塑料排水板堆载预压在软基处理中的应用

塑料排水板堆载预压在软基处理中的应用

摘要:结合工程实例，对塑料排水板堆载预压法应用于软弱粘性土地基处理的原理、施工工艺、施工要点和施工监测等方面进行了论述，对类似工程具有一定的借鉴意义。

关键词:塑料排水板;堆载预压;软基处理

Abstract: combined with the engineering example, the plastic drainage plate preloading method in soft soil foundation treatment principle, construction technology, construction gist and construction monitoring are discussed in this paper, similar to the project has a certain referential significance.

Key words: plastic drainage plate; surcharge preloading; treatment of soft foundation

中途分类号：U215.14 文献标识码：A 文章编码：

前言

我国沿海地区工程施工中广泛存在着软弱性土层，这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性小、排水固结慢，地基稳定性差。因此，这种软弱地基的存在往往是沿海地区工程设计、施工的关键问题。软土地基处理方法常有：换土垫层法、深层密实法、排水固结法、加筋法、胶结法及热学法。塑料排水板堆载预压法是属于排水固结法中的一种地基处理方法，适用于透水性低的软弱粘性土处理。本文结合深圳市前海填海区的软弱地基处理，介绍塑料排水板堆载预压法在沿海软弱地基处理的应用及其施工要点。

1、工程概况

深圳市前海填海区某地块存在着大量软弱地基。其钻探揭露地层自上而下依次为：①第四系海积层，淤泥为深灰黑色，饱和，流塑，局部挤淤带顶部呈软-可塑状态，稍具腥臭味，滑腻，含少量贝壳碎屑，局部夹细砂薄层。淤泥层厚7.5~15.2m，平均厚度达到9.61m，层底标高-10.6~6.76m，平均层底标高-8.41m。②冲洪积层及残积层，褐红色、灰黄色等，可塑状态，摇震无反应，滑腻，干强度和韧性高，局部夹砂砾或呈粘性土混中粗砂状。③下伏基岩，场地下伏基岩为加里东期混合花岗岩，变余结构，片麻状构造。根据软土的地质特征，本工程采用塑料排水板结合砂垫层、填土预压的地基处理方法。

2、塑料排水板堆载预压原理及固结度计算

2.1 塑料排水板堆载预压原理

塑料排水板辅以堆载预压，称为塑料排水板堆载预压法。目前采用塑料排水板代替传统的砂井较为普遍，原因是塑料排水板可以工厂化生产，比袋装砂井更轻便，施工更简单，无缩颈、无断裂，有质量的保证；机械设备简单，各种地质条件都能施工，适应性较强；工程造价相对较低，施工效率较高。塑料排水板预压法是属于排水固结法中的一种地基处理方法。其原理为：软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形，同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。根据固结理论，粘性土固结所需时间和排水距离的平方成正比，因此，为了加速土层的固结，最有效的办法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。塑料排水板和砂垫层就是为此而设立的竖向排水体和水平排水垫层。堆载是排水固结法的加压系统，它使地基土的固结压力增加而产生固结。

2.2 固结度计算

固结度的计算是塑料排水板堆载预压施工过程中一个很重要的内容，通过固结度的计算，一方面可以推算土体强度的增长，确定相应的加载计划和预压期限；另一方面可以反推软基的最终沉降量和预测沉降稳定时间，提出工程具体卸载的时间。本工程属于塑料排水板打穿软土地基，分层等速加载固结，采用计算方法为三点法（固结度对数配合法），根据实测的s-t曲线推算地基最终沉降。三点法推导的理论基础为曾国熙（1959年）推导的地基一维固结度方程：

(其中α和β分别为与地基排水条件、地基土性质等参数有关)。

根据实测沉降，平均固结度可以表示为：

U=(St-Sd)/( S∞-Sd) （其中St为t时刻的实测沉降；Sd和S∞分别为瞬时沉降和最终沉降）。

以上两式忽略瞬时沉降的影响可得到：

三点法（固结度对数配合法）描述如下：从沉降时间S-t关系曲线上取最大恒载时间段内的三点S1、S2、S3，且△t=t3-t2=t2-t1，可得

Ut= St/ S∞ S余= S∞- St

S∞----最终沉降量

St----t时间下的沉降量

Ut----固结度%

S余----本级荷载下的（主固结）残余沉降量

3、塑料排水板堆载预压法的施工

塑料排水板是由芯板和滤膜组成，芯板是由聚丙烯塑料加工而成，板的两面有间隔沟槽，土层中固结时渗流的孔隙水通过滤膜渗入到沟槽内，并通过沟槽向上渗入到地表排水砂垫层中。

3.1 塑料排水板的布置形式及间距、处理深度

塑料排水板采用等边三角形布置，间距为1m；穿过淤泥和淤泥质土层进入下伏粘性土层1.0m，上端高出砂垫层0.2m。

3.2 施工工艺

施工工艺：平整场地→铺设土工布→铺设砂垫层→插板机定位→确定排水板深度→装排水板桩靴→穿板→下插套管至标高→上拔套管→切割排水板（外露20cm）→移机至下→埋塑料排水板板头→集水井施工→堆载→进入恒载期→卸载。

首先在淤泥层顶面铺设经编复合土工布，土工布铺设前，应检查场地，确保无刺破土工布的杂物。在经编复合土工布上铺中粗砂垫层，中粗砂垫层厚度控制在1.0m左右。用测量仪或钢尺确定每个塑料排水板的打设位置并做好标记，根据打设标记进行插板机定位，成孔孔位误差不大于5cm；将塑料排水板穿过插板机的套管，从套管下端穿出，与管靴连接；调整插板机套管的垂直度，插板垂直度偏差不超过插板长度的1.5％；塑料排水板的标高控制，插板机带有电子自动记录装置，可记录插板时间、板长、回带长度、总长度的有关施工信息；将插板机套管插入地层，当排水板插入到设计深度后，拔出套管，则塑料排水板固定在孔底，拔管时仔细观察排水板有没有回带现象，若回带长度超过50cm，则在桩位旁10cm处补打一根。塑料排水板打设完后，用中粗砂及时回填孔洞，并将板头埋入砂垫层中。

3.3 施工要点

① 打入地基的塑料排水板应为整板，需接长时，必须满足搭接要求，芯板平搭。长度不够需要接长时，按如下方式进行：将板滤膜剥开，使芯板对插塔接，并将滤膜重新包好，裹紧后用铁丝或塑料绳穿扎牢固，或者用专用钉书机钉牢。接长时塑料板上扎穿的孔眼不应在板芯的同一条排水槽中；每根接长板只允许一个接头，且搭接长度不小于20cm。接长板要分散使用，相邻板应无接头；接长板的使用量不能超过打设总根数的10%。

② 塑料排水板滤膜在转盘和打设过程中要避免损坏，防止淤泥进入板芯堵塞输水孔，影响排水效果。

③ 塑料排水板与管靴连接要牢固，避免提管时脱离将塑料排水板带出。

④ 为了避免淤泥进入板芯以致堵塞排水通道，影响排水效果，防止塑料排水板被带出，底部端头的塑料排水板应反折回一定长度，一般在60cm左右。与“-”或“H”形管靴可靠连接，并且管靴与导管下端口密封要严。施工中，为了防止打设过程中土层与插板直接接触，操作排水板可采用“H”形管靴。在施打排水板时，当套管打到预定深度后，宜稍加停留，然后均匀提升，以减少回带，切不可拔管过快。套管上拨时应垂直起吊，以防止带出和顶坏芯板，若有超过5%的塑料排水板在打设时产生回带，且回带长度超过50cm，应立即停止施工，检查原因，可采取调整管靴形状等措施来减少回带，并且按有关要求采取补打措施。另可据施工现场情况测定代表性的回带量，实施超设计深度打设，从而保证排水板进入设计深度的土中。

⑤ 填筑堆载过程也是淤泥排水固结过程，地基中软土强度逐渐增长。采用砂土混合料进行填筑，块石直径≤30cm，混合砂土料的控制干密度≥1.8g/cm3。采用逐级堆载填筑，分5~9级等速加荷，每一级加载厚度1.0m～2.0m，分二～四层填筑，每层填筑厚度不得超过0.5/1.0m。每级填筑时间为15天，其中堆载7天，静压8天，预留沉降及填筑层范围内采用重型推土机和振动压路机（T－180级）反复5次推平、碾压达到压实度要求即可；大面积土方填筑应均衡地、分段进行填筑，相邻段填筑高差不超过0.5m，分段宽度约50~80m。填筑速率控制标准为：填筑时平均沉降量应≤15mm/d，孔隙水压力值/附加荷载值≤0.5，水平位移≤5mm/d，超过时应延缓填筑速度。

4、施工监测

由于软土性质复杂且多变，在大面积软土上进行堆载预压，必须采取严密而完善的监测措施对施工进行全过程监控，掌握加固过程中软土的固结、变形情况。本工程中，主要监测项目如下：

① 施工中的浅层沉降观测

在砂垫层之下，经编复合土工布之上安装沉降板，每1万m2一块，板底面积为1.5*1.5m2，板上的沉降杆可以接长，每节长度1.5m，连接到堆载预压层顶面以上1m为止。沉降板观测前，先测沉降板标高。从埋设之日起，未堆载前观测1次，堆载施工过程中每天观测1次，恒载期每2天观测1次，卸载完毕后一星期观测1次，直到经检验认为地基沉降达到稳定后结束观测。

② 分层沉降和孔隙水压力观测

在插板完成之后，堆载之前埋设沉降磁环及孔隙水压力计，主要观测淤泥在预压期间固结变形、孔隙水压力消散规律和水位变化。每5万m2安装一组分层沉降标和孔隙水压力计，孔压计在淤泥上、中、下三处各安装1个，分层沉降磁环在淤泥上、中、下和下伏粘性土层中四处各安装1个。磁环埋设深度用φ55

专用塑料管按要求定位，塑料管伸入淤泥层底部以下粘土残积层1.0m，根据淤泥层厚度布置每个磁环所在的埋设深度。观测要求与浅层沉降板相同。堆载时平均沉降量应≤15mm/d，孔隙水压力值比附加荷载值≤0.5，大于此数值应延缓堆载速度。

③ 地下水位观测

每5万m2设置一个地下水位观测孔。 水位计分别埋设于淤泥的上、中、下三处。地下水位观测频率为加载期每天观测一次，预压期每3天一次。

5、施工效果

以本工程二区为例，根据地表沉降资料分析地基固结度如表1所示。

表1 工后沉降推算成果表

本工程采用塑料排水板堆载预压，经210天多160Kpa~198Kpa荷载预压，根据实测沉降数据推算固结度均达到95%以上，残余沉降量小于15cm，达到设计要求。

6、结语

对于软土地基的处理有很多方法。每种方法都有一定的适用范围。同样，塑料排水板堆载预压法适用于透水性低的软弱粘性土处理，处理软基的深度可达15m 左右，造价便宜，工艺成熟，便于施工。对于砂类土和粉土，因透水性良好，无需用此法处理。对于含水平砂夹层的粘性土，因其具有较好的横向排水性能，所以不用竖向排水体处理，也能获得良好的固结效果。地基处理方案选择应根据工程的地质条件、使用荷载、工程投资和工期要求等情况综合考虑。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。