塑料排水板在公路软土路基加固中的应用
2015-03-20
塑料插板加固软土地基是指将特制的塑料板芯与滤膜形成渗水孔的塑料板，用机械插入不同深度的软土层中，然后通过预压荷载的作用，使软土地基内水份沿塑料板向上渗入地面砂砾石层中，达到加固软土地基，从而增大地基整体承载力的一种新工艺、新技术。本文结合工程实例，对塑料排水板在公路软土路基加固中的应用谈一些看法。
一、塑料排水板的加固原理
1、加固原理
塑料排水板法的加固原理是：利用插板机械在含水量大、孔隙比大、压缩性高、深厚的软土地基中插设具有良好透水性的塑料排水板，从而在软土地基中形成竖向的排水通道，在其上铺设砂垫层而形成水平排水通道，增加了土层的排水通道。在上部辅加荷载（如预压堆载、砂垫层，或者真空预压等）的作用下，在软土地基中产生附加应力。软土地基中的孔隙水应力和附加应力引起的超孔隙水应力随着孔隙水通过塑料排水板和砂垫层排出而降低，地基的孔隙水含水量也随之降低，从而增加了土体密实度。根据太沙基的有效应力原理（σ′=σ-u；其中：σ′表示有效应力，σ表示总应力，u表示孔隙水应力）可知，由土颗粒间传递的有效应力σ′会随着地基中孔隙水应力降低（即孔隙水的消散）等量增加，进而加速地基的固结和地基土的承载力的提高，使软土地基在较短时间内达到较高的固结度。天然地基A点和设排水板后地基A点的排水路径比较见图1。
2、塑料排水板加固软土地基的优点：
（1）滤水性好，排水畅通，排水效果有保证。
（2）材料有良好的强度和延展性，能适合地基变形能力而不影响排水性能。
（3）排水板断面尺寸小，施打排水板过程中对地基扰动小。深度在深度在深度在深度在15米内的软土地基竖向排水15～25米内软土地基竖向排水25~35米内软土地基竖向排水35米以上的软土地基竖向排水。
（4）可在超软弱地基上进行插板施工。
（5）施工快、工期短，每台插板机每日可插板15000m以上，造价比袋砂井底。对于深厚的软土地基采用排水固结法进行加固时，从技术上和经济上考虑，采用排水板几乎是唯一经济、有效、可行的方法。
二、工程应用
1、工程概况
某公路路基地势平坦，四周大部分为耕地，根据地质勘察报告得知该工程位于第四系平原区，地质为上更新统的海积、冲洪积的含粘性土、砂砾石层及海相堆积。海相堆积的亚粘土、淤泥质土厚度大，极疏松，属软土区域，具有以下特点：
（1）天然含水量高、孔隙比大。含水量在39%～72%之间，孔隙比在1.0～1.9之间，饱和度一般大于95%，液限一般为35%～60%，塑性指数为13～20，天然重力密度为15～19kN/m3。
（2）透水性差。大部分软土的渗透系数为1×10-3～1×10-7cm/ｓ。
（3）压缩性高。压缩系数为05～20MPa-1,属高压缩性土。
（4）抗剪强度低。地基土快剪试验的粘聚力在10kPa左右，快剪试验的内摩擦角在10°～15°之间。
（5）流变性显著。长期抗剪强度只有一般抗剪强度的0.4～0.8倍。
基于地基土的以上特点，该段路基基底采用塑料排水板加固，10.5m、深13.0m，等边三角形布置，间距1.2m，并于顶部铺厚0.5m的碎石垫层，垫层内夹铺一层抗拉强度50KN/m土工格栅。
2、施工准备
（1）地面处理在进行塑料排水板施工前，首先进行场地清表，即要清除地面上的淤泥、树根、草皮及杂物，其顶面作成三角形，中心高0.2m，两侧与地面平，其宽度不应小于路堤加护道底宽。碾压密实至K/0.9。
（2）地面处理完成后，在土拱上铺设0.3m的砂垫层，以便于打设塑料排水板。
（3）测量定位施工前严格按照设计施工图进行桩位布点，桩点中心用白灰标识，以确保施工时导管插入准确位置。
3、施工技术要点
塑料插板施工工艺主要有三个步骤，即：铺设水平排水垫层、垂直设置塑料排水板、铺设土工格栅。
（1）铺设水平排水垫层。首先对加固的地段进行排水疏干、清除表层草皮和杂物。然后用人工铺设第一层砂砾石垫层，厚30至40cm，压路机静压4至6遍，铺设后的砂砾石垫层要求表面平顺，形成坡度为2——3％的路拱，以利塑料插板排出的水能迅速从该垫层中渗出。
（2）垂直设置塑料排水板。
①机械定位。机械进入加固地段不要损坏已铺设并压实的砂砾石层，防止局部塌陷。插板顺序从低处往高处，定位时要保证桩锤中心与地面定位在同一点上，板间距允许偏差控制在±150mm以内，并用垂球或其它观测方法控制桩锤或塔架的垂直。安设套管时，套管顶端有便于起吊的吊钩或吊环，并在套管上划出控制标高的刻度线。如套管接长时，在打设前要试接，要求连接口平顺密闭。
②塑料板与桩尖连接。在塔架卷筒上安置塑料板，然后将塑料板通过套管从管靴穿出，固定在桩尖上，并一起贴紧管靴对准板位。
③沉管插板。打拔桩机利用振动锤的震动锤击力和卷扬机的拉力沉管。刚开始时沉管要缓慢，防止套管突然出现偏斜，套管人土深度距设计标高约2m时，要减慢沉管速度，注意观察，防止超深或碰上基岩时能及时采取应变措施。
④拔管。剪断塑料板沉管达到设计深度后即可拔管，拔管时要连续缓慢进行，中途不得放松吊绳，防止因套管下坠而损坏塑料板。套管拔出后，在砂砾石垫层上0cm～10cm处剪断塑料板。
⑤塑料板接头处理。如需将剩余塑料板与另一卷连接使用时，将塑料板两头滤膜翻剥开，先搭接板芯20cm，然后把滤膜翻卷盖住接头，并确认泥土不能进入板芯。
（3）塑料排水板符合要求后，于砂垫层顶面铺设一层双向钢塑土工格栅，上铺砂砾石垫层，厚20cm，覆盖塑料板甩头，然后压路机静压和振动碾压，使相对密度Dr/0.70。
4、施工质量控制措施
（1）塑料排水板施工前，在土拱上铺设0.3的砂垫层，以便于打设塑料排水板。砂垫层采用级配良好的中、粗砾砂，含泥量不大于5%，且不含有机质，垃圾等杂质。碾压密实至中密。
（2）严格控制间距和深度，施工中发现塑料板随同套管拔出时，带出长度不应大于0.5m，否则应重新补打。按照设计施工图进行桩位布点，桩点中心用白灰标识，以确保施工时沉管准确位置。
（3）施工现场堆放的塑料排水板盘带应加以适当覆盖，以防暴露在阳光下老化。
（4）塑料排水板留出孔口长度应保证深入砂垫层不小于0.3m，使其与砂垫层贯通，并将其保护好，以防受损，影响排水效果。
（5）塑料排水板不允许接长使用。
（6）施工中防止泥土等杂物进入套管内，一旦发现须及时清除。
（7）铺设土工格栅时，工格栅必须拉直拉平，幅与幅之间要对齐对好。
三、结束语
本工程塑料排水板软基处理工程中，由于施工准备充足，制度健全，施工过程控制的技术措施严密，从而在施工中充分体现了这一方法具有的劳动强度小、施工速度快等特点。因此，若能严格按照施工工艺要求组织施工，则塑料排水板施工效率更高，经济效益更好，施工质量更有保证。
