软土基础塑料排水板技术研究现状

李英娜 张井财

(1.青岛理工大学土木工程学院，山东 青岛 266033； 2.哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

软土基础塑料排水板技术研究现状

李英娜1张井财2

(1.青岛理工大学土木工程学院，山东 青岛 266033； 2.哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

结合塑料排水板原理简单、施工快捷、可提高软基土层的排水性能等特点，从国内外两方面讨论了塑料排水板在软土路基中的理论研究和工程应用现状，并对塑料排水板法加固软土路基的研究做了展望。

塑料排水板，软土路基，固结，排水

如何有针对性的解决软弱土层含水量大、压缩性高、力学性能差等工程问题，保证软土路堤承载力，一直是国内外学者致力解决的难题。排水固结法是一种有效的软土基础处理方法，其核心在于提高土层的排水性能，拓宽排水途径[1,2]。

塑料排水板是一种行之有效的固结排水技术，起源于国外，并在西欧和日本等地推广。具有原理简单、施工快捷、质量可控性高、适用性强等特点[3]。我国对塑料排水板最早的研究来源于1979年刘家豪等人，其制作的SPB-2型塑料排水板是我国最早的国产塑料排水板[4]。此后，塑料排水板被推广应用，取得了一系列成果。下面将从国内和国外两个方面对塑料排水板的研究现状进行梳理。

1 国内研究现状

肖策等[5]将塑料排水板堆载预压法应用于横琴某市政道路工程中。该研究对实际工程最大的一个意义在于，将分层堆载和施工实际监测数据相结合，给出了度量堆载速率的参数，使得后续工程可以根据实时的施工检测数据及时调整堆载方案，更加科学合理的进行施工作业。

成强[6]按照塑料排水板对海堤的实际施工处理资料，总结了塑料排水板技术在近海工程的优势。认为塑料排水板可在有效控制施工质量的同时降低成本，加快施工进度。

高会强[7]推导了塑料排水板的通水量变化的情况下地基加固深度的变化规律方程，从而获得了塑料排水板处理基础任意位置的固结度，进而明确了排水板通水量在施工设计中的地位。

蒙剑坪等[8]研究了塑料排水板打设深度、布置形式、板间距以及排水板排水性能对处理效果的影响。结果显示打设深度对处理效果的影响起决定性作用，实际工程中必须合理设计。

陈尚勇[9]研究了长排水板与短搅拌桩联合法处理深厚软土基础的问题，认为该技术很好的发挥了两种地基处理方法的长处，可以显著加快基础的固结沉降，并使基础承载力有了明显提升。

黄飞等[10]结合南京浦口滨江大道工程检测数据，对塑料排水板的简化方法在数值模拟中的合理性进行了对比研究，指出简化方法对结果的影响并不大。

吕子鑫等[11]研究了塑料排水板的布置间距和打设深度对基础的加固效果。揭示了剩余主固结沉降和次固结沉降的变化规律。

谢非等[12]从实际工程出发，验证了塑料排水板与分层堆载相结合的基础处理方法的有效性。

Wei等[13]采用塑料排水板与土工布相结合的方法对温州地区的深厚软土地区的海堤基础进行了处理，并结合现场监测数据使用指数曲线拟合了软土地基的沉降方程，提出了塑料排水板处理软土地基时基础沉降的预测模型。该模型考虑了负载变化时土体的非线性变形，有较大的实际应用价值。

Li[14]基于双屈服弹塑性理论，提出了一个用于塑料排水板处理软土地基的沉降计算的黏弹塑性模型。该模型将等效砂墙法引入塑料排水板处理软土地基的处理计算中。通过有限元计算结果和实际检测数据进行对比验证了该模型的有效性。

2 国外研究现状

Sinha等[15]将塑料排水板用于长黏土路堤中，通过实际监测整合的数据，认为采用塑料排水板处理的路堤沉降可分为三个阶段,并给出了各个阶段的控制特征点的计算方法。

Chu等[16]使用塑料排水板对一个超软细粒度的土壤含水率高的路堤项目进行了研究。通过大量模型试验验证了塑料排水板加速该土质路堤的固结沉降效果。

Sinha等[17]提出一种新的拐点法来预测采用塑料排水板处理的软黏土路堤的沉降。该方法认为在大概沉降完成70%时沉降曲线将会出现拐点，之后路堤的沉降速度降低到最小值，在该速度上进行路面的二次施工在经济和技术上是可行的。Sinha还分析了不同的下层土壤厚度、排水板间距比率以及粘土厚度等因素对拐点的影响。与传统的Asaoka法相比，该方法有更广泛的适用范围。

Asha等[18]提出了一个新数值模型用以解决塑料排水板处理滨海软粘土路堤的沉降问题。理论、数值和实验模型数据对比结果显示，该模型无论从沉降位移大小还是沉降率都有足够的精度。

Chen等[19]运用强夯法配合塑料排水板的手段成功提高了软土路堤工程的承载力，并在此基础上提出了一个排水板布设的优化计算理论，通过该理论布设的塑料排水板可以最大限度的发挥强夯法和排水板法的优势。

Oshima[20]研究了塑料排水板对软土的自重固结的影响。一方面，塑料排水板可以有效加快软土的自重固结；另一方面，为简化计算，排水板可以等效为周长与其短边相等的圆管，进而可以结合巴伦的径向孔隙水流动理论进行求解。

Kim等[21]针对由于地基变形过大而导致塑料排水板发生弯曲变形，削弱排水性，可导致深层土体无法被有效加过的现象，提出了二次补插的解决办法。实际工程和数值模拟都证明了该方法的有效性。

Kim等[22]整理研究了在长达4年的施工过程中，塑料排水板对地基沉降(竖向沉降和横向差异沉降)的影响。指出可以通过控制孔隙水压力来保证卸载后沉降速率的收敛性。

3 研究展望

现有研究已经证明塑料排水板在软土路基中有良好的应用前景。但是由于软土力学性质的特殊性以及工程荷载的非线性等问题，塑料排水板技术还未完全成熟，以下几个方面将成为研究热点：

1)如何针对软土路堤的具体情况进行塑料排水板打设深度、布设间距的有效设计。

2)塑料排水板会在路面加载的过程中发生弯曲变形，其排水性能与排水路径都会改变，如何评定塑料排水板排水性能的降低程度以及排水性能降低后土体的固结沉降情况。

3)采用塑料排水板处理的路堤，在地震作用中，路基深层土体受震害明显，如何评定灾后塑料排水板性能将是这一领域的另一挑战。

4 结语

本文就塑料排水板在软土地基中的应用研究现状做了总结，评述了研究的适用性，并对塑料排水板技术的研究做了展望，可为后续研究提供参考。

[1] 尹志钢.公路施工中软土地基处理技术分析及其应用[J].山西建筑,2010,36(5):268-269.

[2] 陈 邦.周期性振动荷载作用下软土的动力排水固结试验研究[D].南京：江苏大学,2015.

[3] 李维洲.环氧砂浆在隧洞衬砌混凝土质量缺陷处理中的应用[J].甘肃水利水电技术,2012(10):58-60.

[4] Wang D.,Zhang N..Application of plastic drainage board in soft soil foundations[J].WIT Transactions on the Built Environment,2013(140):497-503.

[5] 肖 策,褚丝绪,姜云龙,等.塑料排水板堆载预压法在软基处理中的应用[J].施工技术,2012(1):64-68.

[6] 成 强.塑料排水板处理软基技术在海上围堤工程应用[J].山西建筑,2012,38(6):86-87.

[7] 高会强.考虑通水量影响的塑料排水板加固深度的理论研究[J].岩石力学与工程学报,2016(S1):3337-3342.

[8] 蒙剑坪,李善梅,刘之葵.塑料排水板堆载预压软基处理的敏感性分析[J].路基工程,2015(4):85-88,100.

[9] 陈尚勇.长塑料排水板联合短搅拌桩加固深厚软土地基试验研究[J].铁道标准设计,2014(S1):128-133.

[10] 黄 飞,祁长青,李新发.塑料排水板处理临江软基效果数值模拟[J].防灾减灾工程学报,2013(5):536-541.

[11] 吕子鑫,张福海.塑料排水板在吹填土地基沉降控制中的应用[J].水利与建筑工程学报,2012(5):116-119.

[12] 谢 非,肖 策.塑料排水板堆载预压法在软基处理中的应用[J].地下空间与工程学报,2011(S1):1542-1548.

[13] Wei H.,Liang G.,Zhang Ch..Analysis of monitoring and settlement prediction of Wenzhou shoal seawall[J].Applied Mechanics & Materials,2014(515):1993-1999.

[14] Li Y..Analysis of the treatment of soft soil considering rheological property[J].Advances in Environmental Science and Engineering,2014(518):4417-4420.

[15] Sinha,Havanagi,Mathur.Settlement of soft clays with prefabricated vertical drain[J].Geotechnical Society of Singapore,2010(12):345-351.

[16] Chu J,Bo M W,Choa V.Improvement of ultra-soft soil using prefabricated vertical drains[J].Geotextiles and Geomembranes,2006(24):339-348.

[17] Sinha,Havanagi,Mathu.Inflection point method for predicting settlement of PVD improved soft clay under embankments,2007(25):336-345.

[18] Asha,Mandal.Theoretical and numerical modeling of laboratory consolidation of marine clay with natural prefabricated vertical drain[J].Electronic Journal of Geotechnical Engineering,2015(20):3829-3838.

[19] Chen H.,Liu X.,Li Jian，et al.The application of dynamic compaction techniques combining plastic drainage plate to improve soft soil foundations in a college[J].Applied Mechanics and Materials,2012(15)：117-119，526-530.

[20] Oshima A,.Efficiency of plastic board drain on self-weight consolidation of soft clay.Proceedings of the 16th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering:Geotechnology in Harmony with the Global Environment,2005(3):1231-1235.

[21] Kim D.W.,Lee S.,Cho K.,et al.Evaluation of discharge capacity of plastic board drain in simulated service situation[J]. Polymer Testing,2006,12(25):986-993.

[22] Kim S.,Lee Y.,H.,et al.Finite element analysis of the difference in displacement behavior developed from a suction drain method and a vertical drain method[A].Proceedings of the International Offshore and Polar Engineering Conference[C].2006:416-421.

Researchactualityoftechnologyofprefabricatedverticaldraininthesoftsoilareas

LiYingna1ZhangJingcai2

(1.SchoolofCivilEngineeering,QingdaoTechnologyUniversity,Qingdao266033,China;2.SchoolofCivilEngineeering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)

Prefabricated vertical drains can improve the drain performance of the soft soils with the characteristics of simple principle and fast construction. From both domestic and foreign aspects, theoretical investigations and engineering applications were discussed in this paper, and prospects for plastic drainage method in the areas of soft soil were raised.

prefabricated vertical drain, embankment of soft soil, consolidation, drainage

TU471.8

A

1009-6825(2017)27-0072-03

2017-07-12

李英娜(1992- )，女，在读博士； 张井财(1991- )，男，在读博士