則其間距(梅花型布置)D應(yīng)為:

取梅花形布置的形狀系數(shù)A=0.95,則:

5 塑料排水板施工工藝、施工方法

5.1 設(shè)備材料選擇

目前塑料排水板插設(shè)機(jī)械國(guó)家尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,生產(chǎn)企業(yè)多、種類型號(hào)復(fù)雜,各工程均根據(jù)具體不同的地質(zhì)、施工條件進(jìn)行設(shè)計(jì)、定制或改裝。由于在潮間帶淺灘超軟地基上施工,要求插設(shè)板必須具有接地壓力小,避潮方便的特點(diǎn)。靜壓插設(shè)方法需有圈套的平衡重量及上拔時(shí)較大的地基反力,機(jī)械笨重,不適于在此類地基上施工;振動(dòng)插設(shè)法的機(jī)械輕便,振動(dòng)力雖會(huì)引起套管周圍土的擾動(dòng),使孔隙水壓力上升,但插板結(jié)束后即刻消散,故有振動(dòng)擠密作用[4]。需注意的是,套管直徑應(yīng)盡可能小。

(1)該工程為正規(guī)半日潮地區(qū),涂面高程0～0.5 m,受甌江潮汐控制,漲落潮潮差大,漲潮時(shí)間需停止施工、設(shè)備退場(chǎng),施工作業(yè)根據(jù)工程實(shí)際情況,選用DJL20-20履帶式插板機(jī),該設(shè)備具有性能穩(wěn)定可靠,使用維護(hù)方便,不需要鋪設(shè)軌道和枕木、打插施工移動(dòng)方便、漲潮時(shí)避潮設(shè)備退場(chǎng)速度快等特點(diǎn),可自裝、自卸和步履移動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng),轉(zhuǎn)移工地靈活便捷等優(yōu)點(diǎn)[5]。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,性能穩(wěn)定可靠,并具有塑料排水板樁機(jī)和袋裝砂井樁機(jī)的雙重功效。性能參數(shù)見(jiàn)表3。

(2)塑料排水板規(guī)格按設(shè)計(jì)要求結(jié)合施工技術(shù)條件選擇B型塑料排水板,主要性能指標(biāo)見(jiàn)表4。

表3 DJL20-20履帶式插板機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

續(xù)表3

表4 塑料排水板性能指標(biāo)表

5.2 作業(yè)條件

(1)在施工前的技術(shù)準(zhǔn)備中,按地基設(shè)計(jì)要求與地形地質(zhì)條件,確定排水孔的平面布置及施插排水板的順序。施工前將產(chǎn)品合格證、檢測(cè)證明報(bào)送監(jiān)理,隨時(shí)接受監(jiān)理抽檢。同時(shí)每卷塑料排水板在裝機(jī)前和施工過(guò)程中,進(jìn)行外觀檢查等施工前準(zhǔn)備工作。

(2)按設(shè)計(jì)要求施工場(chǎng)地、道路、碎石層、臨時(shí)設(shè)施(包括水電、通訊等)的安排、機(jī)具的進(jìn)出、施工人員等要符合施插排水板的要求。

(3)按施工組織設(shè)計(jì)確定的場(chǎng)地排水孔位置放線后,用竹簽為標(biāo)志定插孔位。

5.3 樁位放樣

按設(shè)計(jì)給定的排距、列距畫出布樁圖,標(biāo)明排列的編號(hào)。同時(shí)應(yīng)繪制塑料排水板打插預(yù)控圖,圖上應(yīng)標(biāo)明分區(qū)分塊設(shè)計(jì)的打插深度作為實(shí)際打插時(shí)的預(yù)控深度。同時(shí)繪制打插布樁圖,每施打1根樁可在圖上相應(yīng)位置標(biāo)出,要特別注意避潮后的第1根排水板施工,以免遺漏。根據(jù)布樁圖放出具體的樁位,做出鮮明的標(biāo)志,施工中應(yīng)經(jīng)常注意檢查和保護(hù),發(fā)現(xiàn)丟失或遺漏要及時(shí)補(bǔ)上。

5.4 施工流程

施工具體流程見(jiàn)圖1。

圖1 塑料排水板施工流程圖

6 打設(shè)塑料排水板施工順序和注意事項(xiàng)

6.1 塑料排水板施工順序

(1)定位:插板間距按設(shè)計(jì)要求布置。塑料排水板間距允許偏差為±15 cm,垂直偏差≤1.5%。

(2)塑料排水板導(dǎo)管靴與樁尖:塑料排水板導(dǎo)管靴與樁尖均采用圓形。樁尖平端與導(dǎo)管靴配合要適當(dāng),避免錯(cuò)縫,防止淤泥在打設(shè)過(guò)程中進(jìn)入導(dǎo)管,增大對(duì)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層為準(zhǔn),實(shí)際打入深度不得小于設(shè)計(jì)深度。塑料排水板接長(zhǎng)時(shí),采用濾膜內(nèi)芯板平搭接的連接方式,搭接長(zhǎng)度應(yīng)＞20 cm。

6.2 操作工藝

(1)插板時(shí),插板機(jī)就位后通過(guò)振動(dòng)錘驅(qū)動(dòng)套管對(duì)準(zhǔn)插孔位下沉,排水板從套管內(nèi)穿過(guò)與端頭的錨靴相連,套管頂住錨靴將排水板插到設(shè)計(jì)入土深度,拔起套管后,錨靴連同排水板一起留在土中,然后剪斷連續(xù)的排水板,即完成1個(gè)排水孔插板操作。插板機(jī)就可移位到下一個(gè)排水孔繼續(xù)施打。

(2)在剪斷排水板時(shí),要留有露出原地面15～30 cm的“板頭”,其后在“板頭”旁邊挖起砂土20 cm深成碗狀的凹位,再將露出的板頭切去,填平,插板施工即告完成。

6.3 回帶問(wèn)題

塑料排水板施工時(shí)不同的地質(zhì)條件有不同程度的回帶。不同工程對(duì)回帶長(zhǎng)度有不同要求,回帶產(chǎn)生主要是由于排水板帶下端錨固不牢、套管上拔時(shí)的拽拉力及排水板帶本身的彈性等原因產(chǎn)生。回帶長(zhǎng)度過(guò)大,不僅影響排水板插設(shè)深度,還由于周圍土對(duì)排水板帶的涂抹作用,降低排水效果,是工程中應(yīng)認(rèn)真對(duì)待和解決的問(wèn)題。該工程因地基土較軟,回帶長(zhǎng)度要求不超過(guò)塑料排水板插設(shè)深度的2.5%,即35 cm。

解決回帶問(wèn)題的關(guān)鍵有以下3點(diǎn):

(1)錨靴:作用是把排水板帶錨固在預(yù)定深度的土中,要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉。該工程選用圓開(kāi)斷面木棒,直徑5 cm,長(zhǎng)15 cm,上穿一鐵絲套鉤,每根成本為0.6元,效果較好;

(2)套管端口:套管端部常做成楔形,以減小插設(shè)入土阻力。重要的是端口應(yīng)與錨靴吻合緊密,防止插設(shè)時(shí)泥土進(jìn)入套管。套管進(jìn)泥會(huì)增加上拔時(shí)對(duì)排水板帶的拽拉力,易產(chǎn)生回帶,且有涂抹作用;

(3)插設(shè)方法:插設(shè)速度及套管上拔速度應(yīng)控制好,不宜過(guò)快。套管將排水板帶送至預(yù)定深度后,留振3～5 s,可改善底端錨固效果。送帶宜松不宜緊。為保證插設(shè)深度,超插1個(gè)回帶長(zhǎng)度。

6.4 塑料排水板性能及質(zhì)量

塑料排水板的性能指標(biāo)及質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。每一批次或一定數(shù)量的產(chǎn)品均應(yīng)取樣試驗(yàn),確認(rèn)其質(zhì)量符合要求后方可使用。施工過(guò)程中注意檢查,排水板芯板的外包濾膜應(yīng)緊貼平整,無(wú)皺折和松套現(xiàn)象,縫口應(yīng)牢固,濾膜纖維應(yīng)分布均勻,無(wú)毛絮。禁止使用濾膜破損的排水板。

7 結(jié) 語(yǔ)

塑料板排水法加固地基是沿海地區(qū)軟黏土地基處理行之有效的方法,不僅提高施工期地基穩(wěn)定性,還減少工程的后期沉降,能減小堤壩斷面,加快工程進(jìn)度,節(jié)省工程投資。塑料排水板在施工機(jī)械、排水效果及質(zhì)量控制等方面,較砂井有較大的優(yōu)越性,有很強(qiáng)的生命力。結(jié)合工程實(shí)踐及施工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果,對(duì)塑料板排水法應(yīng)用過(guò)程中遇到的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討研究,有益于該項(xiàng)新技術(shù)的推廣及提高應(yīng)用水平。

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