塑料排水板在深厚軟基處理上的應(yīng)用及質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制分析

林仕

（福建省港口工程有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在水運(yùn)工程施工中經(jīng)常遇到軟弱地基，需要通過(guò)排水固結(jié)的方式，使飽和軟土密實(shí)，解決地基的大部分沉降，從而提高土體的強(qiáng)度。而排水固結(jié)法的施工工藝大部分優(yōu)先采用塑料排水板方案。而近年在實(shí)際軟基處理的過(guò)程中，塑料排水板的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。特別是在深厚軟基上塑料排水板更是凸顯出其優(yōu)秀的處理效果及經(jīng)濟(jì)效果。本文主要是通過(guò)福州港羅源灣港區(qū)某陸域軟基處理工程中，分析塑料排水板進(jìn)行軟基加固的施工方案以及最后的軟基加固的效果。塑料排水板主要施工工藝是在軟基上先鋪設(shè)中粗砂墊層后，再采用插板機(jī)將塑料排水板插入軟土地基，形成豎向的排水通道。其排水固結(jié)的原理主要是在打設(shè)完塑料排水板后，采用堆載預(yù)壓的方式，使軟土地基中空隙水由塑料排水板排到上部砂層中，由其他排水方式排出，以此加速軟基固結(jié)。本文主要通過(guò)對(duì)于深厚的軟土地基采用排水固結(jié)法進(jìn)行加固時(shí)，從施工方案上來(lái)考慮采用塑料排水板在經(jīng)濟(jì)、效果、可行方面的優(yōu)勢(shì)。

1 工程概況

二期陸域工程位于福州港羅源灣港區(qū)淡頭作業(yè)區(qū)。陸域用地總面積為201980m，軟弱地基深度達(dá)30m，為深厚軟基。場(chǎng)地地層主要有：第四系全新統(tǒng)淤積層（土層為淤泥、淤泥質(zhì)土等）；第四系全新統(tǒng)沖海積層（土層為黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、含泥中砂、含泥圓礫等）。

軟基處理方法采用塑料排水板聯(lián)合堆載預(yù)壓法：在原泥面上鋪設(shè)厚1m 的中粗砂排水墊層，接著陸上施打塑料排水板，然后回填海砂至9.0m，接著堆載預(yù)壓，待沉降穩(wěn)定及地基固結(jié)度達(dá)到90%以上后卸載至設(shè)計(jì)高程。

2 塑料排水板施工質(zhì)量控制

2.1 原材料質(zhì)量控制

2.1.1 塑料排水板板芯原材料應(yīng)是原生料，板芯不得采用回收料或摻加回收料的原材料加工。同時(shí)，為了測(cè)深，在濾膜表層電腦噴印數(shù)字刻度。

二期陸域工程采用的塑料排水板性能指標(biāo)如表1所示。

表1 塑料排水板技術(shù)指標(biāo)表

2.1.2 采用獨(dú)立的施工班組和供應(yīng)商隊(duì)伍，避免因包工包料對(duì)材料質(zhì)量產(chǎn)生影響；以合理價(jià)購(gòu)入原材，過(guò)低的價(jià)格無(wú)法保證材料質(zhì)量。

2.1.3 編制采購(gòu)計(jì)劃，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度及時(shí)安排材料進(jìn)場(chǎng)，同時(shí)避免材料進(jìn)場(chǎng)過(guò)早導(dǎo)致存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題。

2.1.4 加強(qiáng)檢測(cè)與保管。在排水板運(yùn)抵工地之前，應(yīng)先將材料試驗(yàn)證書(shū)以及材料產(chǎn)地等資料提交業(yè)主代表和施工監(jiān)理批準(zhǔn)。提交后應(yīng)留足夠時(shí)間給業(yè)主代表和施工監(jiān)理對(duì)材料做評(píng)價(jià)，并送質(zhì)檢單位進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。對(duì)進(jìn)場(chǎng)的材料妥善保管，存放在工地材料倉(cāng)庫(kù)中，避免因天氣、時(shí)間因素使塑料排水板發(fā)生老化、斷裂問(wèn)題。

2.2 施工機(jī)械控制

施工機(jī)械控制的重點(diǎn)是檢查插板機(jī)的性能及作業(yè)能力能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因此，施工前通過(guò)設(shè)置試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行試插板施工，檢查設(shè)備的接地壓力、穩(wěn)定性、打設(shè)能力、機(jī)動(dòng)性及打設(shè)速度。

二期陸域工程采用型號(hào)為ZTB30-20 的液壓步履插板機(jī)，通過(guò)對(duì)樁錘及樁架的改造，打孔深度可達(dá)30m，滿(mǎn)足工程使用要求。

2.3 施工工藝質(zhì)量控制

2.3.1 施工前對(duì)泥面進(jìn)行探摸，如發(fā)現(xiàn)泥面高程與設(shè)計(jì)圖紙不符，設(shè)計(jì)斷面應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，相差較大時(shí)，應(yīng)提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)進(jìn)行修改。

2.3.2 塑料排水板應(yīng)采取套管打設(shè)法打設(shè)，禁止用裸打法。

2.3.3 測(cè)量定出板位并用白粉做好標(biāo)記，板位偏差不宜大于±30mm，塑料排水板總量應(yīng)與設(shè)計(jì)要求數(shù)量相同。

2.3.4 打設(shè)機(jī)定位時(shí)管靴與板位標(biāo)記的偏差應(yīng)控制在±50mm 范圍內(nèi)。

2.3.5 施打過(guò)程中應(yīng)控制樁架及套管垂直度，其偏差應(yīng)不大于1.5%。

2.3.6 必須按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制塑料排水板的打設(shè)標(biāo)高，當(dāng)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符時(shí)，無(wú)法打設(shè)至設(shè)計(jì)要求標(biāo)高，應(yīng)征得監(jiān)理及業(yè)主代表等相關(guān)人員同意后方可變更打設(shè)標(biāo)高。

2.3.7 回帶問(wèn)題在排水板施工過(guò)程中是經(jīng)常出現(xiàn)的，一旦出現(xiàn)回帶問(wèn)題，該地基處理中垂直排水通道的排水能力就會(huì)下降。因此，可采用鋼筋頭或者鐵板作為管靴，其錨固力相對(duì)較強(qiáng)，且能阻止淤泥滲入管內(nèi)，大大減少回帶現(xiàn)象。

2.3.8 淤泥深度不均，且排水板的種類(lèi)不同，排水板施打后的壓載排水效果不一，對(duì)拋石壓載過(guò)程的控制需要更加精準(zhǔn)。應(yīng)根據(jù)排水板種類(lèi)及淤泥深度分區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)、縱橫向?qū)Ρ确治?，同時(shí)合理安排施工順序，提取相似區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)，指導(dǎo)后期施工及檢驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目及成果分析

為驗(yàn)證上述各質(zhì)量控制措施執(zhí)行下，塑料排水板是否滿(mǎn)足軟基處理過(guò)程中的排水要求?，F(xiàn)根據(jù)軟土地基現(xiàn)場(chǎng)處理的監(jiān)測(cè)成果，研究分析塑料排水板配合堆載預(yù)壓軟基處理過(guò)程中表層沉降、水位、十字板檢測(cè)等隨時(shí)間、工況的變化規(guī)律，具體如下。

3.1 監(jiān)測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目

3.1.1 表層沉降觀測(cè)

二期陸域，沉降板編號(hào)為S1-S17，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及曲線如表2 所示。

表2 面層累計(jì)沉降

二期陸域沉降觀測(cè)從2018 年5 月1 日到2019 年1月25 日為止，最大沉降量達(dá)到S1=-3411.8mm，最小沉降量達(dá)到S13=-1694.0mm，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況中沉降速率及曲線分析，二期陸域各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)由陡趨勢(shì)變化，最后趨于平緩，原因就是開(kāi)始觀測(cè)初期二期陸域在持續(xù)加載過(guò)程，沉降量變化比較大，最后加載結(jié)束靜載期無(wú)施工，沉降量慢慢變小。且最后兩個(gè)月內(nèi)的沉降速率均小于1.5mm/d。沉降速率已穩(wěn)定，都在設(shè)計(jì)的卸載標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

3.1.2 水位觀測(cè)

二期陸域部位共埋設(shè)4 處水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)在吹砂與施工加載過(guò)程中的水位變化。4 根水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化情況如圖1 所示。

圖1 水位隨時(shí)間變化監(jiān)測(cè)曲線

二期陸域4 根水位管，在觀測(cè)初期即施工初期水位變化值比較大，隨著施工加載，水位變化變化值變大，靜載期水位變化值變小。隨后期滿(mǎn)載水位變化值慢慢變小，已經(jīng)不存在施工期間的起伏趨勢(shì)。

3.1.3 十字板剪切試驗(yàn)

軟土層未處理前十字板剪切試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)如表3 所示（不考慮抗剪強(qiáng)度和埋深的關(guān)系）。

表3 軟土層未處理前十字板剪切試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

據(jù)表分析可知，①淤泥和②淤泥質(zhì)土均屬于工程性質(zhì)比較差的軟弱土層，含水率高，孔隙比大，壓縮性大，靈敏度高，滲透性差，強(qiáng)度低。與②淤泥質(zhì)土相比，①淤泥的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)更差，處理和分析時(shí)更值得重點(diǎn)關(guān)注。

軟土層處理后十字板剪切試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)如表4 所示（不考慮抗剪強(qiáng)度和埋深的關(guān)系）。

表4 軟土層處理后十字板剪切試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

十字板剪切試驗(yàn)結(jié)果分析：

陸域二期JC1、JC2、JC3、JC4 孔的十字板剪切與處理前陸域天然下臥軟基十字板剪切試驗(yàn)平均值的對(duì)比見(jiàn)表5 所示。

表5 十字板剪切試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

注：處理前的數(shù)據(jù)為工勘報(bào)告提供的測(cè)試結(jié)果的平均值；處理后的數(shù)據(jù)為JC1、JC2、JC3、JC4 孔實(shí)測(cè)平均值。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比，可以看出，經(jīng)預(yù)壓處理后下臥軟土的原位不排水抗剪強(qiáng)度Cu 值由處理前的14.57kPa 增加到22.00kPa，增長(zhǎng)率為54.0%，而且Cu’值由處理前的3.03kPa 增加到5.10kPa，增長(zhǎng)率為68.3%，淤泥抗剪強(qiáng)度提高幅度顯著，地基承載力和穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。

3.1.4 根據(jù)面層沉降監(jiān)測(cè)推求固結(jié)度

據(jù)推算的最終沉降量計(jì)算。根據(jù)某時(shí)刻的實(shí)測(cè)沉降Sd 與最終沉降量S∞之比可以確定固結(jié)度，即：U=Sd/S∞具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 根據(jù)沉降計(jì)算固結(jié)度

根據(jù)計(jì)算結(jié)果得知，從施工加載到截止，加載時(shí)間約270 天，靜載期6 個(gè)月，二期陸域平均固結(jié)度為92.45%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的90%的卸載標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.5 逐級(jí)加載條件下地基固結(jié)度計(jì)算

根據(jù)地勘報(bào)告得知二期陸域港區(qū)下部土層基本參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)排水板打設(shè)施工情況，從施工加載到截止，加載時(shí)間約270 天，靜載期6 個(gè)月，逐級(jí)加載條件下地基固結(jié)度計(jì)算如表7 所示。

表7 逐級(jí)加載計(jì)算固結(jié)度

以逐級(jí)加載計(jì)算固結(jié)度進(jìn)行校核，固結(jié)度為94.09%，二期陸域下部軟土地基預(yù)壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求的90%的固結(jié)度。

根據(jù)沉降曲線計(jì)算，二期陸域區(qū)域地基平均固結(jié)度達(dá)到92.45%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的地基固結(jié)度為90%的要求；以逐級(jí)加載計(jì)算固結(jié)度進(jìn)行校核，根據(jù)土層基本物理性質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)排水板打設(shè)和施工加載情況計(jì)算，地基固結(jié)度為94.09%。

3.2 成果分析

結(jié)合鉆孔取樣、十字板檢測(cè)分析與沉降計(jì)算固結(jié)度分析，二期陸域總體固結(jié)度以達(dá)到90%以上，符合設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，二期陸域現(xiàn)階段無(wú)加載施工，面層沉降已經(jīng)穩(wěn)定，沉降速率在1.5mm/d 的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，后期面層沉降還會(huì)變化，但沉降值不會(huì)太大，屬于軟土固結(jié)沉降的次固結(jié)沉降階段；現(xiàn)階段面層和深層土體水平位移較小，土體主要是豎向的次固結(jié)沉降。二期陸域沉降速率、土體位移、土體固結(jié)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該工程軟土地基現(xiàn)場(chǎng)處理的施工方案及監(jiān)測(cè)成果，研究分析了塑料排水板配合堆載預(yù)壓軟基處理過(guò)程中表層沉降、孔隙水壓力、鉆孔取樣、十字板檢測(cè)的變化規(guī)律，對(duì)軟基施工有較大的指導(dǎo)效果，特別是在十字板檢測(cè)中，對(duì)下臥軟弱地基進(jìn)行鉆孔取樣和測(cè)試，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效的佐證。通過(guò)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取樣、室內(nèi)土工試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)以獲取地基不同深度的土體主要物理、力學(xué)和強(qiáng)度性質(zhì)指標(biāo)（主要包括密度、含水率、孔隙比、液塑限、壓縮系數(shù)與壓縮模量、直剪抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等），通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)整理分析，掌握了經(jīng)歷堆載預(yù)壓排水固結(jié)處理后下臥軟弱地基土體工程特性的改善狀況和變化規(guī)律，從而為塑料排水板分析評(píng)價(jià)地基的固結(jié)狀態(tài)和強(qiáng)度增長(zhǎng)狀況提供可靠的技術(shù)依據(jù)，說(shuō)明在深厚的軟基上采取塑料排水板施工工藝的可行性，并為后續(xù)的軟基處理工程提供了有效的數(shù)據(jù)。