塑料排水板在乐自高速公路软土路基处理中的应用

塑料排水板在乐自高速公路软土路基处理中的应用
摘要：塑料排水板加固处理高速公路软土地基是一项行之有效的技术，尤其在深层软基处理中效果更为显著。

本文介绍了采用塑料板排水技术处理乐自高速公路软土路基的一个工程实例，提出了软土地基条件下的施工工艺以及沉降观测，为塑料板排水法在工程中的实际应用提供了一个良好的范例。

关键词：塑料排水板；高速公路；软基处理
1.概述
塑料板排水处理软土地基是在含水量大，孔隙比大，压缩性高，软土深厚的软土地基中，通过排水固结和设置竖向排水通道（插入塑料排水板），增加土层的排水途径，缩短排水距离，在地基土上施加荷载，土中孔隙水通过塑料排水板沟槽竖向排出地面，经砂砾层横向排出要加固处理的地基之外，从而使孔隙水体积逐渐减小，以致达到土颗粒间位移密实，地基土固结变形，同时随着超静土压力逐渐消散，有效应力提高，地基土强度得到增长，从而提高地基的抗剪强度、承载力和稳定性。

塑料排水板在厂家成批定量生产，质量均匀易控制，排水效果好。

板材具有一定的强度及延伸率，适应地基变形能力强。

重量轻，搬运方便，施工质量易控制和检查。

而且塑料排水板断面尺寸小，插入时对地基土扰动小，连续性好。

施工速度快，劳动力小，施工场地整洁，运输方便。

造价低，加固效果显著，因而被广泛应用于公路、铁路、水工及工民建工程中。

2.工程概况
乐自高速公路自贡段地基土主要是冬水田和鱼塘，长期浸泡在水中。

表层0.3-0.5m都为软塑至流塑状，通过静探查明厚度普遍在5-9m相对较软，承载力在0.06-0.12Mpa左右，含水量W=20-35%，Ps=0.3-2.2Mpa之间。

区内软土具有埋藏浅，厚度大，含水量高，孔隙比大，压缩性高等特点。

该工程需处理的范围大，达15.4万m2，共插塑料排水板74839根，总长度476230m，平均深度6.36m，最浅4m，最深10m，铺设土工织物42368m2.
3.塑料排水板施工
3.1塑料排水板质量检验
塑料排水板材料的质量直接影响地基处理的效果。

所以，必须经过严格检验，确认符合设计要求后方可使用。

采购塑料排水板应按照设计要求进行。

对塑料排水板的检查验收必须严格按照行业标准《塑料排水板质量检验标准》（JTJ/T257-96）执行，其中：外观质量检验要求主要为外形与断面尺寸，板芯，滤膜3项；性能指标检测主要为纵向通水量，复合体抗拉强度与延伸率，滤膜抗拉强度与延伸率，滤膜渗透系数，滤膜等效孔径等5项。

3.2铺设砂砾排水垫层
路基测量放线后，开挖两侧排水沟，清除草皮和淤泥，疏干地表水，机械摊铺泥岩垫层，厚度800mm，人工配合机械摊铺砂砾石，厚度500mm，要求砂砾的最大粒径小于50mm，小于5mm的粒料不大于35%，小于0.5mm的粒料不大于12%，含泥量小于5%，压实后的渗透系数大于1×102cm/s。

3.3塑料排水板施工工艺
本工程采用履带式振动插带机，插带机采用垂直路基方向行走插带。

插板间距为1500mm。

塑料排水板施工宜在铺设砂砾石垫层后按下列顺序进行：
（1）根据打设板位标记进行打设机定位；
（2）安装管靴：
管靴选用180、200、220mm三个规格，针对不同地质地段选用不同管靴。

土质较硬地段，应选用较短一些的，可以减少阻力并减小对靴口的损耗。

施工中，把管靴与套管用链条焊接一起，可多次重复使用。

（3）沉设套管：
将塑料排水板卷置在机架上，然后将排水板通过套管从管靴中穿入，回折，固定在桩尖上。

（4）开机打设至设计标高：
为保证塑料排水板的的排水性能，施工中严禁排水板搭接使用。

开始沉管插带时缓慢下沉，以防套管倾斜，套管入土深度距离设计标高2m时减慢插入速度，并注意地质条件变化。

（5）提升套管，剪断塑料排水板：
达到设计深度后连续缓慢拔出套管，在地面上350mm处剪断排水板。

及时清除排水板周围带出的土，用砂砾填实，将排水板弯埋于砂砾排水垫层中。

（6）检查并记录板位等打设情况；
（7）移动打设机至下一板位。

3.4施工质量控制要点
（1）进场堆放在现场的塑料排水板应予以遮盖，防止长时间暴露在空气中而老化；
（2）塑料排水板使用前必须经检测，各项技术指标满足设计要求后方能用于施工；
（3）塑料排水板安装中应保证排水板不扭曲，透水膜不被撕破和污染，防止淤泥进入板芯，堵塞排水通道，影响排水效果；
（4）为确保塑料排水板打设深度，插板机搭架上应有明显进尺标志；
（5）桩尖与套管配合要适当，避免淤泥进入套管，一经发现，必须及时清除，以免增大排水板与套管壁的摩擦力而带出排水板；
（6）严格控制间距和深度，深度达不到设计要求，必须及时补打；
（7）回带大于50cm时必须进行补打。

回带根数应按设计要求控制在5%以内；
（8）为保证塑料排水板打设后的排水性能，禁止搭接延伸塑料排水板；
（9）塑料排水板的顶部应伸入砂砾垫层不小于300mm，使其与砂砾垫层贯通，保证排水畅通；并将其保护好，以防止机械、车辆进出时受损，影响排水效果；
（10）打孔成型的孔洞应用砂砾回填，不得用土块堵塞。

（11）塑料排水板在打设过程中，必须有专人做好各项原始记录，收集整理施工资料。

4.填筑预压荷载
在预压荷载的作用下，一方面，随着水分的逐渐排除，地基土的抗剪强度逐渐增长；另一方面，剪应力随着荷载的增加而增大，在剪切蠕变条件下，可能导致土体强度的衰减。

因此，为防止加荷速率过快而使地基土产生剪切破坏，必须严格控制加荷速率，使因排水固结而增长的地基强度与剪应力的增加相适应。

在填筑预压荷载时，需通过地基稳定性计算和沉降及水平位移监测来控制加荷速
率。

在施工完成1个月以后,进行了压板面积为0.5m2的地基承载力试验。

试验结果表明,采用塑料排水板处理深厚软土地基后,其极限承载力f 0 ≥135kPa ,远大于设计承载力100kPa。

4.1地基稳定性计算
本工程的分级加荷是通过路基的分层填筑来实现的。

为了评价地基的稳定性，提出了地基稳定的安全系数K，当K＞1.1时，方可填筑下一级荷载。

K值的计算方法如下：
K=pu/(p+pn)
式中, pu—地基极限承载力，kPa, pu=5.52тn
тn—第n次加荷前路基固结后的抗剪强度，kPa
тn=η[т0+( 2-U2)tanΦcu]
η—考虑剪切蠕变引起的抗剪强度的衰减系数，η=0.8~0.85，若判定无强度衰减时η=1.0；
т0—路基的天然抗剪强度，kPa；
2—第n次加荷后路基中计算点的附加应力，kPa，2= z1+Δ6zn;
z1—第n次加荷前路基中计算点的附加应力，kPa；
Δ6z—第n次加荷时路基中计算点的附加应力
增量，kPa；
U2—第n次加荷后路基中计算点的孔隙水压力，kPa，若新增附加应力完全由孔隙水承担，则：U2=μz1+Δ6zn
μ2—第n 次加荷前实测的计算点的孔隙水压力,kPa；
Φcu—固结不排水试验得到的内磨擦角度；
p—第n次加荷前的总荷载，kPa；
pn—第n 次加荷值，kPa
4.2沉降及水平位移监测
4.2.1沉降监测
根据设计要求，沉降板采用500×500×20mm的钢板，标尺采用可接长钢管制作并与沉降板焊接成一体，外套PVC管，标尺杆的精度应该满足观测要求。

监测断面每50米设置一处，在两侧路肩和路中心各埋设一处沉降板。

沉降板表面监测的主要目的就是监测沉降板以下土层在堆载作用下的沉降量及其随时间的发展过程。

一方面可用来评价填土加载速率的安全合理性，另一方面可通过对观测结果的分析，计算出淤泥的实际固结度，推算出地基工后沉降值以及确定合理的卸载时间。

施工过程中，每填筑一层观测一次，填筑间歇期间每3天观测一次，要求沉降速率不大于15mm/d，否则停止填筑，防止地基失稳。

4.2.2水平位移观测
水平位移观测选用200×200×800mmC15混凝土方桩，设置在边坡及其外缘10m处，设置间距与沉降板设置一致，外露长度400mm，埋设深度400mm。

水平位移观测与沉降观测同步进行，要求每天水平位移量不大于3mm，否则停止路基填筑。

预压荷载完成后，第一个月每周观测一次，第二个月每半月观测一次，第三个月起每月观测一次，直到沉降完成，多余填料卸除为止。

5.结束语
本工程加固前后的地基现场静力触探试验和加固前后的取土试验表明地基承载力提高2倍多，达到了预期目的。

实践证明，塑料排水板具有排水性能好，质量稳定，施工方便，工效高，费用低，对土层的扰动少等优点。

同时，塑料排水板是工厂化生产，质量波动小，不易折断，排水固结效果有保证。

塑料排水板的技术经济效益显著，尤其是深层软土地基处理中效果更好，是高速公路软弱地基处理行之有效的处理技术。