曾联金

(华邦建投集团股份有限公司,甘肃 兰州730030)

1 概述

我国南方地区存在着大量江河湖泊以及沼泽地带,在这种地质条件下修建路基往往存在着路基沉降过大、路基失稳等病害。所以修建路基工程之前,必须对软弱土层进行加固处理。塑料排水板与堆载预压结合处理软土路基,是比较高效的一种方法,该方法具有可以快速加固地基、加固后承载力大幅提升、质量容易得到保证等优点,同时,该工艺成熟、简单,是深层软土路基处理的最理想的方法之一[1]。

2 技术原理

塑料排水板可采用沉管式打桩机或插板机施工。在上部加载预压荷载作用下,软土路基中的孔隙水经塑料排水板,形成通路,再排到铺设在塑料排水板顶部的砂垫层或水平排水管道中,再排出路基外。处理深度可超过3m,同时应预留足够的预压时间。塑料排水板处理软土地基有如下优点:

2.1 排水性能优越,效果好。

2.2 使用的材料具备较好的延展性和强度,在排水过程中由于自由水排出会导致路基变形,材料能适应这种变形并且不影响其性能。

2.3 断面小,施工过程中对路基的扰动较小。

2.4 材料在工厂集中生产,工程质量容易得到保证。

2.5 施工速度快,可缩短工期,加固完成后地基得到明显改善,地基承载力能够增加0.7 ～1倍。

2.6 成本较低。与袋装砂井相比,所需费用较少。对深层软土使用垂直排水固结的方法加固时,在技术和经济上是最好、最成熟的工艺[2]。

3 施工关键技术

3.1 机械、材料要求

3.1.1 塑料排水板:每批进场的塑料排水板均应进行检测,同时应具备出厂合格证及试验、检验报告。垂直排水能力应大于30cm3/s,延伸率不大于10%,整带抗拉强度应大于0.1 kN/m,滤膜抗拉强度应大于2.5 kN/m,滤膜渗透系数大于5×10-4cm/s。塑料排水板技术参数如表1所示。

表1 塑料排水板技术参数表

3.1.2 砂垫层:砂垫层采用中粗砂,含泥量小于5%。

3.1.3 塑料排水管施工以插板机为主,插板机主要有两种形式:履带式插板机和门架式插板机。在施工时,应随打设数量、导管的断面尺寸、打入深度以及地基密实度等条件综合确定施工工艺、振动锤击功率等。摊铺砂垫层时,压实机具宜采用不小于15t的静压路机。插板机要求如表2所示。

表2 振动锤击振力参考值

3.2 施工工艺

塑料排水板堆载预压施工工艺流程为:整平原地面→摊铺下层砂垫层→机具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割断塑料排水板→机具移位→摊铺上层砂垫层→堆载预压→施工监测→卸载。其中,塑料排水板施工如图1所示。

图1 塑料排水板施工工艺简图

3.3 关键技术

3.3.1 铺设上(下)层砂垫层

上(下)层砂垫层压实后总厚度宜为0.2 m,下层砂垫层摊铺完成后,开始施做排水板,完成一个区段的塑料排水板施工后,再摊铺上层砂垫层。摊铺完成后及时进行压实,应采用静压式压路机碾压,不得进行振动碾压,压实度须满足设计及规范要求。宜采用轻型运输车辆,以免对施工完成的塑料排水板造成破坏。摊铺砂垫层过程中,应摊铺均匀、平整,并形成2%～4%的双向横坡,以利于排出地表水。施工过程中,应避免混入杂物[3]。

3.3.2 插入塑料排水板(套管)

第一步,安装塑料排水板。利用机架中安装的卷筒将板体安装进套管中,再整体安装进套杆中。第二步,固定。将板体通过端部拉出、弯折,并用短钢筋固定牢靠。第三步,收紧板体,插入杆就位对中,对准孔位,再利用锤击振动力,打入土体。打入预定深度以后再把插入杆拔出,再在砂垫层以上30cm处割断塑料排水板,并将板头埋入砂垫层中。

下料长度计算公式如下:

式中:S-下料长度(m)；

Sd-打设长度(m)；

Sy-外露长度(m)；

Ss-蛇形弯曲量(m),一般为设计长度的0.5%～1%；

Sh-板靴挂入量(m)。

3.3.3 加载预压

材料可选择素填土、中粗砂、黏土等。加载速度应适中,不宜过快。同时不宜一次性加载到位,应分级进行。根据材料密度,再换算为分散堆积高度。确保在分级加载时地基保持稳定,并且应避免个别区域堆积太高从而引发地基剪切破坏。通常加载时的变形指标为:①竖向的变形值不宜超过1cm/d～1.5 cm/d；②两侧水平位移值不宜超过0.5 cm/d,③孔隙的水压力小于加载导致的应力的0.5 ～0.6 倍。边缘部分应当预留出插板机作业宽度。为保证施工进度,可使用自卸汽车和推土机共同作业,作业时应注意保护已施做的板体,不得损坏。

3.3.4 相关监测内容

3.3.4.1 地面沉降监测

(1)按设计及规范要求,在正确的位置安装沉降板。沉降板可使用4块钢板制作,尺寸为60cm×6cm×0.9 cm。直杆可使用φ5cm钢管制作。为加强底板及直杆之间的连接,可使用4块钢板作为肋板。然后再将钢板及直杆焊接成整体。沉降板结构如

图2 沉降板结构示意图

(2)直杆应根据填土高度的上升而加高,通常情况下,每节加高段长50cm,两头采用螺纹接口连接,长度应露出地表50cm以上。同时应在沉降板直杆上安装明显的标识,以防沉降板被施工机具破坏。

(3)应及时进行沉降观测工作,并做好观测记录。安装完成沉降板后,应进行不少于2次的观测,每加载一次后,应进行不少于2次的观测,直至加载完成。

3.3.4.2 深层土体水平位移监测(测斜管)

首先进行钻孔,钻至设定的深度后,安装Φ7cm的双向测斜管,测斜管管底需进行封堵。管壁与土体之间的空隙,可使用灌注水泥砂浆或细砂来固定。使用测斜仪进行观测,每50cm读取一次读数,频率满足设计及规范要求即可。

3.3.4.3 孔隙水压力监测

首先进行钻孔,钻至设定的深度后,先后安装孔隙水压力计,但要注意采取措施以割断相邻的水压计,避免水压相连。压水压计间距应大于100cm,通过频率接收仪进行读取数据。

3.3.4.4 深层沉降监测

首先进行钻孔,钻至设定的深度后,最开始应安装波纹管,必须对第一节管底进行封堵。当达到预设的深度时,将导管打入,与波纹管一起,同时压到孔底部。值得注意的是,波纹管应当露出地表15cm～20cm,并且应用C25混凝土固定,导管应露出地表30cm～50cm,同时应根据填土加高而加高。可使用水准仪进行观测。

3.3.5 施工注意事项

3.3.5.1 按设计要求进行施工放样后,应分别测量板位并做好标记,偏差应小于5cm,且每区段总数量应不少于设计数量。

3.3.5.2 严格控制塑料排水板打入深度,深度偏差应符合设计及规范要求。当出现地质情况变化较大、地质与实际不符等情况时,应及时组织工程技术人员提出解决措施,并经设计单位认可后再实施。

3.3.5.3 塑料排水板不得有扭曲、滤膜撕破、断裂等现象。

3.3.5.4 施工中形成的孔洞应用中粗砂回填,不得用土块填塞,直至填平所有坑洼地带,以避免积水。

3.3.5.5 塑料排水板施做完成后,应及时切断多余外露部分,并加以保护,以防降低排水效果,采用滤水膜内平搭接的方法连接,搭接长度应大于20cm。

4 结论

工程实践证明,塑料排水板堆载预压排水固结法具备排水能力强、质量可靠、施工速度快、造价低等特点,并且塑料排水板在工厂集中生产,质量容易得到保证。在软土路基处理时,采用此方法具有显著的社会、经济效益,在较深的软土路基中效果更明显,极具发展前景。

塑料排水板堆载预压排水固结法也有一定缺点,预压时间较长,难以满足工期较短的项目的施工要求,为获得较好的处理效果,同时加快施工速度,施工中应尽量采用等载以及超载预压,以获得更好的加固效果。