塑料排水板法在圍海工程軟土地基處理中的應(yīng)用

邵中達

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362008）

圍海造田工程中，地基普遍是淤泥質(zhì)土，呈現(xiàn)出流塑～軟塑狀、高壓縮性和中靈敏度的特征。地基的有效處理及控制是保證圍海工程安全建設(shè)的先決條件，對工程的造價和后期運行亦具有直接影響。

目前，我國常見的圍堤地基處理方式主要有：土工織物加筋法、水泥攪拌樁法、爆破擠淤法、塑料排水板排水固結(jié)法、強夯塊石墩等。其中塑料排水板法因具有施工簡單，加固效果好，經(jīng)濟效益顯著等明顯優(yōu)勢而得到了廣泛應(yīng)用[1]。本文結(jié)合工程實際情況，對軟土地基的幾種處理方式進行分析探討。

1 工程概況

1.1 工程現(xiàn)狀

工程位于蒼南縣東海岸、鰲江河口南岸，東瀕東海，南接琵琶山、舥艚港，西依江南平原，圍墾總面積0.29 hm2。由北堤、順堤、舥艚堤、施工便道、北閘以及琵琶閘組成。北堤西端與東塘標準堤連接，東端與順堤連接（之間設(shè)R＝700 m圓弧順接），順堤南端與琵琶山連接。工程建設(shè)分為3個標段，I標段（北堤、順堤 D0+000～D0+900、北閘）、Ⅱ標段（D0+900～D3+000、施工便道）和Ⅲ標段（順堤D3+000～D5+898.58、舥艚堤、琵琶閘）。

1.2 水文、工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察的總體結(jié)果對推砌受力范圍內(nèi)的土層進行自上而下的分析。第一層淤泥：呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，其流動性比較大，含少量顆粒，泥土質(zhì)量相對軟弱；第二層淤泥：粉狀泥土混合粘質(zhì)土層，此層厚度變化不大，土質(zhì)分布不均勻且承載力不足；第三層淤泥：呈現(xiàn)飽和狀態(tài)厚土層，土質(zhì)松散；第四層淤泥：灰色，厚度較薄，高含水量和高壓縮性。

1）工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造基本穩(wěn)定，地震動峰值加速度為0.05 g，動反應(yīng)譜特征周期為0.65 s，場地地震基本烈度為6度，場地土類別為軟弱場地土；

2）圍區(qū)地下水賦存類型為第四系松散孔隙潛水，地表水化學(xué)類型均為CL—Na+-+型，地表水對混凝土具有中等結(jié)晶類硫酸鹽型腐蝕性。

3）圍區(qū)地層均勻、單一。

4）各堤段地基土均為含水量高、壓縮性高、中靈敏性、低強度的淤泥或淤泥質(zhì)土，工程地質(zhì)條件差，天然地基承載力不能滿足設(shè)計要求，地基需采取工程措施。

5）堤防的抗滑穩(wěn)定和沉降是控制此工程建設(shè)的首要問題，施工過程中應(yīng)嚴格按照分級加載控制填筑速度。

6）地基為易被淘刷的淤泥土，設(shè)計時對堤防潮流淘刷地段應(yīng)采取必要的消浪防沖措施，保證堤身安全保護地基。

7）各堤段地基土均屬微透水～極微透水，無滲透穩(wěn)定問題。

2 施工方案比選

針對幾種常用的軟土地基處理方式，對水泥攪拌樁、塑料排水板排水固結(jié)法、強夯塊石墩和土工織物加筋法、爆破擠淤法等處理方式分析對比。①結(jié)合本工程的自然地理條件而言，水泥攪拌樁、強夯塊石墩成本相對較高，施工機械使用條件有限，順堤涂面高程較低，大面積推廣比較困難；②塑料排水板處理地基的原理是利用在軟土地基中打設(shè)豎向的塑料排水板，降低地基滲透水的滲徑，從而加速地基固結(jié)速率，提高地基的荷載承載力；③土工織物加筋原理是根據(jù)摩擦加筋作用利用土工材料的加筋作用，分散上部荷載，限制地基土的側(cè)面位移，調(diào)整地基應(yīng)力重分配，以形成復(fù)合地基，從而提高地基承載能力。

本工程沿線涂面高程平均在低潮位左右，采用GPS定位系統(tǒng)輔助水下鋪設(shè)土工織物及打設(shè)塑料排水板的應(yīng)用較多、工程經(jīng)驗較豐富，其鋪設(shè)（打設(shè)）精度和進度可滿足工程施工要求。因此塑料排水板結(jié)合土工織物加筋處理軟土地基在本工程中較為適用[3]。

爆破擠淤法是通過爆破擠淤置換地基中一定深度內(nèi)的低強度軟土層，減少地基中的軟弱夾層帶，完工后沉降較小。該方法加載速度較快，較排水固結(jié)法施工進度較快，完工后沉降很小，地基處理效果明顯。爆破擠淤法在石料場儲量足夠、運距較短、石方單價較低、石方置換深度有限的情況下，具有一定的適用性。

結(jié)合本工程的實際情況，主要對塑料排水板結(jié)合土工織物加筋和爆破擠淤兩種方案進行比較。

方案一：塑料排水板+土工織物加筋方案地基處理方案：在涂面上鋪設(shè)有紡?fù)凉げ甲鞲綦x層，在地基處理范圍鋪設(shè)80 cm碎石墊層并打設(shè)塑料排水板。外鎮(zhèn)壓層范圍排水板深度及范圍由堤身整體穩(wěn)定控制，一般比滑弧深度加深2 m～3 m。堤頂及內(nèi)側(cè)行車道范圍排水板打設(shè)深度由堤身整體穩(wěn)定及工后沉降控制。排水板間距由堤身整體穩(wěn)定及工期驗算控制。工程設(shè)計順堤排水板間距為1.20 m，深度22 m～30 m。為均化地基附加應(yīng)力、協(xié)調(diào)沉降差，設(shè)置兩層高強度經(jīng)編土工布加筋。

方案二：爆破擠淤方案：為滿足堤身整體穩(wěn)定，控制工后沉降，便于布置上部堤身結(jié)構(gòu)。工程設(shè)計順堤堤心填石方頂寬29 m，底高程-28 m。

方案優(yōu)缺點比較，見表1。

表1 地基處理方案比較

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，采用爆破擠淤方案投資較大，且未置換土層仍產(chǎn)生一定的工后沉降。而塑料排水板+土工織物加筋方案處理地基，施工方法成熟，投資較低，工后沉降小。因此，順堤斷面推薦采用塑料排水板+土工織物加筋處理地基方案，北堤堤身高度及地基條件與順堤類同，地基處理方案同順堤。順堤及北堤東段分別在排水墊層頂面及0.00 m高程各設(shè)一層100 kN/m經(jīng)編土工布，外側(cè)堤身斷面可適當減小。

3 施工方案影響分析

3.1 穩(wěn)定安全分析方法

對堤防安全穩(wěn)定進行分析，應(yīng)根據(jù)抗滑穩(wěn)定驗算公式計算，見式（1）：

式中，Ks為堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；Pax為土壓力的水平分力；Pay為土壓力的豎向分力；為基底摩擦系數(shù)，由試驗測定。

當Ks>1時，土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；當Ks<1時，則易出現(xiàn)土體的整體滑動失穩(wěn)。為避免工程出現(xiàn)大范圍失穩(wěn)，需對相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和計算。

針對不同工程等別應(yīng)合理選定安全系數(shù)值。抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks一般控制在1.05～1.30之間，控制方法主要有兩種：①嚴格控制土體中孔隙水含量，提高地基土的抗剪強度；②在工程安全的前提下盡量減小堤防的設(shè)計斷面面積，避免堤防地基層受到外界不利因素干擾[2]。

3.2 處理方案的影響因素

選用圍海工程軟土地基處理技術(shù)，必須全面綜合考慮各方影響因素，對經(jīng)濟技術(shù)進行對比分析。3.2.1 工程安全的影響

本工程中，關(guān)鍵標段就是建造具有防潮作用的圍海大堤。地基處理的質(zhì)量將嚴重影響工程的安全運行，應(yīng)嚴格控制地基失穩(wěn)和不均勻沉降。

3.2.2 施工進度的影響

根據(jù)工程的實際情況和圍海工程性質(zhì)，合理確定施工工期和施工節(jié)點。不同的地基處理技術(shù)方案對施工進度具有顯著影響，應(yīng)結(jié)合進度要求確定地基處理方案。

3.2.3 工程造價的影響

地基處理費用占據(jù)工程總造價的比重較大。圍海工程地基處理過程中應(yīng)嚴格比較篩選幾種處理方法，合理確定相關(guān)費用。在保證工程安全及穩(wěn)定運行的前提下，盡量減少造價成本。3.2.4 施工環(huán)境的影響

周圍環(huán)境和地理條件的差異對工程項目技術(shù)的選擇也會有一定的影響。圍海工程軟土地基的實際施工中，施工人員應(yīng)提前對當?shù)刂苓叚h(huán)境進行全面系統(tǒng)的考察，結(jié)合實際施工需要，綜合選擇最佳軟土場地動土動工。

4 結(jié)論

圍海工程地基土淤泥普遍具有含水量高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮性強以及透水性差等特點，因此存在地基土體固結(jié)速率緩慢，沉降不均勻等工程隱患[4]。經(jīng)過比選，本工程采用的塑料排水板法具有施工簡單，成本較低等顯著優(yōu)勢。

采用塑料排水板法，信息化監(jiān)測來控制加載速率進行地基處理適用于淤泥層較厚，環(huán)保要求較高的類似工程[5-6]。工程后期監(jiān)測數(shù)據(jù)表明土體固結(jié)速度較快，強度增長明顯，這些技術(shù)措施對于今后類似軟土地基處理具有重要的指導(dǎo)作用。