塑料排水板法在围海工程软土地基处理中的应用

邵中达

（福建省水利水电工程局有限公司，福建 泉州 362008）

围海造田工程中，地基普遍是淤泥质土，呈现出流塑～软塑状、高压缩性和中灵敏度的特征。地基的有效处理及控制是保证围海工程安全建设的先决条件，对工程的造价和后期运行亦具有直接影响。

目前，我国常见的围堤地基处理方式主要有：土工织物加筋法、水泥搅拌桩法、爆破挤淤法、塑料排水板排水固结法、强夯块石墩等。其中塑料排水板法因具有施工简单，加固效果好，经济效益显著等明显优势而得到了广泛应用[1]。本文结合工程实际情况，对软土地基的几种处理方式进行分析探讨。

1 工程概况

1.1 工程现状

工程位于苍南县东海岸、鳌江河口南岸，东濒东海，南接琵琶山、舥艚港，西依江南平原，围垦总面积0.29 hm2。由北堤、顺堤、舥艚堤、施工便道、北闸以及琵琶闸组成。北堤西端与东塘标准堤连接，东端与顺堤连接（之间设R＝700 m圆弧顺接），顺堤南端与琵琶山连接。工程建设分为3个标段，I标段（北堤、顺堤 D0+000～D0+900、北闸）、Ⅱ标段（D0+900～D3+000、施工便道）和Ⅲ标段（顺堤D3+000～D5+898.58、舥艚堤、琵琶闸）。

1.2 水文、工程地质条件

根据勘察的总体结果对推砌受力范围内的土层进行自上而下的分析。第一层淤泥：呈现饱和状态，其流动性比较大，含少量颗粒，泥土质量相对软弱；第二层淤泥：粉状泥土混合粘质土层，此层厚度变化不大，土质分布不均匀且承载力不足；第三层淤泥：呈现饱和状态厚土层，土质松散；第四层淤泥：灰色，厚度较薄，高含水量和高压缩性。

1）工程区区域构造基本稳定，地震动峰值加速度为0.05 g，动反应谱特征周期为0.65 s，场地地震基本烈度为6度，场地土类别为软弱场地土；

2）围区地下水赋存类型为第四系松散孔隙潜水，地表水化学类型均为CL—Na+-+型，地表水对混凝土具有中等结晶类硫酸盐型腐蚀性。

3）围区地层均匀、单一。

4）各堤段地基土均为含水量高、压缩性高、中灵敏性、低强度的淤泥或淤泥质土，工程地质条件差，天然地基承载力不能满足设计要求，地基需采取工程措施。

5）堤防的抗滑稳定和沉降是控制此工程建设的首要问题，施工过程中应严格按照分级加载控制填筑速度。

6）地基为易被淘刷的淤泥土，设计时对堤防潮流淘刷地段应采取必要的消浪防冲措施，保证堤身安全保护地基。

7）各堤段地基土均属微透水～极微透水，无渗透稳定问题。

2 施工方案比选

针对几种常用的软土地基处理方式，对水泥搅拌桩、塑料排水板排水固结法、强夯块石墩和土工织物加筋法、爆破挤淤法等处理方式分析对比。①结合本工程的自然地理条件而言，水泥搅拌桩、强夯块石墩成本相对较高，施工机械使用条件有限，顺堤涂面高程较低，大面积推广比较困难；②塑料排水板处理地基的原理是利用在软土地基中打设竖向的塑料排水板，降低地基渗透水的渗径，从而加速地基固结速率，提高地基的荷载承载力；③土工织物加筋原理是根据摩擦加筋作用利用土工材料的加筋作用，分散上部荷载，限制地基土的侧面位移，调整地基应力重分配，以形成复合地基，从而提高地基承载能力。

本工程沿线涂面高程平均在低潮位左右，采用GPS定位系统辅助水下铺设土工织物及打设塑料排水板的应用较多、工程经验较丰富，其铺设（打设）精度和进度可满足工程施工要求。因此塑料排水板结合土工织物加筋处理软土地基在本工程中较为适用[3]。

爆破挤淤法是通过爆破挤淤置换地基中一定深度内的低强度软土层，减少地基中的软弱夹层带，完工后沉降较小。该方法加载速度较快，较排水固结法施工进度较快，完工后沉降很小，地基处理效果明显。爆破挤淤法在石料场储量足够、运距较短、石方单价较低、石方置换深度有限的情况下，具有一定的适用性。

结合本工程的实际情况，主要对塑料排水板结合土工织物加筋和爆破挤淤两种方案进行比较。

方案一：塑料排水板+土工织物加筋方案地基处理方案：在涂面上铺设有纺土工布作隔离层，在地基处理范围铺设80 cm碎石垫层并打设塑料排水板。外镇压层范围排水板深度及范围由堤身整体稳定控制，一般比滑弧深度加深2 m～3 m。堤顶及内侧行车道范围排水板打设深度由堤身整体稳定及工后沉降控制。排水板间距由堤身整体稳定及工期验算控制。工程设计顺堤排水板间距为1.20 m，深度22 m～30 m。为均化地基附加应力、协调沉降差，设置两层高强度经编土工布加筋。

方案二：爆破挤淤方案：为满足堤身整体稳定，控制工后沉降，便于布置上部堤身结构。工程设计顺堤堤心填石方顶宽29 m，底高程-28 m。

方案优缺点比较，见表1。

表1 地基处理方案比较

经技术经济比较，采用爆破挤淤方案投资较大，且未置换土层仍产生一定的工后沉降。而塑料排水板+土工织物加筋方案处理地基，施工方法成熟，投资较低，工后沉降小。因此，顺堤断面推荐采用塑料排水板+土工织物加筋处理地基方案，北堤堤身高度及地基条件与顺堤类同，地基处理方案同顺堤。顺堤及北堤东段分别在排水垫层顶面及0.00 m高程各设一层100 kN/m经编土工布，外侧堤身断面可适当减小。

3 施工方案影响分析

3.1 稳定安全分析方法

对堤防安全稳定进行分析，应根据抗滑稳定验算公式计算，见式（1）：

式中，Ks为堤防抗滑稳定安全系数；Pax为土压力的水平分力；Pay为土压力的竖向分力；为基底摩擦系数，由试验测定。

当Ks>1时，土体处于稳定状态；当Ks<1时，则易出现土体的整体滑动失稳。为避免工程出现大范围失稳，需对相关数据进行实时监测和计算。

针对不同工程等别应合理选定安全系数值。抗滑稳定安全系数Ks一般控制在1.05～1.30之间，控制方法主要有两种：①严格控制土体中孔隙水含量，提高地基土的抗剪强度；②在工程安全的前提下尽量减小堤防的设计断面面积，避免堤防地基层受到外界不利因素干扰[2]。

3.2 处理方案的影响因素

选用围海工程软土地基处理技术，必须全面综合考虑各方影响因素，对经济技术进行对比分析。3.2.1 工程安全的影响

本工程中，关键标段就是建造具有防潮作用的围海大堤。地基处理的质量将严重影响工程的安全运行，应严格控制地基失稳和不均匀沉降。

3.2.2 施工进度的影响

根据工程的实际情况和围海工程性质，合理确定施工工期和施工节点。不同的地基处理技术方案对施工进度具有显著影响，应结合进度要求确定地基处理方案。

3.2.3 工程造价的影响

地基处理费用占据工程总造价的比重较大。围海工程地基处理过程中应严格比较筛选几种处理方法，合理确定相关费用。在保证工程安全及稳定运行的前提下，尽量减少造价成本。3.2.4 施工环境的影响

周围环境和地理条件的差异对工程项目技术的选择也会有一定的影响。围海工程软土地基的实际施工中，施工人员应提前对当地周边环境进行全面系统的考察，结合实际施工需要，综合选择最佳软土场地动土动工。

4 结论

围海工程地基土淤泥普遍具有含水量高、孔隙比大、灵敏度高、压缩性强以及透水性差等特点，因此存在地基土体固结速率缓慢，沉降不均匀等工程隐患[4]。经过比选，本工程采用的塑料排水板法具有施工简单，成本较低等显著优势。

采用塑料排水板法，信息化监测来控制加载速率进行地基处理适用于淤泥层较厚，环保要求较高的类似工程[5-6]。工程后期监测数据表明土体固结速度较快，强度增长明显，这些技术措施对于今后类似软土地基处理具有重要的指导作用。