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 問題的提出

我國海域面積廣大,海岸線全長18000余公里,沿海地區(qū)是我國經(jīng)濟的發(fā)達地區(qū),越來越多的水利工程、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)增長強度,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50年代,排水砂井就開始在我國應用,并取得許多寶貴經(jīng)驗。塑料排水板以其重量輕,施工機械輕便,能在土中形成細而密、斷面均勻的排水井,施工迅速,成本低廉等特點,迅速得到廣泛地應用。隨著采用塑料排水板加固軟基的工程數(shù)量和規(guī)模的擴大,積極而細致地探討、研究工程實踐中遇到的技術問題,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海口南岸灘涂上,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9520萬元,由3715.69 m長主堤、三甲新閘(進排2用)、七甲新閘(進排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。為加快工程進度,滿足圍墾開發(fā)要求,減小堤壩斷面,節(jié)省投資,設計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,無層理,均勻性差,夾粉砂團塊,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,無層理,夾貝殼碎屑及粉細砂團塊,層厚5.8～8.8 m。

第3層淤泥:青灰色,飽和,流塑,夾粉細砂團塊和貝殼碎屑,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,可見水平層理,含少量貝殼,未鉆穿。

土層物理力學性質(zhì)指標見表1。

表1 土層物理力學指標表

4 設計要點

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

4.1 塑料排水板當量直徑

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

4.2 塑料排水板插設深度及布置

4.2.1 插設深度

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深度為16 m,兩側(cè)鎮(zhèn)壓層共10.5 m范圍排水板插設深度為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:應根據(jù)工程要求的固結(jié)時間t和要求達到的固結(jié)度Urt計算。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 設備材料選擇

目前塑料排水板插設機械國家尚無標準規(guī)范,生產(chǎn)企業(yè)多、種類型號復雜,各工程均根據(jù)具體不同的地質(zhì)、施工條件進行設計、定制或改裝。由于在潮間帶淺灘超軟地基上施工,要求插設板必須具有接地壓力小,避潮方便的特點。靜壓插設方法需有圈套的平衡重量及上拔時較大的地基反力,機械笨重,不適于在此類地基上施工;振動插設法的機械輕便,振動力雖會引起套管周圍土的擾動,使孔隙水壓力上升,但插板結(jié)束后即刻消散,故有振動擠密作用[4]。需注意的是,套管直徑應盡可能小。

(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,漲潮時間需停止施工、設備退場,施工作業(yè)根據(jù)工程實際情況,選用DJL20-20履帶式插板機,該設備具有性能穩(wěn)定可靠,使用維護方便,不需要鋪設軌道和枕木、打插施工移動方便、漲潮時避潮設備退場速度快等特點,可自裝、自卸和步履移動轉(zhuǎn)場,轉(zhuǎn)移工地靈活便捷等優(yōu)點[5]。結(jié)構簡單,維護方便,性能穩(wěn)定可靠,并具有塑料排水板樁機和袋裝砂井樁機的雙重功效。性能參數(shù)見表3。

(2)塑料排水板規(guī)格按設計要求結(jié)合施工技術條件選擇B型塑料排水板,主要性能指標見表4。

表3 DJL20-20履帶式插板機主要技術參數(shù)表

續(xù)表3

表4 塑料排水板性能指標表

5.2 作業(yè)條件

(1)在施工前的技術準備中,按地基設計要求與地形地質(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、檢測證明報送監(jiān)理,隨時接受監(jiān)理抽檢。同時每卷塑料排水板在裝機前和施工過程中,進行外觀檢查等施工前準備工作。

(2)按設計要求施工場地、道路、碎石層、臨時設施(包括水電、通訊等)的安排、機具的進出、施工人員等要符合施插排水板的要求。

(3)按施工組織設計確定的場地排水孔位置放線后,用竹簽為標志定插孔位。

5.3 樁位放樣

按設計給定的排距、列距畫出布樁圖,標明排列的編號。同時應繪制塑料排水板打插預控圖,圖上應標明分區(qū)分塊設計的打插深度作為實際打插時的預控深度。同時繪制打插布樁圖,每施打1根樁可在圖上相應位置標出,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,做出鮮明的標志,施工中應經(jīng)常注意檢查和保護,發(fā)現(xiàn)丟失或遺漏要及時補上。

5.4 施工流程

施工具體流程見圖1。

圖1 塑料排水板施工流程圖

6 打設塑料排水板施工順序和注意事項

6.1 塑料排水板施工順序

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

(2)塑料排水板導管靴與樁尖:塑料排水板導管靴與樁尖均采用圓形。樁尖平端與導管靴配合要適當,避免錯縫,防止淤泥在打設過程中進入導管,增大對塑料排水板的阻力。

(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,實際打入深度不得小于設計深度。塑料排水板接長時,采用濾膜內(nèi)芯板平搭接的連接方式,搭接長度應＞20 cm。

6.2 操作工藝

(1)插板時,插板機就位后通過振動錘驅(qū)動套管對準插孔位下沉,排水板從套管內(nèi)穿過與端頭的錨靴相連,套管頂住錨靴將排水板插到設計入土深度,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個排水孔插板操作。插板機就可移位到下一個排水孔繼續(xù)施打。

(2)在剪斷排水板時,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 回帶問題

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

解決回帶問題的關鍵有以下3點:

(1)錨靴:作用是把排水板帶錨固在預定深度的土中,要求結(jié)構簡單,成本低廉。該工程選用圓開斷面木棒,直徑5 cm,長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,以減小插設入土阻力。重要的是端口應與錨靴吻合緊密,防止插設時泥土進入套管。套管進泥會增加上拔時對排水板帶的拽拉力,易產(chǎn)生回帶,且有涂抹作用;

(3)插設方法:插設速度及套管上拔速度應控制好,不宜過快。套管將排水板帶送至預定深度后,留振3～5 s,可改善底端錨固效果。送帶宜松不宜緊。為保證插設深度,超插1個回帶長度。

6.4 塑料排水板性能及質(zhì)量

塑料排水板的性能指標及質(zhì)量應符合設計要求。每一批次或一定數(shù)量的產(chǎn)品均應取樣試驗,確認其質(zhì)量符合要求后方可使用。施工過程中注意檢查,排水板芯板的外包濾膜應緊貼平整,無皺折和松套現(xiàn)象,縫口應牢固,濾膜纖維應分布均勻,無毛絮。禁止使用濾膜破損的排水板。

7 結(jié) 語

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,加快工程進度,節(jié)省工程投資。塑料排水板在施工機械、排水效果及質(zhì)量控制等方面,較砂井有較大的優(yōu)越性,有很強的生命力。結(jié)合工程實踐及施工現(xiàn)場觀測結(jié)果,對塑料板排水法應用過程中遇到的技術問題進行探討研究,有益于該項新技術的推廣及提高應用水平。

[1]夏彩虹.塑料排水板在哈爾濱軟土路基中的應用研究 [D].吉林大學,2004:7-9.

[2]許瑩.塑料排水板在軟土地基中的應用探討 [J].公路,1995(9):13-14.

[3]單煒,王平,張愛民.應用塑料排水板加固軟土地基效果的理論分析[J].東北林業(yè)大學學報,2002(6):18-20.

[4]楊建民.塑料排水板處理軟基沉降觀測分析 [J].中南公路工程,1999(1):5-6.

[5]蘇云.塑料排水板處理軟基的效果分析 [J].公路與汽運,1999(3):14-16.