塑料排水板在深厚软基处理上的应用及质量监测控制分析

林仕

（福建省港口工程有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在水运工程施工中经常遇到软弱地基，需要通过排水固结的方式，使饱和软土密实，解决地基的大部分沉降，从而提高土体的强度。而排水固结法的施工工艺大部分优先采用塑料排水板方案。而近年在实际软基处理的过程中，塑料排水板的应用也越来越广泛。特别是在深厚软基上塑料排水板更是凸显出其优秀的处理效果及经济效果。本文主要是通过福州港罗源湾港区某陆域软基处理工程中，分析塑料排水板进行软基加固的施工方案以及最后的软基加固的效果。塑料排水板主要施工工艺是在软基上先铺设中粗砂垫层后，再采用插板机将塑料排水板插入软土地基，形成竖向的排水通道。其排水固结的原理主要是在打设完塑料排水板后，采用堆载预压的方式，使软土地基中空隙水由塑料排水板排到上部砂层中，由其他排水方式排出，以此加速软基固结[1]。本文主要通过对于深厚的软土地基采用排水固结法进行加固时，从施工方案上来考虑采用塑料排水板在经济、效果、可行方面的优势。

1 工程概况

二期陆域工程位于福州港罗源湾港区淡头作业区。陆域用地总面积为201980m2，软弱地基深度达30m，为深厚软基。场地地层主要有：第四系全新统淤积层（土层为淤泥、淤泥质土等）；第四系全新统冲海积层（土层为黏土、粉质黏土、粉土、含泥中砂、含泥圆砾等）。

软基处理方法采用塑料排水板联合堆载预压法：在原泥面上铺设厚1m的中粗砂排水垫层，接着陆上施打塑料排水板，然后回填海砂至9.0m，接着堆载预压，待沉降稳定及地基固结度达到90%以上后卸载至设计高程。

2 塑料排水板施工质量控制

2.1 原材料质量控制

2.1.1 塑料排水板板芯原材料应是原生料，板芯不得采用回收料或掺加回收料的原材料加工。同时，为了测深，在滤膜表层电脑喷印数字刻度。

二期陆域工程采用的塑料排水板性能指标如表1所示。

表1 塑料排水板技术指标表

2.1.2 采用独立的施工班组和供应商队伍，避免因包工包料对材料质量产生影响；以合理价购入原材，过低的价格无法保证材料质量。

2.1.3 编制采购计划，根据现场施工进度及时安排材料进场，同时避免材料进场过早导致存放时间过长而产生的质量问题。

2.1.4 加强检测与保管。在排水板运抵工地之前，应先将材料试验证书以及材料产地等资料提交业主代表和施工监理批准。提交后应留足够时间给业主代表和施工监理对材料做评价，并送质检单位进行质量检验。对进场的材料妥善保管，存放在工地材料仓库中，避免因天气、时间因素使塑料排水板发生老化、断裂问题。

2.2 施工机械控制

施工机械控制的重点是检查插板机的性能及作业能力能否满足设计要求。因此，施工前通过设置试验区，进行试插板施工，检查设备的接地压力、稳定性、打设能力、机动性及打设速度。

二期陆域工程采用型号为ZTB30-20的液压步履插板机，通过对桩锤及桩架的改造，打孔深度可达30m，满足工程使用要求。

2.3 施工工艺质量控制

2.3.1 施工前对泥面进行探摸，如发现泥面高程与设计图纸不符，设计断面应进行相应调整，相差较大时，应提请设计进行修改。

2.3.2 塑料排水板应采取套管打设法打设，禁止用裸打法。

2.3.3 测量定出板位并用白粉做好标记，板位偏差不宜大于±30mm，塑料排水板总量应与设计要求数量相同。

2.3.4 打设机定位时管靴与板位标记的偏差应控制在±50mm范围内。

2.3.5 施打过程中应控制桩架及套管垂直度，其偏差应不大于1.5%。

2.3.6 必须按设计要求严格控制塑料排水板的打设标高，当发现地质情况与设计不符时，无法打设至设计要求标高，应征得监理及业主代表等相关人员同意后方可变更打设标高。

2.3.7 回带问题在排水板施工过程中是经常出现的，一旦出现回带问题，该地基处理中垂直排水通道的排水能力就会下降。因此，可采用钢筋头或者铁板作为管靴，其锚固力相对较强，且能阻止淤泥渗入管内，大大减少回带现象[2]。

2.3.8 淤泥深度不均，且排水板的种类不同，排水板施打后的压载排水效果不一，对抛石压载过程的控制需要更加精准。应根据排水板种类及淤泥深度分区进行数据观测、统计、纵横向对比分析，同时合理安排施工顺序，提取相似区作为试验区，指导后期施工及检验相关数据。

3 现场监测试验项目及成果分析

为验证上述各质量控制措施执行下，塑料排水板是否满足软基处理过程中的排水要求。现根据软土地基现场处理的监测成果，研究分析塑料排水板配合堆载预压软基处理过程中表层沉降、水位、十字板检测等随时间、工况的变化规律，具体如下。

3.1 监测试验项目

3.1.1 表层沉降观测

二期陆域，沉降板编号为S1-S17，监测数据及曲线如表2所示。

表2 面层累计沉降

二期陆域沉降观测从2018年5月1日到2019年1月25日为止，最大沉降量达到S1=-3411.8mm，最小沉降量达到S13=-1694.0mm，根据监测情况中沉降速率及曲线分析，二期陆域各个沉降观测点由陡趋势变化，最后趋于平缓，原因就是开始观测初期二期陆域在持续加载过程，沉降量变化比较大，最后加载结束静载期无施工，沉降量慢慢变小。且最后两个月内的沉降速率均小于1.5mm/d。沉降速率已稳定，都在设计的卸载标准内。

3.1.2 水位观测

二期陆域部位共埋设4处水位监测点，监测在吹砂与施工加载过程中的水位变化。4根水位监测点的变化情况如图1所示。

图1 水位随时间变化监测曲线

二期陆域4根水位管，在观测初期即施工初期水位变化值比较大，随着施工加载，水位变化变化值变大，静载期水位变化值变小。随后期满载水位变化值慢慢变小，已经不存在施工期间的起伏趋势。

3.1.3 十字板剪切试验

软土层未处理前十字板剪切试验统计如表3所示（不考虑抗剪强度和埋深的关系）。

表3 软土层未处理前十字板剪切试验统计

据表分析可知，①淤泥和②淤泥质土均属于工程性质比较差的软弱土层，含水率高，孔隙比大，压缩性大，灵敏度高，渗透性差，强度低。与②淤泥质土相比，①淤泥的各项物理力学性质指标更差，处理和分析时更值得重点关注。

软土层处理后十字板剪切试验统计如表4所示（不考虑抗剪强度和埋深的关系）。

表4 软土层处理后十字板剪切试验统计

十字板剪切试验结果分析：

陆域二期JC1、JC2、JC3、JC4孔的十字板剪切与处理前陆域天然下卧软基十字板剪切试验平均值的对比见表5所示。

表5 十字板剪切试验结果统计

根据测试结果的对比，可以看出，经预压处理后下卧软土的原位不排水抗剪强度Cu值由处理前的14.57kPa增加到22.00kPa，增长率为54.0%，而且Cu’值由处理前的3.03kPa增加到5.10kPa，增长率为68.3%，淤泥抗剪强度提高幅度显著，地基承载力和稳定性大大增强。

3.1.4 根据面层沉降监测推求固结度

据推算的最终沉降量计算。根据某时刻的实测沉降Sd与最终沉降量S∞之比可以确定固结度，即：U=Sd/S∞具体计算结果见表6。

表6 根据沉降计算固结度

根据计算结果得知，从施工加载到截止，加载时间约270天，静载期6个月，二期陆域平均固结度为92.45%，达到设计要求的90%的卸载标准。

3.1.5 逐级加载条件下地基固结度计算

根据地勘报告得知二期陆域港区下部土层基本参数以及现场排水板打设施工情况，从施工加载到截止，加载时间约270天，静载期6个月，逐级加载条件下地基固结度计算如表7所示。

表7 逐级加载计算固结度

以逐级加载计算固结度进行校核，固结度为94.09%，二期陆域下部软土地基预压达到设计要求的90%的固结度。

根据沉降曲线计算，二期陆域区域地基平均固结度达到92.45%，达到设计要求的地基固结度为90%的要求；以逐级加载计算固结度进行校核，根据土层基本物理性质及现场排水板打设和施工加载情况计算，地基固结度为94.09%。

3.2 成果分析

结合钻孔取样、十字板检测分析与沉降计算固结度分析，二期陆域总体固结度以达到90%以上，符合设计要求。

综上所述，二期陆域现阶段无加载施工，面层沉降已经稳定，沉降速率在1.5mm/d的设计范围内，后期面层沉降还会变化，但沉降值不会太大，属于软土固结沉降的次固结沉降阶段；现阶段面层和深层土体水平位移较小，土体主要是竖向的次固结沉降。二期陆域沉降速率、土体位移、土体固结度均满足设计要求。

4 结语

通过该工程软土地基现场处理的施工方案及监测成果，研究分析了塑料排水板配合堆载预压软基处理过程中表层沉降、孔隙水压力、钻孔取样、十字板检测的变化规律，对软基施工有较大的指导效果，特别是在十字板检测中，对下卧软弱地基进行钻孔取样和测试，对监测数据进行了有效的佐证。通过开展现场钻孔取样、室内土工试验和十字板剪切试验以获取地基不同深度的土体主要物理、力学和强度性质指标（主要包括密度、含水率、孔隙比、液塑限、压缩系数与压缩模量、直剪抗剪强度指标等），通过测试数据的统计整理分析，掌握了经历堆载预压排水固结处理后下卧软弱地基土体工程特性的改善状况和变化规律，从而为塑料排水板分析评价地基的固结状态和强度增长状况提供可靠的技术依据，说明在深厚的软基上采取塑料排水板施工工艺的可行性，并为后续的软基处理工程提供了有效的数据。