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

林仕

（福建省港口工程有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在水運工程施工中經(jīng)常遇到軟弱地基，需要通過排水固結(jié)的方式，使飽和軟土密實，解決地基的大部分沉降，從而提高土體的強度。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。而近年在實際軟基處理的過程中，塑料排水板的應(yīng)用也越來越廣泛。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)濟效果。本文主要是通過福州港羅源灣港區(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)。本文主要通過對于深厚的軟土地基采用排水固結(jié)法進行加固時，從施工方案上來考慮采用塑料排水板在經(jīng)濟、效果、可行方面的優(yōu)勢。

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，為了測深，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 采用獨立的施工班組和供應(yīng)商隊伍，避免因包工包料對材料質(zhì)量產(chǎn)生影響；以合理價購入原材，過低的價格無法保證材料質(zhì)量。

2.1.3 編制采購計劃，根據(jù)現(xiàn)場施工進度及時安排材料進場，同時避免材料進場過早導(dǎo)致存放時間過長而產(chǎn)生的質(zhì)量問題。

2.1.4 加強檢測與保管。在排水板運抵工地之前，應(yīng)先將材料試驗證書以及材料產(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)留足夠時間給業(yè)主代表和施工監(jiān)理對材料做評價，并送質(zhì)檢單位進行質(zhì)量檢驗。對進場的材料妥善保管，存放在工地材料倉庫中，避免因天氣、時間因素使塑料排水板發(fā)生老化、斷裂問題。

2.2 施工機械控制

施工機械控制的重點是檢查插板機的性能及作業(yè)能力能否滿足設(shè)計要求。因此，施工前通過設(shè)置試驗區(qū)，進行試插板施工，檢查設(shè)備的接地壓力、穩(wěn)定性、打設(shè)能力、機動性及打設(shè)速度。

二期陸域工程采用型號為ZTB30-20 的液壓步履插板機，通過對樁錘及樁架的改造，打孔深度可達(dá)30m，滿足工程使用要求。

2.3 施工工藝質(zhì)量控制

2.3.1 施工前對泥面進行探摸，如發(fā)現(xiàn)泥面高程與設(shè)計圖紙不符，設(shè)計斷面應(yīng)進行相應(yīng)調(diào)整，相差較大時，應(yīng)提請設(shè)計進行修改。

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)計要求數(shù)量相同。

2.3.4 打設(shè)機定位時管靴與板位標(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)計不符時，無法打設(shè)至設(shè)計要求標(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 回帶問題在排水板施工過程中是經(jīng)常出現(xiàn)的，一旦出現(xiàn)回帶問題，該地基處理中垂直排水通道的排水能力就會下降。因此，可采用鋼筋頭或者鐵板作為管靴，其錨固力相對較強，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，且排水板的種類不同，排水板施打后的壓載排水效果不一，對拋石壓載過程的控制需要更加精準(zhǔn)。應(yīng)根據(jù)排水板種類及淤泥深度分區(qū)進行數(shù)據(jù)觀測、統(tǒng)計、縱橫向?qū)Ρ确治?，同時合理安排施工順序，提取相似區(qū)作為試驗區(qū)，指導(dǎo)后期施工及檢驗相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 現(xiàn)場監(jiān)測試驗項目及成果分析

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

3.1 監(jiān)測試驗項目

3.1.1 表層沉降觀測

二期陸域，沉降板編號為S1-S17，監(jiān)測數(shù)據(jù)及曲線如表2 所示。

表2 面層累計沉降

二期陸域沉降觀測從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)測情況中沉降速率及曲線分析，二期陸域各個沉降觀測點由陡趨勢變化，最后趨于平緩，原因就是開始觀測初期二期陸域在持續(xù)加載過程，沉降量變化比較大，最后加載結(jié)束靜載期無施工，沉降量慢慢變小。且最后兩個月內(nèi)的沉降速率均小于1.5mm/d。沉降速率已穩(wěn)定，都在設(shè)計的卸載標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

3.1.2 水位觀測

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

圖1 水位隨時間變化監(jiān)測曲線

二期陸域4 根水位管，在觀測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。

3.1.3 十字板剪切試驗

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

表3 軟土層未處理前十字板剪切試驗統(tǒng)計

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，強度低。與②淤泥質(zhì)土相比，①淤泥的各項物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)更差，處理和分析時更值得重點關(guān)注。

軟土層處理后十字板剪切試驗統(tǒng)計如表4 所示（不考慮抗剪強度和埋深的關(guān)系）。

表4 軟土層處理后十字板剪切試驗統(tǒng)計

十字板剪切試驗結(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平均值的對比見表5 所示。

表5 十字板剪切試驗結(jié)果統(tǒng)計

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

根據(jù)測試結(jié)果的對比，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度Cu 值由處理前的14.57kPa 增加到22.00kPa，增長率為54.0%，而且Cu’值由處理前的3.03kPa 增加到5.10kPa，增長率為68.3%，淤泥抗剪強度提高幅度顯著，地基承載力和穩(wěn)定性大大增強。

3.1.4 根據(jù)面層沉降監(jiān)測推求固結(jié)度

據(jù)推算的最終沉降量計算。根據(jù)某時刻的實測沉降Sd 與最終沉降量S∞之比可以確定固結(jié)度，即：U=Sd/S∞具體計算結(jié)果見表6。

表6 根據(jù)沉降計算固結(jié)度

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

3.1.5 逐級加載條件下地基固結(jié)度計算

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

表7 逐級加載計算固結(jié)度

以逐級加載計算固結(jié)度進行校核，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)計要求的90%的固結(jié)度。

根據(jù)沉降曲線計算，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)計要求的地基固結(jié)度為90%的要求；以逐級加載計算固結(jié)度進行校核，根據(jù)土層基本物理性質(zhì)及現(xiàn)場排水板打設(shè)和施工加載情況計算，地基固結(jié)度為94.09%。

3.2 成果分析

結(jié)合鉆孔取樣、十字板檢測分析與沉降計算固結(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)計要求。

綜上所述，二期陸域現(xiàn)階段無加載施工，面層沉降已經(jīng)穩(wěn)定，沉降速率在1.5mm/d 的設(shè)計范圍內(nèi)，后期面層沉降還會變化，但沉降值不會太大，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)度均滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

通過該工程軟土地基現(xiàn)場處理的施工方案及監(jiān)測成果，研究分析了塑料排水板配合堆載預(yù)壓軟基處理過程中表層沉降、孔隙水壓力、鉆孔取樣、十字板檢測的變化規(guī)律，對軟基施工有較大的指導(dǎo)效果，特別是在十字板檢測中，對下臥軟弱地基進行鉆孔取樣和測試，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了有效的佐證。通過開展現(xiàn)場鉆孔取樣、室內(nèi)土工試驗和十字板剪切試驗以獲取地基不同深度的土體主要物理、力學(xué)和強度性質(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、直剪抗剪強度指標(biāo)等），通過測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計整理分析，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價地基的固結(jié)狀態(tài)和強度增長狀況提供可靠的技術(shù)依據(jù)，說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)。