塑料排水板软基处理施工工法.doc

塑料排水板软基处理施工工法 1 前言 竖向塑料排水板处理软地基，是用塑料排水板将地基中的水排除，以增加作用于土颗粒的有效应力来加速地基固结沉降，达到提高强度的目的。塑料排水板法是排水固结法的一种形式。排水固结法或是先在地基中设置砂井或塑料排水板法等竖向排水体，然后利用建（构）筑物本身重量分级逐渐加载；或是在建（构）筑物建造以前，在场地先行加载预压（或者真空预压），使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度提高的方法。该方法是处理软土地基的有效方法之一，它可以解决以下两个问题：(1)沉降问题，使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使构筑物在使用期间不致产生不利的沉降或沉降差。(2)稳定问题，加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。塑料排水板施工工艺以其施工速度快、造价低等优势在软基处理工程中占据了举足轻重的地位，但是，在插设塑料排水板施工中通常出现的回带现象，并且超出设计要求和施工规范规定。针对这一问题，在珠海高栏港软基处理工程中对塑料排水板施工工艺进行了一些简单改进，取得了较为理想的效果。2 工法特点最早的排水固结法是砂井排水，但此法存在的问题是地基变形后,容易产生断颈和颈缩。塑料排水板法弥补了砂井的不足,使施工工艺大大简化,工效成倍增长,具有以下显著特点：2.1 塑料排水板是由厂家批量生产的，质量均匀且易控制，具有良好的透水和排水性能；2.2 塑料排水板材料具有一定的强度及延伸率,适应地基变形的能力强；2.3 重量轻(约15N/m)，搬运方便,施工质量易控制和检查；2.4 塑料排水板的断面尺寸小，插入时对地基土扰动小，连续性好；2.5 施工机械简单,施工速度快，劳动强度小,施工场地整洁。3 适用范围3.1 本工法适用于工业及民用建筑、市政、道路及港口等工程的排水加固地基。3.2 适用于淤泥、淤泥质土、粉土及饱和性土等软土地基。4 工艺原理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，如图2所示。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（/=- u；其中：/表示有效应力，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/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,，大大减小路基的工后沉降。图1 地基中A点的排水路径比较示意图 5 施工工艺流程及操作要点5.1 打设塑料排水板 塑料排水板施工顺序为：定位将塑料排水板通过导管从管靴穿出将塑料排水板与桩尖连接贴紧管靴并对准桩位插入塑料排水板（长度不够时：接头处理插入下一截塑料排水板）拔管剪断塑料排水板。 5.2 定位 插板间距按设计要求布置。塑料排水板间距允许偏差为±15cm，垂直偏差不应大于1.5%。 5.3 塑料排水板导管靴与桩尖 塑料排水板导管靴与桩尖均采用圆形。桩尖平端与导管靴配合要适当，避免错缝，防止淤泥在打设过程中进入导管、增大对塑料排水板的阻力。 5.4 插入塑料排水板 塑料排水板入土深度以穿透淤泥层为准，实际打入深度不得小于设计深度。塑料排水板接长时，采用滤膜内芯板平搭接的连接方式，搭接长度宜大于20cm。 打设后的塑料排水板的垂直度偏差应控制在1.5%范围内；塑料排水板滤水膜在转盘和打设过程中避免损坏，防止淤泥进入板芯堵塞输水孔，影响排水效果；在打设过程中应保证排水带不扭曲，透水膜不被撕破和污染。 5.5 剪断塑料排水板 塑料排水板打设完毕，应剪断多余的部分，剪断时应保证砂垫层以上的外露长度至少为20cm，使其与砂垫层贯通，保证排水顺畅清理工作面填筑预拱土铺设15cm砂垫层测放塑料排水板桩位移机就位插设塑料排水板塑料排水板桩头处理铺设土工格栅铺设15cm砂垫层堆载预压或者真空预压埋设观测水杯和位移观测桩。如果采用真空预压还要布设闭气设施图2 塑料排水板法施工流程图5.6 施工过程中注意事项5.6.1 首先进行清表，填筑预拱土并且按设计分区开挖排水沟，为了利于排水,中间部分比四周高出20cm。5.6.2 在预拱土上铺设30cm厚的砂垫层并碾压，提供合格的操作场地。为了保证砂垫层具有良好的透水性能和在插板过程中的支承性能，砂垫层应采用含泥量小于5%的中粗砂，且不含有机杂质,碾压密实至中密以上。5.6.3 采购进场存放在现场的塑料排水板应加以遮盖，应避免阳光直接照射和长时间暴露在空气中老化。5.6.4 塑料排水板进入施工现场和打设前由专人检查其主要质量指标，发现破损和污染部分应剪除。使用前还必须按规定进行检验，各项技术指标满足设计要求后方可施工使用。5.6.5 严格按施工图设计的位置、间距进行测放塑料排水板插设位置，并作好标示，严格控制塑料排水板间距，严禁随意施插。5.6.6 桩尖与套管要配套,避免淤泥进入套管。一经发现,必须及时清除，以免塑料板与套管壁间的摩擦力增大以致带出塑料板。5.6.7 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，与“-”或“H”形锚销可靠连接，并且锚销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,损伤排水板可采用“H”形锚销。5.6.8 为确保塑料排水板打设深度,在插板机塔架上应设有明显的进尺标记,以控制排水板的打设深度。 5.6.9 打设过程中，当塑料排水板长度不够而需要接长时，接长塑料排水板必须符合塑料排水板施工规程（JTJ/T256-96）附录C的规定，以确保排水性能。5.6.10 严格控制塑料排水板的打入深度。打入深度应考虑上拔时的跟带(排水板被导管往上带)长度，如果打入深度达不到设计要求或跟带长度在50cm以上的排水板应废弃，并在距废弃排水板附近及时补打。5.6.11 塑料排水板在插设过程中，必须有专人做好各项记录、施工日志等。塑料排水板施工质量的检验标准及检查方法如表1。表1. 塑料排水板打设允许偏差、检验数量和方法 序号项目允许偏差检验单元数量单元测点检验方法1平面位置±100mm每根排水板检查10%1用经纬仪、拉线和钢尺量纵横两个方向，取大值（水上：打设时测量套管位置与船位）2外露长度陆上±50mm水上±100mm陆上：逐件检查水上：抽查10%用钢尺量3垂直度±1.5%抽查10%用经纬仪、吊线河钢尺量打设套管的倾斜度5.6.12 每根排水板插设完毕后外露的排水板不得遭污染。检查合格后应及时清除排水板周围带出的泥土并用砂将井眼填实。然后，将砂垫层表面刮平，然后将高出砂垫层的排水板割断，使之与砂垫层顶面持平，保证塑料排水板的顶部伸入砂垫层至少30cm，使其与砂垫层沟通,保证排水畅通。5.7 施工中存在的问题及原因分析通过本工程的实践,发现塑料排水板法进行集装箱堆场软基处理施工工艺在施工中仍存在一些质量控制的难点,如跟带长度过长。主要原因是套管中进入淤泥,增大了塑料板与套管壁的摩擦力以致造成塑料板带出,因此,在塑料排水板打设过程中,需根据实际情况及时进行套管内壁附着的淤泥清理。5.7.1 塑料排水板回带的原因分析（1） 塑料排水板在插设过程中，由于承压淤泥具有极强的流动性，受桩靴与插管的密封程度影响，淤泥极易挤入管内，造成排水板粘在插管内壁，导致插管上提时，排水板自重及土体摩擦力远小于插管上提时对排水板的摩阻力，从而导致全程回带现象的产生（见图1a）。（2） 插管未堵塞，塑料排水板部分回带。该现象多发生在插设深度较浅，且土层较为干硬的情况，原因是插管上提后，桩位成孔，排水板无法被土体夹住，当桩管上提到较为软塑性土层时，周围土体可以夹住排水板底端，此现象为部分回带。（3） 塑料排水板在插设至设计深度后，由于排水板自重、桩靴的重力及土体摩擦力小于插管上提时对排水板的摩阻力，导致桩靴弹不开，从而导致整根回带现象（见图1b）。 5.7.2 本工程对塑料排水板回带现象的处理（1） 振动式插板机回带现象的处理：以往处理塑料排水回带现象，通常采用提高桩靴与插管底端结合处的密封性，但由于插管下沉遇较硬土层时，受振动锤上下振动力的影响，导致桩靴与插管之间局部产生间隙，土体极易挤入插管内，而造成排水板的回带现象。本工程的实践证明，振动插板机只要增加一套自动冲水装置、改造进料（带）口及改造桩靴工艺便能够大幅度降低回带现象。1） 自动冲水装置：在插管沉设过程中，给插管内加水，这样便额外增加了向下的力，参照公式（G插管内水自重+G桩靴自重及排水板自重+F土体摩擦力N插管上提时对排水板的摩阻力），从而基本上解决了塑料排水板的回带现象。该冲水装置由高压水泵、耐高压塑料水管组成，在插管进料口上方固定住塑料水管的一端，高压水泵的开关安装在插板机操作室，在插管沉设过程中，操作人员打开水泵开关，给插管内冲水。冲水高度由现场操作人员根据地质情况控制，本工程插板施工实践证明，当插管进入原状土时开始冲水，插至设计深度后停止加水再提管，效果较好。若遇土体中存在较厚淤泥或淤泥质土层时，可适当增加冲水时间，即在插至设计深度稍停片刻再关水（以插管内的水不从进料口溢出为准），然后再提管，这样可以避免淤泥挤入插管内导致回带现象的发生，而且增加了排水板插设的成功率。2 ） 进料（带）口改造：主要目的是减小塑料排水板在进料口的摩擦力，即：在插管进料口下端增加一组光滑的滚轴，在插管上拔时，滚轴转动以减小塑料排水板与轴之间的摩擦。（见图：2a）3）  桩靴改造工艺：主要目的是增加桩靴自重，即：在桩靴下部焊接一块钢筋条。（2） 液压式插板机回带现象的处理：本工程扩大处理区由于上层土体较软，且土体上层淤泥较厚，该区域塑料排水板设计插设深度25m，振动式插板机容易将土体扰动及液化，故采用液压插板机在该区域进行施工。本工程针对液压式插板机回带现象，采用了两种一次性桩靴工艺（一次性钢板及一次性钢筋头作为桩靴），取得了明显的效果。1） 一次性钢板桩靴工艺：本工程通过自制一次性长方形钢板，上部点焊拉手形状的钢条（见图2b）。施工工艺为：首先将排水板从插管底部拉出，穿过拉手式钢条并折回，折回长度约15cm20cm，然后用大号订书丁将其固定，操作人员拉紧排水板的另一端，使钢板与桩靴底部紧贴，最后开始插板施工。该工艺是将钢板桩靴留入土体中，主要是增加桩靴、排水板与土体的摩擦力，通过塑料排水板深度记录仪显示，该施工方式十分有效的控制了回带现象。其优点：当插至较软土层时，钢板紧包插管底端，不易出现进泥堵管现象；当插至较硬土层时，有钢板保护排水板，不易出现断板现象。提高了插设的成功率，减少了人员、机械、材料等资源的浪费。缺点：使用该一次性钢板桩靴成本偏高。2） 一次性钢筋头（锚杆）工艺：本工程有1台液压式插板机使用一次性钢筋头作为桩靴（见图2c），施工工艺为：首先将排水板从插管底部拉出，裹住钢筋头，用大号钉书钉将其固定，操作人员拉紧排水板的令一端，使被排水板裹住钢筋头卡在插管底部的凹槽内，最后进行插板施工。该工艺也是将桩靴留入土体内，增加桩靴、排水板与土体的摩擦力，通过现场施工情况来看，该方式也能控制回带现象。其优点：使用废钢筋头作为桩靴的成本稍低，工艺较简单。缺点：因排水板与土体直接接触，若遇较硬土层时极易出现断板现象。6 材料与设备6.1塑料排水板 采用SPD型塑料排水板。每一批塑料排水板应经指定的检验部门的检验，且附有出厂合格证及试验、检验报告。在使用时应经常检查塑料排水板的外套薄膜是否完好无损。6.2土工布 采用型号CEF2006的有纺土工布。6.3 砂垫层 砂应用中粗砂，含泥量3%，渗透系数6×10-36×10-2cm/s，也可用砂砾、石屑(不含石粉)替代。6.4 机械设备 打设塑料排水板的设备有两种形式：一种为履带式打桩机，一种为门架式插板机(带导轨)。要求用能打入设计深度的静力式或振动式设备，不可用锤击式或水冲式。套管插入杆为扁平状或圆形，内径大于排水板的尺寸，长度大于排水板设计长度，在打设中保护排水板不被损坏。7 质量控制7.1 放出中心线、边线，将塑料排水板板位逐点放样，板位偏差不得大于5cm，板位布置好，待监理工程师验收合格后方可施工。 7.2 插板机上要标有醒目的刻度，以控制打设深度。在施工中注意插板机的定位及机架调平，定位偏差不超过 5cm，垂直度偏差小于 1.5%。 7.3 严格检查塑料排水板的回带长度，当其超过 50cm 时，必须在相邻板位处补打一根，且回带的根数不宜超过打设总根数的 5%。当塑料排水板接长时，应先将两根塑料排水板的滤膜剥开，使板芯直接相连，再将滤膜套在一起，然后用大的订书机将其订牢，搭接的长度不小于30cm。 7.4 塑料排水板的外露长度必须大于20cm，经监理工程师验收合格后，将其埋入砂垫层中。打设塑料排水板时，严禁出现扭结、断裂和撕破滤膜等现象。施工过程中，随时检查插板机的打设深度，如发现地层发生变化时，应及时与监理工程师取得联系，待相应的修改或认可后再进行施工。7.5 当一个施工段落施工完后，应及时将打设塑料排水板后形成的孔洞用砂填好。在打设过程中，应进行自检，并按要求认真作好原始施工记录。 8 安全措施8.1 施工现场宜采用封闭施工，禁止非施工人员进入施工现场，并在显著位置设置安全、文明施工标牌、条幅。8.2 机械操作人员必须身体健康，施工场地必须戴好安全帽，严禁酒后操作和施工。正确使用个人防护用品，非专业人员禁止操作机械。8.3 所有用电设备必须安装漏电保护装置，保证一机一闸一漏电开关，漏电开关采用两级以上设置，实行三相五线制。8.4 施工中每道工序按各项安全操作规程进行作业，非工作人员禁止进入工作半径范围之内，建立机械定期检查、保养制度。9 环保措施9.1 施工中所发生的生活、生产垃圾，几种收集及时集中清运，不得任意裸露处置污染环境。9.2 洗刷施工机械、设备及工具的废水、废油等有害物质和生活污水，不得直接排放于河流或其他水域中，也不得倾倒于饮用水源附近的土地上，以防污染水质和土壤。9.3 施工中应做好地表的排水工作，通过设置排水沟及积水坑等，防止雨水冲刷施工场地。10 资源节约 塑料排水板软基加固方法可快速有效地对软体地段、桥梁坡段、荷塘软基进行处理。本工法有效提高软土路基承载力，减少地基过量沉降和不均匀沉降，施工工期短，工沉降量小、稳定性好。避免软土地基大量挖弃，对环境无污染，对周围土体无扰动。该工法绿色环保经济有效，具有良好的社会和经济效益。11 效益分析 塑排软体加固是一种经济实用有效的方法，降低工后沉降有明显的效果，无振动、无噪声、无污染，施工便捷费用低，特别适用软基处理，有较大的使用价值。12 应用实例浙江省75省道南延椒江二桥至温岭松门段工程开发区段一标段该工程位于黄滨海淤积平原，海相沉积淤泥质土厚度大，属极疏松高缩流塑性土。一般具有以下特点：含水量 40.8 %53.7% ，孔隙比 1.23 %1.49% ，饱和度一般大于99.1 %，液限 37.3 %49.3% ，塑性指数15.521.6 ，压缩系数0.91.1 Mpa-1，地基土快剪试验的粘聚力在 10.0kPa左右，快剪试验的内摩擦角在 5.4o 12.0o 之间。一标段路基宽33.5m，路线全长3.35Km。路堤高度2.5m均进行软基处理，软基处理采用塑料排水板、水泥搅拌桩、预应力管桩、铺设砂砾垫层复合地基加固方式，处置长度2.572km。塑料排水板34.45万米，按梅花型布置，点对点间距1.2m，深度25m，排水板厚度d 4.5mm，通水量 65cm3/s，采用测深式塑板。后期沉降观测表明效果良好达到设计要求。