塑料排水板在軟土堤基處理中的應(yīng)用

商兆濤

(蕪湖市水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，安徽 蕪湖 241000)

塑料排水板在軟土堤基處理中的應(yīng)用

商兆濤

(蕪湖市水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，安徽 蕪湖 241000)

安徽青弋江分洪道部分新建堤段堤基為深厚軟土地基，施工過程中發(fā)生失穩(wěn).為加速堤基土體固結(jié)，增加淤泥質(zhì)軟土地基的強(qiáng)度，采用塑料排水板排水固結(jié)法對(duì)失穩(wěn)堤段堤基進(jìn)行處理，通過穩(wěn)定計(jì)算和沉降監(jiān)測(cè)分析，堤基處理效果較好.經(jīng)過2016年超標(biāo)準(zhǔn)洪水檢驗(yàn)，堤防運(yùn)行狀況良好，可為同類工程施工提供參考.

塑料排水板；堤防；軟基處理

軟土地基是由淤泥、壤土、粉細(xì)砂等細(xì)微粒子的土質(zhì)構(gòu)成的地基.這種地基具有孔隙率大、壓縮性大、含水量大、滲透系數(shù)小、水分不易排出、承載能力差、沉陷大、觸變性強(qiáng)等特點(diǎn)，在這種軟弱地基土上修建堤防等各類建筑物，會(huì)產(chǎn)生較大的沉降或差異沉降，難以滿足承載力和穩(wěn)定性要求.塑料排水板排水固結(jié)法是處理軟土地基行之有效的方法之一，工藝原理是利用插板機(jī)械在軟土地基中插設(shè)具有良好透水性的塑料排水板，從而在軟土地基中形成豎向的排水通道[1]，改變土層中自由水的滲出途徑，并與地表鋪設(shè)的砂墊層連接，組成排水系統(tǒng)，通過分期加載預(yù)壓，促使土體中的孔隙水排出，加速地基的固結(jié)，從而提高地基承載力和強(qiáng)度，這種處理方法具有處理效果顯著、造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，適用于大面積軟土地基處理.本文以安徽青弋江分洪道部分新建堤段失穩(wěn)進(jìn)而對(duì)軟弱堤基進(jìn)行處理為例，通過穩(wěn)定復(fù)核及后續(xù)施工變形監(jiān)測(cè)，對(duì)塑料排水板排水固結(jié)法施工工藝、技術(shù)要求、沉降監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行了深入闡述.

1 工程概況

安徽青弋江分洪道部分新建堤段(樁號(hào)34+270～34+550，堤防等級(jí)3級(jí))堤基坐落于水塘范圍內(nèi)，水塘塘底新近沉積的流塑態(tài)淤泥采用擠淤法未完全清除到位，堤身填筑前未進(jìn)行地基加固，堤身土直接填筑在塘底淤泥和③1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土上，雖然有性質(zhì)較好的堤身填土擠入表層土中，強(qiáng)度提高有限，厚度也有限，僅1.8～1.9 m，多為軟塑狀.堤身填筑至高程10.8 m(堤頂設(shè)計(jì)高程11.8 m)處堤身外平臺(tái)及堤身發(fā)生突發(fā)沉降與滑移.究其原因，主要因素為堤基土體軟弱抗剪強(qiáng)度低、壓實(shí)變形大，堤內(nèi)側(cè)堆土增加了堤基附加應(yīng)力，施工加荷速率較快孔隙水壓力來不及消散，土體強(qiáng)度得不到提高，導(dǎo)致堤身整體失穩(wěn).失穩(wěn)堤段地質(zhì)縱剖面圖(見圖1)，各土層物理力學(xué)指標(biāo)(見表1).

通過對(duì)失穩(wěn)后補(bǔ)勘成果和初設(shè)階段勘測(cè)成果中關(guān)于③1土層的力學(xué)指標(biāo)對(duì)比分析，可以得出失穩(wěn)堤段堤基土層中對(duì)堤防穩(wěn)定影響最大的是③1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土，對(duì)比分析成果(見表2).

表1 各土層力學(xué)指標(biāo)建議值表(補(bǔ)勘)

表2 ③1土層力學(xué)指標(biāo)建議值對(duì)比表

2 堤基處理方案設(shè)計(jì)

因失穩(wěn)堤段堤基③1土層土體軟弱、抗剪強(qiáng)度低，并且厚度大(土層厚度12.10～17.40 m)，如不進(jìn)行堤基處理，堤身斷面較大、退堤距離較遠(yuǎn)，增加永久占地較多.因此，采用塑料排水板排水固結(jié)法對(duì)該堤段軟弱堤基進(jìn)行堆載預(yù)壓處理從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)層面均是可行的.

根據(jù)補(bǔ)勘成果，該堤段地面高程一般在5.5～6.0 m，對(duì)已填筑的堤段，清除堤身填土至6.0 m高程，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行砂被和塑料排水板的鋪設(shè).堤身范圍內(nèi)塑料排水板鋪設(shè)按間距為1.0 m的正方形布置，排水板底部高程超過淤泥質(zhì)土層底部約1.0 m.在堤防填筑前鋪設(shè)50 cm厚砂被，為防止形成滲水通道，在堤頂往河道側(cè)灘面設(shè)置截滲槽，截滲槽中心線距堤軸線14.0 m，截滲槽頂部高程6.0 m，頂寬4.0 m，深度1.0 m，截滲槽范圍內(nèi)不鋪設(shè)砂被和塑料排水板[2].利用堤身9.5 m高程平臺(tái)對(duì)堤基進(jìn)行預(yù)壓，堆載預(yù)壓時(shí)間不少于90 d，堆載預(yù)壓期間不進(jìn)行河道疏挖.堆載預(yù)壓期間典型橫斷面圖(見圖2).

圖2 堆載預(yù)壓期間典型橫斷面圖

3 塑料排水板施工技術(shù)要求

3.1 塑料排水板主要技術(shù)參數(shù)

塑料排水板采用寬100 mm，厚度4 mm規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)型式，濾膜采用滌綸或丙綸無紡織物，單位面積質(zhì)量宜大于85 g/m2；濾膜的滲透系數(shù)要求大于i×10-3cm/s(1≤i≤10)，且其等效孔徑O95宜小于0.08 mm[3].塑料排水板抗壓屈強(qiáng)度應(yīng)大于350 kPa.

3.2 砂袋主要技術(shù)參數(shù)

砂被的充填砂料在選定的料場(chǎng)開采區(qū)內(nèi)挖取，其滲透系數(shù)不低于10-3cm/s，粒徑d>0.075 mm的顆粒含量不小于75%，同時(shí)粒徑小于0.05 mm的顆粒含量不大于10%，含泥量不大于5%，無雜物和有機(jī)質(zhì)混入[4].砂被充填袋采用扁絲編織土工布，其單位質(zhì)量150 g/m2，縱橫向極限抗拉強(qiáng)度20 kN/m.

3.3 施工加載速率要求

堤防填筑過程中應(yīng)嚴(yán)格控制加載速率，保證施工階段之間的時(shí)間間隔，分階段完成堤防填筑.具體施工加載速率要求(見表3).

表3 施工加載時(shí)間要求

4 堤防穩(wěn)定復(fù)核

4.1 固結(jié)度計(jì)算

對(duì)于多級(jí)等速加荷地基的固結(jié)度計(jì)算，采用下式進(jìn)行修正計(jì)算[5]：

(1)

(2)

(3)

式中：H—排水板深度；Ch—豎向固結(jié)系數(shù)；

de—塑料排水帶影響范圍直徑，排水帶正方形布置，間距為1.2 m，則de=1.13L；

Ti—第i級(jí)加載的起止時(shí)間；

qi—第i級(jí)加載的荷載速率；

∑Δp—各級(jí)荷載的累加值.

失穩(wěn)堤段堤基固結(jié)度計(jì)算結(jié)果(見表4)，每級(jí)加載之間的時(shí)間間隔為30 d.經(jīng)計(jì)算，三級(jí)加載施工完成時(shí)，堤防堤基通過插打塑料排水板處理，在堤身荷載作用下，固結(jié)度可達(dá)到60%左右.

根據(jù)不同施工階段固結(jié)度計(jì)算成果，考慮③1土層強(qiáng)度增長(zhǎng)后物理力學(xué)指標(biāo)(見表5).

表4 固結(jié)計(jì)算成果表

表5 ③1土層物理力學(xué)指標(biāo)表

由此可見，隨著分層填筑、分期加載預(yù)壓，軟土地基中孔隙水隨之大量排出，土體加速固結(jié)，凝聚力和內(nèi)摩擦角等物理力學(xué)指標(biāo)相應(yīng)提高.

4.2 計(jì)算工況

選取以下工況進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核：

(1)施工期(6.0 m高程以上無加載)河道疏挖邊坡穩(wěn)定性；

(2)施工期(填筑至9.5 m)河道無水驗(yàn)算迎水坡穩(wěn)定性；

(3)施工期(填筑至11 m)河道無水驗(yàn)算迎水坡穩(wěn)定性；

(4)施工完建期(填筑至堤頂)河道無水驗(yàn)算迎水坡穩(wěn)定性；

(5)正常運(yùn)行期設(shè)計(jì)洪水位驟降3.0 m驗(yàn)算迎水坡穩(wěn)定性；

(6)正常運(yùn)行期設(shè)計(jì)枯水位驗(yàn)算迎水坡穩(wěn)定性；

(7)正常運(yùn)行期設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流期驗(yàn)算背水坡穩(wěn)定性.

正常運(yùn)用時(shí)期及施工期堤頂考慮通過10 t的汽車荷載.

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定：該堤段堤防在正常運(yùn)行情況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.20，施工期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.10.

4.3 穩(wěn)定復(fù)核成果及分析

采用上述計(jì)算參數(shù)和計(jì)算方法，其中高程6.0 m以上無加載河道邊坡穩(wěn)定和堆載至9.5 m高程迎水坡穩(wěn)定兩種工況不考慮堤基土層強(qiáng)度增長(zhǎng)[6]，穩(wěn)定計(jì)算成果(見表6).由計(jì)算結(jié)果可知，各種工況下PM3—PM3′剖面穩(wěn)定均能滿足規(guī)范要求.

表6 穩(wěn)定復(fù)核成果表

5 監(jiān)測(cè)成果分析

為確保施工期間堤身外平臺(tái)及堤身施工安全，為各施工節(jié)點(diǎn)提供依據(jù)，指導(dǎo)施工和通水運(yùn)行.在坍塌滑坡堤段及相鄰堤段選取4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，有針對(duì)性地進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)[7-8].監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)包括施工前、填筑至間歇高程、準(zhǔn)備下階段施工前，其中沉降計(jì)M01用于監(jiān)測(cè)高程9.5～13.0 m層間的沉降變化.現(xiàn)階段測(cè)得沉降位于0.0～-67.0 mm之間波動(dòng)，堤防沉降已趨于穩(wěn)定.其2016年監(jiān)測(cè)成果曲線(見圖3).

圖3 沉降計(jì)M01監(jiān)測(cè)成果曲線

6 結(jié) 論

本工程利用塑料排水板排水固結(jié)法對(duì)失穩(wěn)堤段軟土地基進(jìn)行處理，通過堤基穩(wěn)定復(fù)核及沉降觀測(cè)成果分析表明，堤基處理效果較好，堤防經(jīng)過2016年超標(biāo)準(zhǔn)洪水檢驗(yàn)運(yùn)行狀況良好，未發(fā)生較大沉降及滑移.實(shí)踐證明，塑料排水板排水固結(jié)法可使用機(jī)械埋設(shè)提高施工效率，縮短地基加固周期，具有排水暢通、濾水性好、地基擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于深厚的軟土地基采用排水固結(jié)法進(jìn)行加固時(shí)，是一種經(jīng)濟(jì)、有效、可行的方法，值得在同類工程中進(jìn)行推廣.

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ApplicationofPlasticDrainagePlatesinSoftGroundTreatment

SHANG Zhao-tao

(Wuhu Water Conservancy Engineering Quality Supervision Station, Wuhu 241000, China)

Deep soft ground in part new-built floodway of Qingyi river in Anhui leads to instability in construction process. In order to accelerate soil consolidation of the embankment foundation, and to increase the strength of the silt soft soil foundation, plastic drainage plates are adopted to treat the instability in embankment by drainage consolidation method. The embankment treatment is proved good by stability calculation and subsidence monitoring analysis. The excessive flood in 2016 well attested the treatment effect and good running condition, providing a beneficial reference and model for similar projects.

plastic drainage plates; embankment; soft ground treatment

2016-09-24

商兆濤(1983-)，男，黑龍江哈爾濱人，碩士，工程師，從事水利工程質(zhì)量監(jiān)督工作.

TV871

A

1008-536X(2016)12-0043-05