塑料排水板堆載預(yù)壓排水固結(jié)法在軟土路基中的應(yīng)用

曾聯(lián)金

(華邦建投集團股份有限公司,甘肅 蘭州730030)

1 概述

我國南方地區(qū)存在著大量江河湖泊以及沼澤地帶,在這種地質(zhì)條件下修建路基往往存在著路基沉降過大、路基失穩(wěn)等病害。所以修建路基工程之前,必須對軟弱土層進行加固處理。塑料排水板與堆載預(yù)壓結(jié)合處理軟土路基,是比較高效的一種方法,該方法具有可以快速加固地基、加固后承載力大幅提升、質(zhì)量容易得到保證等優(yōu)點,同時,該工藝成熟、簡單,是深層軟土路基處理的最理想的方法之一[1]。

2 技術(shù)原理

塑料排水板可采用沉管式打樁機或插板機施工。在上部加載預(yù)壓荷載作用下,軟土路基中的孔隙水經(jīng)塑料排水板,形成通路,再排到鋪設(shè)在塑料排水板頂部的砂墊層或水平排水管道中,再排出路基外。處理深度可超過3m,同時應(yīng)預(yù)留足夠的預(yù)壓時間。塑料排水板處理軟土地基有如下優(yōu)點:

2.1 排水性能優(yōu)越,效果好。

2.2 使用的材料具備較好的延展性和強度,在排水過程中由于自由水排出會導(dǎo)致路基變形,材料能適應(yīng)這種變形并且不影響其性能。

2.3 斷面小,施工過程中對路基的擾動較小。

2.4 材料在工廠集中生產(chǎn),工程質(zhì)量容易得到保證。

2.5 施工速度快,可縮短工期,加固完成后地基得到明顯改善,地基承載力能夠增加0.7 ～1倍。

2.6 成本較低。與袋裝砂井相比,所需費用較少。對深層軟土使用垂直排水固結(jié)的方法加固時,在技術(shù)和經(jīng)濟上是最好、最成熟的工藝[2]。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 機械、材料要求

3.1.1 塑料排水板:每批進場的塑料排水板均應(yīng)進行檢測,同時應(yīng)具備出廠合格證及試驗、檢驗報告。垂直排水能力應(yīng)大于30cm3/s,延伸率不大于10%,整帶抗拉強度應(yīng)大于0.1 kN/m,濾膜抗拉強度應(yīng)大于2.5 kN/m,濾膜滲透系數(shù)大于5×10-4cm/s。塑料排水板技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 塑料排水板技術(shù)參數(shù)表

3.1.2 砂墊層:砂墊層采用中粗砂,含泥量小于5%。

3.1.3 塑料排水管施工以插板機為主,插板機主要有兩種形式:履帶式插板機和門架式插板機。在施工時,應(yīng)隨打設(shè)數(shù)量、導(dǎo)管的斷面尺寸、打入深度以及地基密實度等條件綜合確定施工工藝、振動錘擊功率等。攤鋪砂墊層時,壓實機具宜采用不小于15t的靜壓路機。插板機要求如表2所示。

表2 振動錘擊振力參考值

3.2 施工工藝

塑料排水板堆載預(yù)壓施工工藝流程為:整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割斷塑料排水板→機具移位→攤鋪上層砂墊層→堆載預(yù)壓→施工監(jiān)測→卸載。其中,塑料排水板施工如圖1所示。

圖1 塑料排水板施工工藝簡圖

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 鋪設(shè)上(下)層砂墊層

上(下)層砂墊層壓實后總厚度宜為0.2 m,下層砂墊層攤鋪完成后,開始施做排水板,完成一個區(qū)段的塑料排水板施工后,再攤鋪上層砂墊層。攤鋪完成后及時進行壓實,應(yīng)采用靜壓式壓路機碾壓,不得進行振動碾壓,壓實度須滿足設(shè)計及規(guī)范要求。宜采用輕型運輸車輛,以免對施工完成的塑料排水板造成破壞。攤鋪砂墊層過程中,應(yīng)攤鋪均勻、平整,并形成2%～4%的雙向橫坡,以利于排出地表水。施工過程中,應(yīng)避免混入雜物[3]。

3.3.2 插入塑料排水板(套管)

第一步,安裝塑料排水板。利用機架中安裝的卷筒將板體安裝進套管中,再整體安裝進套桿中。第二步,固定。將板體通過端部拉出、彎折,并用短鋼筋固定牢靠。第三步,收緊板體,插入桿就位對中,對準(zhǔn)孔位,再利用錘擊振動力,打入土體。打入預(yù)定深度以后再把插入桿拔出,再在砂墊層以上30cm處割斷塑料排水板,并將板頭埋入砂墊層中。

下料長度計算公式如下:

式中:S-下料長度(m)；

Sd-打設(shè)長度(m)；

Sy-外露長度(m)；

Ss-蛇形彎曲量(m),一般為設(shè)計長度的0.5%～1%；

Sh-板靴掛入量(m)。

3.3.3 加載預(yù)壓

材料可選擇素填土、中粗砂、黏土等。加載速度應(yīng)適中,不宜過快。同時不宜一次性加載到位,應(yīng)分級進行。根據(jù)材料密度,再換算為分散堆積高度。確保在分級加載時地基保持穩(wěn)定,并且應(yīng)避免個別區(qū)域堆積太高從而引發(fā)地基剪切破壞。通常加載時的變形指標(biāo)為:①豎向的變形值不宜超過1cm/d～1.5 cm/d；②兩側(cè)水平位移值不宜超過0.5 cm/d,③孔隙的水壓力小于加載導(dǎo)致的應(yīng)力的0.5 ～0.6 倍。邊緣部分應(yīng)當(dāng)預(yù)留出插板機作業(yè)寬度。為保證施工進度,可使用自卸汽車和推土機共同作業(yè),作業(yè)時應(yīng)注意保護已施做的板體,不得損壞。

3.3.4 相關(guān)監(jiān)測內(nèi)容

3.3.4.1 地面沉降監(jiān)測

(1)按設(shè)計及規(guī)范要求,在正確的位置安裝沉降板。沉降板可使用4塊鋼板制作,尺寸為60cm×6cm×0.9 cm。直桿可使用φ5cm鋼管制作。為加強底板及直桿之間的連接,可使用4塊鋼板作為肋板。然后再將鋼板及直桿焊接成整體。沉降板結(jié)構(gòu)如

圖2 沉降板結(jié)構(gòu)示意圖

(2)直桿應(yīng)根據(jù)填土高度的上升而加高,通常情況下,每節(jié)加高段長50cm,兩頭采用螺紋接口連接,長度應(yīng)露出地表50cm以上。同時應(yīng)在沉降板直桿上安裝明顯的標(biāo)識,以防沉降板被施工機具破壞。

(3)應(yīng)及時進行沉降觀測工作,并做好觀測記錄。安裝完成沉降板后,應(yīng)進行不少于2次的觀測,每加載一次后,應(yīng)進行不少于2次的觀測,直至加載完成。

3.3.4.2 深層土體水平位移監(jiān)測(測斜管)

首先進行鉆孔,鉆至設(shè)定的深度后,安裝Φ7cm的雙向測斜管,測斜管管底需進行封堵。管壁與土體之間的空隙,可使用灌注水泥砂漿或細(xì)砂來固定。使用測斜儀進行觀測,每50cm讀取一次讀數(shù),頻率滿足設(shè)計及規(guī)范要求即可。

3.3.4.3 孔隙水壓力監(jiān)測

首先進行鉆孔,鉆至設(shè)定的深度后,先后安裝孔隙水壓力計,但要注意采取措施以割斷相鄰的水壓計,避免水壓相連。壓水壓計間距應(yīng)大于100cm,通過頻率接收儀進行讀取數(shù)據(jù)。

3.3.4.4 深層沉降監(jiān)測

首先進行鉆孔,鉆至設(shè)定的深度后,最開始應(yīng)安裝波紋管,必須對第一節(jié)管底進行封堵。當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的深度時,將導(dǎo)管打入,與波紋管一起,同時壓到孔底部。值得注意的是,波紋管應(yīng)當(dāng)露出地表15cm～20cm,并且應(yīng)用C25混凝土固定,導(dǎo)管應(yīng)露出地表30cm～50cm,同時應(yīng)根據(jù)填土加高而加高?？墒褂盟疁?zhǔn)儀進行觀測。

3.3.5 施工注意事項

3.3.5.1 按設(shè)計要求進行施工放樣后,應(yīng)分別測量板位并做好標(biāo)記,偏差應(yīng)小于5cm,且每區(qū)段總數(shù)量應(yīng)不少于設(shè)計數(shù)量。

3.3.5.2 嚴(yán)格控制塑料排水板打入深度,深度偏差應(yīng)符合設(shè)計及規(guī)范要求。當(dāng)出現(xiàn)地質(zhì)情況變化較大、地質(zhì)與實際不符等情況時,應(yīng)及時組織工程技術(shù)人員提出解決措施,并經(jīng)設(shè)計單位認(rèn)可后再實施。

3.3.5.3 塑料排水板不得有扭曲、濾膜撕破、斷裂等現(xiàn)象。

3.3.5.4 施工中形成的孔洞應(yīng)用中粗砂回填,不得用土塊填塞,直至填平所有坑洼地帶,以避免積水。

3.3.5.5 塑料排水板施做完成后,應(yīng)及時切斷多余外露部分,并加以保護,以防降低排水效果,采用濾水膜內(nèi)平搭接的方法連接,搭接長度應(yīng)大于20cm。

4 結(jié)論

工程實踐證明,塑料排水板堆載預(yù)壓排水固結(jié)法具備排水能力強、質(zhì)量可靠、施工速度快、造價低等特點,并且塑料排水板在工廠集中生產(chǎn),質(zhì)量容易得到保證。在軟土路基處理時,采用此方法具有顯著的社會、經(jīng)濟效益,在較深的軟土路基中效果更明顯,極具發(fā)展前景。

塑料排水板堆載預(yù)壓排水固結(jié)法也有一定缺點,預(yù)壓時間較長,難以滿足工期較短的項目的施工要求,為獲得較好的處理效果,同時加快施工速度,施工中應(yīng)盡量采用等載以及超載預(yù)壓,以獲得更好的加固效果。