塑料排水板加超載預(yù)壓在堤防軟基的應(yīng)用

歐補(bǔ)榮

（福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000）

我國堤防工程多建設(shè)于江河湖海等軟土基礎(chǔ)之上,軟土具有高含水率、高孔隙比、高壓縮性,且具有低抗剪強(qiáng)度、低滲透性、低承載力等特點(diǎn),如何提高軟土基礎(chǔ)的承載力和安全穩(wěn)定性是堤防工程設(shè)計(jì)與施工的重點(diǎn)。塑料插板由塑料柵格板芯與濾膜組成,通過將塑料排水板打入到軟基中,在上部荷載作用下周邊的空隙水壓力提升,軟基中孔隙水,由濾膜過濾經(jīng)板芯排水通道排到上部鋪墊的砂層中,加速軟基的排水固結(jié)[1],提高基礎(chǔ)承載力。具有施工便捷、工期短、濾水性好、排水暢通等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合福鼎市梅澳大道堤防（一期）工程對(duì)塑料排水板加超載預(yù)壓技術(shù)在堤防軟基的應(yīng)用進(jìn)行論述。

1 工程概況

1.1 工程結(jié)構(gòu)

福鼎市梅澳大道堤防（一期）工程位于福鼎市桐山溪入?？谟野?工程堤防岸線全長2233 m。工程堤防斷面（見圖1）自下而上為：堤基B型塑料排水板長8 m~13 m；堤基砂墊層厚100 cm；基礎(chǔ)砂墊層上鋪設(shè)一道400 kg/m2的加筋土工布；堤身山土回填6 m~7 m,護(hù)坡為40 cm厚干砌毛石,坡比1∶3.0； 護(hù)坡上方為干砌方整石擋墻,墻頂寬80 cm；護(hù)坡內(nèi)側(cè)為消浪平臺(tái)；消浪平臺(tái)上方為綠化帶（兼景觀公園）坡率1∶5.0~8.0；工程防洪標(biāo)準(zhǔn)30 年一遇洪水設(shè)防,工程等別為Ⅲ等,主要建筑物等級(jí)為3 級(jí),次要建筑物為4級(jí),塑料排水板處理軟基示意圖見圖1。

圖1 塑料排水板處理軟基示意圖

1.2 工程地質(zhì)情況

工程施工區(qū)為濱海平原和灘涂海塘,地形平坦開闊,場地巖層分布不均勻,持力層物理力學(xué)性質(zhì)變化較大,巖基埋深較大；南面靠山腳,無活動(dòng)性斷裂及崩塌等其它不良地質(zhì)；北面為海,水位受潮汐影響,退潮時(shí)為灘涂,漲潮時(shí)場地被水淹沒,水位變化幅度約5 m,海岸穩(wěn)定性差,岸邊不規(guī)則,存在較厚的軟弱土層,分布廣,地層軟弱,地基條件較差,主要為8.00 m~12.00 m厚淤泥。

2 機(jī)械設(shè)備選擇

2.1 設(shè)備比選

工程處于濱海潮汐帶,漲潮時(shí)淹沒,退潮時(shí)為灘涂,故選擇為退潮時(shí)灘涂面陸上施打塑料排水板設(shè)備。目前用于陸上打設(shè)塑料排水板的機(jī)械設(shè)備主要分為帶導(dǎo)軌門架式插板機(jī)、履帶式插板機(jī)及挖掘機(jī)改裝插板機(jī)[2]。

（1）帶導(dǎo)軌門架式插板機(jī)：插板機(jī)自重在15 t左右,由導(dǎo)軌承重,但因軌道與基礎(chǔ)接觸面小,需在軌道下鋪墊枕木以減小壓強(qiáng),且移動(dòng)不便,其動(dòng)力設(shè)備主要由電力驅(qū)動(dòng),施工現(xiàn)場電力線路需隨機(jī)械設(shè)備行走。

（2）履帶式插板機(jī)：插板機(jī)自重15 t左右,由于履帶與基礎(chǔ)接觸面相對(duì)較大,對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行一般處理即可滿足對(duì)設(shè)備的承載力,插板機(jī)由履帶牽引移動(dòng),在平整區(qū)域施工靈活,但在不規(guī)則地面不平整區(qū)域施工難度較大,其動(dòng)力設(shè)備主要由電力驅(qū)動(dòng),施工現(xiàn)場電力線路需隨機(jī)械設(shè)備行走。

（3）挖掘機(jī)改裝插板：插板機(jī)自重20 t左右,自重大,一般軟基無法承受,需經(jīng)過基礎(chǔ)處理后或基礎(chǔ)承載力大于設(shè)備自重地方使用,該插板機(jī)是由挖掘機(jī)機(jī)械臂抓斗位置改裝為插板機(jī)塔架,由液壓靜壓驅(qū)動(dòng),由于挖掘機(jī)本身的機(jī)械特性,施工使用十分靈活,特別機(jī)械臂可以自由移動(dòng),在地面不平整區(qū)域及邊角位置施工方便,其動(dòng)力設(shè)備由自身發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

2.2 設(shè)備選擇

工程位于郊區(qū),周邊無大功率變壓器及輸配電線路,施工用電電壓不穩(wěn),自行發(fā)電施工成本較高；每天受潮水影響施工時(shí)段少,潮差大,漲潮時(shí)插板機(jī)需避潮以免對(duì)機(jī)械造成損失；在排水板施工作業(yè)前已先施工砂墊層（厚100 cm）,自卸汽車、挖掘機(jī)等機(jī)械均可在上部行駛,基礎(chǔ)承載力滿足插板機(jī)施工條件。根據(jù)以上機(jī)械設(shè)備特點(diǎn),結(jié)合工程實(shí)際情況,挖掘機(jī)改裝插板機(jī)在漲潮時(shí)可方便移動(dòng)至潮水位以上斷面,在工程缺電、趕工、感潮的情況下,其穩(wěn)定性、機(jī)動(dòng)性、打設(shè)效率等方面優(yōu)于其它插板設(shè)備,故工程選擇的機(jī)械設(shè)備為挖掘機(jī)改裝插板機(jī)。

3 材料管理

3.1 材料要求

塑料排水板的型號(hào)必須與設(shè)計(jì)型號(hào)一致,選擇口碑好、質(zhì)量好、社會(huì)認(rèn)同度高的廠家出廠的產(chǎn)品,選用的塑料排水板各項(xiàng)性能技術(shù)指標(biāo),如其芯帶、濾膜材質(zhì)、拉伸強(qiáng)度、通水量、濾膜滲透反濾等性能技術(shù)指標(biāo)要滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求。

3.2 質(zhì)量檢驗(yàn)

塑料排水板產(chǎn)品材料質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,進(jìn)場施工的材料要有生產(chǎn)廠家的出廠合格證,并查看外觀及包裝是否完好,進(jìn)場數(shù)量是否與采購數(shù)量一致。

以上查驗(yàn)完畢后,對(duì)進(jìn)場材料抽檢：每次同批次進(jìn)場的200000 m/次為單位,不足一個(gè)單位的也需檢測一次；同時(shí)進(jìn)場不一樣批次材料的,應(yīng)分別按批次進(jìn)行同批次檢測方法檢查,合格的排水板,登記入庫保存。

4 施工工藝流程

4.1 測量放樣

在軟基處理施工區(qū)內(nèi),根據(jù)地勘報(bào)告,結(jié)合工程平面布置情況,對(duì)排水板施工區(qū)域進(jìn)行劃分[3]。放樣用全站儀定出區(qū)域邊線及堤軸線,中間區(qū)域用鋼尺量出間距[4],邊線及軸線以頂部刷紅油漆的竹簽標(biāo)記,并用尼龍繩連接,圓弧段加密布置,板位用廢舊排水板板芯剪成20 cm長的2 cm寬的長條插入砂墊層做標(biāo)記,以防潮水沖刷及人員機(jī)械的破壞。插板機(jī)定位時(shí)將管靴中心對(duì)準(zhǔn)地面板位,偏差不大于±70 mm,并用垂球或經(jīng)緯儀校正設(shè)備的垂直度,套管和塔架上應(yīng)劃出刻度線,以控制施工深度。

4.2 施工工藝

塑料排水板施工順序?yàn)椋悍畔虏灏鍖?dǎo)架→排水板穿管→垂直架起插管導(dǎo)架→定位→調(diào)整垂直度→施打排水板→提升套管→剪板。

排水板打入深度根據(jù)設(shè)計(jì)深度在套管或塔架上標(biāo)出刻度線[5],施工時(shí)打入深度應(yīng)超過刻度線,已保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求。需接長的塑料排水板,剝開接長處濾膜,板芯直接搭接相連,然后濾膜在包裹好板芯,再用訂書釘釘牢,搭接的長度應(yīng)大于20 cm[6]。排水板整盤放置專門的轉(zhuǎn)盤之中,轉(zhuǎn)盤應(yīng)安裝在地面淤泥等污染物不碰觸到排水板的位置,防止污染物污染濾膜和板芯,影響施工效果,轉(zhuǎn)盤應(yīng)確保輕松旋轉(zhuǎn),以免因轉(zhuǎn)盤阻力、卡帶等使施打的排水板拔管時(shí)造成回帶。在施工作業(yè)時(shí)通過觀測垂球或經(jīng)緯儀來校正套管的垂直度,使其偏差值控制在規(guī)范及設(shè)計(jì)要求以內(nèi),確保施工質(zhì)量。

排水板打設(shè)完畢拔出套管,切斷排水板,切斷時(shí)的排水板在砂墊層以上應(yīng)保留20 cm以上長度,并注意預(yù)防泥沙等異物進(jìn)入排水板排水通道降低排水效率；同時(shí)套管末端排水板拉出套管預(yù)留20 cm左右,防止排水板縮進(jìn)套管而重復(fù)穿管工作降低工效。

4.3 施工過程中注意事項(xiàng)

（1）首先進(jìn)行堤基清表,清除建筑垃圾、竹木樹根等影響基礎(chǔ)及排水板打設(shè)的雜物。

（2）堤基清表完按設(shè)計(jì)要求回填砂墊層100 cm厚并進(jìn)行碾壓,用同質(zhì)量的挖掘機(jī)在碾壓后的砂墊層上試行,保證堤基承載力能夠支持機(jī)械安全運(yùn)行的情況下才使插板機(jī)入場施工,確保機(jī)械安全運(yùn)行。

（3）需長期存儲(chǔ)的塑料排水板應(yīng)存放在倉庫或保護(hù)條件良好的場地,保存時(shí)間不大于1 年；施工作業(yè)面設(shè)置臨時(shí)堆放的塑料排水板,應(yīng)碼放整齊、避免雨淋、防止日曬；排水板堆放應(yīng)避免劃破、撕裂及折斷,以防材料老化、破裂及雜質(zhì)混入使材料報(bào)廢。

（4）進(jìn)入施工的塑料排水板型號(hào)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的型號(hào)采購進(jìn)場,施工前檢查其主要質(zhì)量指標(biāo)和產(chǎn)品外觀是否滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求,符合指標(biāo)的材料才可使用。

（5）排水板的位置及間距嚴(yán)格按照施工圖紙要求進(jìn)行測量定位,作好標(biāo)示,并編制打設(shè)順序,嚴(yán)格按照編制的打設(shè)順序施工,嚴(yán)禁隨意施打,并按要求控制好排水板間距。

（6）塑料排水板采用菱形套管,為避免淤泥進(jìn)入套管和板芯,防止套管和板芯堵塞,造成回帶和影響排水效果[7],在套管外預(yù)留的20 cm左右的排水板折回,插入套管底端管口,并用30 cm左右長度的排水板做為橫銷,插在折回的排水板中間,折回的排水板應(yīng)將底端管口插緊密封嚴(yán)實(shí)。

（7）在套管上按照設(shè)計(jì)要求的打設(shè)深度做好明顯的標(biāo)記,施工時(shí)當(dāng)套管上的標(biāo)記位置打入到基礎(chǔ)后即可滿足設(shè)計(jì)深度,塔架上也應(yīng)設(shè)置顯眼的標(biāo)尺,確保施工深度符合要求。

（8）打設(shè)每根排水板需做好各項(xiàng)記錄,打設(shè)完質(zhì)量符合要求后方可移位進(jìn)行下一根板位的排水板施工。

（9）每區(qū)段排水板插設(shè)完畢經(jīng)各方同步驗(yàn)收檢查合格后,應(yīng)及時(shí)用砂料填滿排水板周圍因施工造成的坑洞,并將外露的排水板放平鋪上砂料,保證排水通道暢通。

4.4 質(zhì)量控制

（1）排水板板位平面誤差應(yīng)小于3 cm。

（2）用垂球或經(jīng)緯儀觀測施工時(shí)插管的垂直度,使其偏差范圍在1.5%的合格標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

（3）施插深度應(yīng)要有刻度標(biāo)示,用以控制施插深度不小于設(shè)計(jì)規(guī)定值。

（4）排水板施工作業(yè)時(shí)回帶值應(yīng)小于50 cm,且數(shù)量小于施工總數(shù)的5%[8]。當(dāng)有不合格的,需在旁重新施工。

（5）墊層面上排水板應(yīng)保留20 cm以上。

（6）當(dāng)施工完后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收和下一道覆蓋保護(hù)工序,防止破壞降低排水板的效能。

5 堤身荷載填筑及超載預(yù)壓施工

5.1 堤身荷載填筑

排水板施工完成經(jīng)驗(yàn)收合格后,開始上部堤身荷載填筑,堤基填筑土料用10 t自卸汽車經(jīng)臨時(shí)道路運(yùn)至施工工作面、75 kW推土機(jī)推整,按設(shè)計(jì)斷面由底部開始分層填筑。填筑料運(yùn)輸采用進(jìn)占法,填筑面應(yīng)分段、分層水平上升,相鄰施工段的作業(yè)面須均衡上升,避免出現(xiàn)陡坎高差[9]。相鄰分段出現(xiàn)高差時(shí),以1∶3~1∶5的斜坡面相接,每層鋪筑厚度為50 cm。鋪筑面當(dāng)天必須經(jīng)壓路機(jī)碾壓,確保填筑質(zhì)量。全部填筑完成以后,須作整坡壓實(shí),經(jīng)過一段時(shí)間的固結(jié)后,按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行修整,做到線型流暢,坡面平順[10]。軟基上填筑必須嚴(yán)格控制填土速率,沉降大于10 mm/d時(shí)應(yīng)立即停止加載,每填一層土前后過程都要滿足填土速率控制標(biāo)準(zhǔn)[11]。

5.2 超載預(yù)壓施工

填土至堤頂高程后,需繼續(xù)填筑超載預(yù)壓荷載,進(jìn)一步提高基礎(chǔ)孔隙水壓力,加快軟基中孔隙水經(jīng)排水板排水固結(jié),有效提高基礎(chǔ)固結(jié)效率。堤頂面標(biāo)高沉降低于預(yù)壓期填土標(biāo)高10 cm時(shí),應(yīng)及時(shí)補(bǔ)填土,不得最后一次性補(bǔ)足填土[12],補(bǔ)填土材料同路堤填料。填筑堤身時(shí),堤防最后填筑標(biāo)高應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)圖上的預(yù)壓填高,而側(cè)坡余寬及邊坡率亦應(yīng)留有余地,使其壓實(shí)寬度大于路堤設(shè)計(jì)寬度,保證最后的有效的斷面尺寸。堤身沉降期末,同時(shí)連續(xù)2個(gè)月沉降量每月≤5 mm/月時(shí),方可下步施工,對(duì)超載預(yù)壓填筑料進(jìn)行分層卸載至堤頂高程,為后續(xù)工作提供工作面,并繼續(xù)進(jìn)行觀測。

6 沉降觀測

6.1 沉降觀測布置

沉降觀測采用60 cm×60 cm鋼板焊接7.5 cm鋼管的倒T型結(jié)構(gòu)沉降盤,盤面埋設(shè)于基礎(chǔ)面,鋼管延伸至堤頂上部,沉降盤整體隨堤身一同沉降,鋼管用于沉降量的測量,沉降盤每間隔100 m布置于堤軸線上,每填一層土,應(yīng)進(jìn)行一次監(jiān)測,若兩次填筑間隔時(shí)間較長時(shí),每3 天至少觀測一次[13]。填土至超載預(yù)壓期填土高度后,半個(gè)月觀測一次,直至預(yù)壓期結(jié)束。在超載預(yù)壓卸載后繼續(xù)對(duì)堤身及后續(xù)施工進(jìn)行觀測,以確認(rèn)排水板施工效果。

6.2 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過一段時(shí)間的觀測數(shù)據(jù)匯總,根據(jù)堆載-沉降-時(shí)間關(guān)系分析圖（圖2~圖3）,填筑初期,基礎(chǔ)承載力較低,排水固結(jié)較慢,初期每一次堤身填筑都會(huì)明顯的沉降,沉降速率10 mm/天~20 mm/天,隨著填筑至堤頂高程,并暫緩后續(xù)加載填筑,軟基內(nèi)的空隙水壓力也不斷提高,并通過塑料排水板排出,排水固結(jié)效果得到體現(xiàn),基礎(chǔ)承載力有效提升,沉降速率開始變緩,在短時(shí)間內(nèi)沉降速率變小,沉降趨于穩(wěn)定[14]。在堤頂繼續(xù)填筑超載預(yù)壓后,沉降速率初期又有所提高,后期沉降亦趨于穩(wěn)定,沉降速率2 mm/月~4 mm/月,達(dá)到后續(xù)施工要求。超載預(yù)壓卸載后,在后續(xù)的堤頂?shù)缆泛奢d作用下也無明顯沉降,堤身工后沉降表現(xiàn)穩(wěn)定,塑料排水板應(yīng)用效果充分發(fā)揮,基礎(chǔ)承載能力滿足了工程設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。

圖2 K1+120觀測點(diǎn)堆載-沉降-時(shí)間關(guān)系曲線

圖3 K1+780觀測點(diǎn)堆載-沉降-時(shí)間關(guān)系曲線

7 結(jié)語

通過采用塑料排水板加超載預(yù)壓技術(shù)能夠有效的提高軟基的承載能力,使沉降逐步減小趨于穩(wěn)定,在技術(shù)上施工簡單高效,后期維護(hù)投入較少,是軟基處理中一種比較可行的方法。