影響塑料排水板加固效果幾個(gè)因素的分析

朱鳳禮+呂海生

（1沈陽市大東區(qū)市政工程養(yǎng)護(hù)管理所 遼寧 沈陽 110000； 2身份證號(hào)碼：150404198606086918 遼寧 沈陽 110000）

摘 要： 在實(shí)際工程中，對(duì)塑料排水板的加固效果影響最大的兩個(gè)因素就是塑料排水的間距和深度。本文利用PLAXIS軟件對(duì)同一種地質(zhì)條件和相同施工工藝下的塑料排水板進(jìn)行數(shù)值分析。

關(guān)鍵詞： 塑料排水板間距深度

在軟土地基中打入豎向排水體能夠大大縮短土中孔隙水的排水路徑，如果結(jié)合堆載或者真空預(yù)壓，就可以在較短時(shí)間內(nèi)提高地基的剛度和強(qiáng)度。在過去的十幾年間，塑料排水板作為一種經(jīng)濟(jì)的豎向排水材料，在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是采用現(xiàn)行理論計(jì)算 的結(jié)果往往與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果有很大差異，因此，有必要對(duì)塑料排水板設(shè)計(jì)計(jì)算過程中需要注意的幾個(gè)問題進(jìn)行分析探討，為設(shè)計(jì)人員提供參考。

1影響塑料排水板加固效果因素

隨著塑料排水板在軟土地基中的廣泛應(yīng)用，就其加固效果影響因素的研究也越來越深入。就國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究來看主要包含了以下幾個(gè)方面。

（1）塑料排水板的等效直徑計(jì)算

塑料排水板的作用和設(shè)計(jì)計(jì)算方法與砂井排水法相同.設(shè)計(jì)時(shí)可把塑料排水板換算成相當(dāng)直徑的砂井。等效直徑是塑料排水板設(shè)計(jì)的基本參數(shù)，僅取決于塑料排水板的表面積和形狀，而與通水能力和材料無關(guān)。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)此均進(jìn)行了大量的研究，所得的換算系數(shù)各不相同。

（2）塑料排水板的井阻作用

井阻作用的大小取決于塑料排水板的通水能力，而塑料排水板的通水能力在很大程度上取決于排水板的截面類型以及排水板濾膜的性能。它主要表現(xiàn)在塑料排水板截面類型的影響和濾膜的影響。

（3）塑料排水板的涂抹作用

插板機(jī)將塑料排水板插入土中時(shí)，插板機(jī)心軸對(duì)排水板周圍的土產(chǎn)生擾動(dòng)，這一擾動(dòng)區(qū)域稱為涂抹區(qū)。涂抹區(qū)土體由于受到擾動(dòng)，滲透系數(shù)大大降低，影響了排水板的功能。有3個(gè)表征涂抹作用的參數(shù)：涂抹區(qū)直徑、涂抹區(qū)的水平向滲透系數(shù)和豎向滲透系數(shù)。涂抹區(qū)范圍和滲透系數(shù)隨插板機(jī)的進(jìn)程、心軸的形狀和尺寸以及土體結(jié)構(gòu)的變化而變化。其中菱形的心軸產(chǎn)生的涂抹作用最?。混o壓方式的比振動(dòng)方式的涂抹作用??；軟粘土中的涂抹作用比堅(jiān)硬土層中大一些。

（4）砂墊層的作用

一般認(rèn)為砂墊層沒有水力阻力。如果砂墊層厚度超過0. 5m或者選用的砂級(jí)配良好，這種假設(shè)對(duì)結(jié)果不產(chǎn)生影響。Chai等通過對(duì)路堤的反分析指出，如果砂墊層中砂的滲透系 數(shù)小于，就會(huì)對(duì)排水板處理軟土地基的性能產(chǎn)生不利影響。在實(shí)際工程中，對(duì)于特定的地質(zhì)條件和相同的施工工藝而言塑料排水板間距、處理深度、對(duì)其加固效果的影響較大。

2數(shù)值計(jì)算與分析

本文以泉州市海峽體育中心軟弱淤泥加固實(shí)例，研究中應(yīng)用PLAXIS軟件對(duì)豎向排水板不同間距條件下的加固效果進(jìn)行數(shù)值模擬，其中位移邊界條件取為：（l）左右兩邊均為不透水邊界，且只有垂直沉降，無水平位移；（2）頂面為自由邊界；（3）底面為固定邊界。

在本購模型的選擇上，選用Mohr - Coulomb模型（彈塑性模型）進(jìn)行模擬分析。Mohr -Coulomb模型所需要的五個(gè)參數(shù)分別為：楊氏模量E，泊松比，內(nèi)摩擦角，內(nèi)聚力c和剪脹角。

（1）排水板間距對(duì)加固效果的影響：

有限元分析過程中考慮以下四種排水板布置方式：（1）不打設(shè)排水板（2）排水板打設(shè)深度lO.Om，間距2.Om（3）排水板打設(shè)深度lO.Om，間距1.5m（4）排水板打設(shè)深度10. Om，間距1m。有限元網(wǎng)格單元采用15節(jié)點(diǎn)三角形單元，該單元提供4階位移插值，數(shù)值積分采用12個(gè)高斯點(diǎn)（應(yīng)力點(diǎn)）。有限元網(wǎng)格剖分，網(wǎng)格靠近荷載區(qū)域劃分較密，往遠(yuǎn)處逐漸稀疏。

排水板間距2.Om、1.5m，有限元模擬網(wǎng)格剖分在實(shí)際工程中我們常常利用減小排水板的間距來縮短工期，較少加固時(shí)間。但是一味的減小塑料排水板的間距也不一定能達(dá)到我們所需要的結(jié)果，而且也對(duì)施工不利。在文中的工程中當(dāng)間距小于0. 8m時(shí)實(shí)測(cè)的曲線與理論計(jì)算曲線出現(xiàn)了比較大的差距，說明此時(shí)在縮小排水板間距對(duì)加固時(shí)間的縮短效果較明顯。因此在工程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的排水板間距。間距太小，施工時(shí)排水板周圍的土體受到擾動(dòng)，地基土的強(qiáng)度和固結(jié)系數(shù)都有一定程度的降低，會(huì)引起總沉降的增加。間距選取過大，則起不到縮短固結(jié)時(shí)間的效果。

（2）考慮塑料排水板深度對(duì)加固效果的影響

塑料排水板屬于深層排水處理措施，其打設(shè)深度直接影響著土體的加固效果。一般應(yīng)達(dá)到處理軟土層的底層，即貫穿整個(gè)軟土層。若軟土層較厚（如超過建筑物底寬的2倍時(shí)），排水通道的打設(shè)深度為1/2建筑物底寬，但排水板必須穿過土體穩(wěn)定性計(jì)算的弧形滑動(dòng)面至少2m。在實(shí)際工程中可以看出，在固結(jié)度較小時(shí)，不同深度對(duì)固結(jié)度影響很小，但是在處理區(qū)固結(jié)完成以后，較小處理深度的固結(jié)度提高十分緩慢。加大處理深度對(duì)土體固結(jié)均有比較明顯的加速作用。在工程實(shí)踐中，在施工能力許可的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮加大處理深度，這比較小排水體間距的排水效果好。但是這并不意味著排水板的深度可以任意選取。其深度的選擇和土層分布、地基中附加應(yīng)力的大小等因素有關(guān)。當(dāng)軟粘土層較淺時(shí)，應(yīng)打穿軟土層。當(dāng)粘土層較厚使，可以先確定某一排水板的深度、直徑和間距。通過對(duì)沉降和固結(jié)度的計(jì)算，判斷預(yù)壓期滿后的剩余沉降量是否能滿足建筑的要求，若不能，則重新假定，直到滿足位置。本文同樣采用PLAXIS有限元軟件針對(duì)不同排水板打人深度進(jìn)行了工程分析。分析過程中考慮以下兩種排水板打入深度：（1）排水板打設(shè)深度lO.Om，間距2.Om（2）排水板打設(shè)深度10. 0，m，間距2.Om。

3結(jié)論

（1）采用現(xiàn)有的理論解進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，往往和實(shí)測(cè)情況有很大差異，這主要是因?yàn)樵囼?yàn)室內(nèi)條件和現(xiàn)場(chǎng)條件不一致導(dǎo)致的，解決方法是在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)盡可能考慮到期料排水板計(jì)算中要注意的幾個(gè)問題。

（2）在固結(jié)度較小時(shí)，改變塑料排水板的間距對(duì)固結(jié)度影響較大，間距小，固結(jié)快。對(duì)與特定的處理深度，當(dāng)處理區(qū)固結(jié)完成后，固結(jié)度的提高與間距無關(guān)，且固結(jié)過程相當(dāng)緩慢。

（3）在固結(jié)度較小時(shí)，不同處理深度對(duì)排水效果影響不大，在處理區(qū)固結(jié)完成后，處理深度對(duì)固結(jié)度影響很大，增大處理深度比減小間距加速固結(jié)的效果好得多。因此，在施工能力允許的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮加大處理深度。

（4）在實(shí)際的工程中，塑料排水板的間距與深度的選取要考慮工期、施工能力及非理想性等因素，綜合考慮才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的。