塑料排水板

塑料排水板
在洋山一期地基加固工程中的试验
摘要：洋山一期地基加固工程中，在镬盖塘以南、码头以北存在一块淤泥软卧层，对该区域的处理，设计要求进行40米深度的塑料排水板施工。

项目部选择两种机型进行了塑料排水板的试验，最大深度达33米，在对该区域进行地质检测后，发现地质条件有所变化，经与设计联系后，采用了其它地基处理方式。

但本次的塑排试验，为后期同类型的地基加固积累了宝贵的经验。

关键词：单套管、双套管、含水量、压缩性、沉降
一、简述
洋山一期塑料排水板施工区主要位于镬盖塘南侧下方,此区域原为海域,泥面标高约为-21.0～-25.0m,后经吹填形成陆域至+6m标高，吹填砂是指粒径大于0.075mm、颗粒重量超过80%的砂土，主要由砂质粉土和粉砂组成。

吹填砂厚度为27~31米，主要以粉细砂为主，含贝壳碎片，局部混较多粘性土，为粉细砂混粘性土或粉质粘土混粉细砂。

具体砂质分为三段：第一段标贯击数N<10击，为松散的粉细砂层，第二段的土层为稍密—中密状的吹填粉细砂，标贯击数10<N<15击，局部N>15击，第三段土层为中密状粉细砂，标贯击数15<N<30击。

吹填砂下为10米深度的淤泥区，该土层特点是含水
量较高，埋层较深，强度低、压缩性较高，透水性差，在荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，而且沉降的延续时间很长，有可能影响以后道路堆场的正常使用，因此，对该区域采取塑料排水板的施工。

由于该淤泥层埋设较深（31m以下），而且淤泥层较厚（10m 左右），因此塑料排水板的设计深度要求不小于40米。

对如此深度的塑料排水板的施工，目前国内没有设备可以借鉴，因此本工程先进行试验，确定主要的施工设备和施工参数，后进行大面积施工。

二、塑料排水板施工原理
竖向塑料排水板处理软地基，是在地基中设置竖向塑料排水板形成排水井，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载或是在建筑物建造以前，在场地先行加载予压，以增加作用于土颗粒的有效应力来加速地基固结沉降，使土体中的孔隙水排出，同时强度逐步提高，达到地基处理的效果。

按照使用目的，该方法可以解决以下两个问题：一是沉降问题，使地基的沉降在加载予压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差；二是稳定问题，加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。

三、机械设备
打设塑料排水板的设备有两种形式：一种为履带式打桩机，一种为门架式插板机(带导轨)。

要求用能打入设计深度的静力式或振动式设备，不可用锤击式或水冲式。

套管插入杆为扁平状或圆形，内径大于排水板的尺寸，长度大于排水板设计长度，在打设中保护排水板不
被损坏。

本次试验，我们共改造、组织两台履带式打桩机进行试验。

一台机架总高度为43.5米,重约45T,配备不同型号振动锤,主插管长42米、采用壁厚10㎜，管径<=160mm的无缝钢管焊接而成，钢管材料为锰钢、其强度较高。

插管下端焊接一个10㎜×50㎜×160mm的矩形端头，利用φ<=30mm的插销固定塑料排水板端头。

整台打桩机配备一台150KW的发电机，以提供机械行走和打排水板用电。

另一台桩架高度为27米，重约23T，采用不同型号振动锤，主插管为双套管形式，外管长度为23米。

内管φ<=130mm、外管φ<=160mm，内外管的连接采用4颗φ<=25mm插销连接，插销间距为20～30㎝左右。

整台打桩机配备一台120KW的发电机。

各种型号振动锤的具体参数见下表：
四、施工工艺
1、测量放样
(1)根据设计资料提供的起讫桩号打出控制桩，再每隔10～20m 放出路线中心桩。

(2)按照打设的宽度放出边桩及护桩。

2、地面清理及整平
将施工范围内的杂物清理干净，并将施工场地大致整平，若设计有整平标高时，应按设计标高整平，并进行压实(压实度＞85%)。

3、砂垫层铺设
一般天然泥面须铺设砂垫层，形成排水通道，砂垫层总厚度要求大于30cm(压实)。

摊铺做到均匀、平整，形成双向横坡。

同时注意避免泥土、杂物混入砂层。

压实应用静压式压路机进行，不得振碾。

由于本次施工地表已有吹填砂，不需再铺设砂垫层。

4、桩位放样
(1)首先根据设计给定的处理长度、宽度计算出布设的排数和列数。

(2)根据计算结果画出布桩图，标明排列的编号。

每排桩的轴线应垂直于路线中心线，曲线上应为法线方向。

同时应绘制一张较大的布桩图交施工人员打设时使用，每施打一根在图上相应位置标出，以免遗漏。

由于有些处理段落位于不规则的边界区域，应注意不要超布或遗
漏。

(3)根据布桩图在铺设好的砂垫层上放出具体的桩位，做出鲜明的标志。

一般可用15cm长的塑料排水板（已剖开的）插在桩位上，放桩位时一般一次不宜过多，可先在半幅内布设。

以免施工时丢失。

施工中应经常注意检查和保护，丢失的及时补上。

5、塑料排水板施工
1）施工准备
在进行施工放样等工序的同时，应做好施工准备。

主要是塔架的拼装，机件的安设调试，可在待处理地段端部的场地上进行。

然后试打2～5根检验机器的性能、地质情况及工艺。

2）施打排水板
A、机器调试正常后移入场内。

B、将排水板装入卷筒，并穿过振动锤将排水板引入插杆中。

C、将排水板从插入杆端头引出、折回，夹上短钢筋，用订板机
订好。

D、拉紧排水板，将插入杆对准桩位。

E、开启振动将插入杆压入地基。

F、到达设计深度后将插入杆拔出，则排水板被短钢筋锚固于孔底。

G、在砂垫层以上30cm处将排水板剪断埋入砂中。

H、移至下一个桩位。

具体设备及流程如下：
1）单管式振动打设机
钢管（D＝14-16cm，
壁厚14mm）
塑料排水板钢管扶正器
振动锤
卷状塑料排水板钢管扶正器
加压装置
初次打入钢管最终打入钢管2）套管式振动打设机
打入双套管
双套管预备
提出内套管
继续打入套管
五、施工技术要求
根据施工图设计要求，本场地地基处理要求如下：
1）塑料排水板采用B型和C型排水板，板芯材料为透明型、滤膜为粘合型，主要技术参数见下表：
2）塑料排水板外露长度不小于500㎜。

3）施工时应提交详细施工记录，包括插板深度、板位、垂直度、外露长度、回带长度、回带板根数、布打根数与位置，具体控制标准详见如下：
板位标记偏差：＋70㎜;
回带长度：≤500㎜（根数不得超过打设总根数的5%，大于1.5米时应在插点附近补打）；
外露长度：-0、+500㎜（根数小于3%）
平面位置：+100㎜（根数小于10%）
垂直度：+1.5%（根数小于10%）
4）打塑料排水板时严禁出现扭曲、断裂和撕破滤膜等现象，如果有此现象，应在插点附近补插。

5）打设塑料排水板应采用套管打法，并使用套靴；套管的断面形状、尺寸与管靴的材料、型式等应满足打设垂直度、深度等对套管强度及刚度要求，并减少对地基产生扰动。

管靴材料可采用钢板、钢筋、混凝土或硬质塑料等，型式可根据试验确定。

六、施工说明
1）项目部自2004年4月5日到4月10日采用单套管进行了塑料排水板的试打工作,振动锤采用30KW、套管采用φ152钢管，共进行了23个点的试验，施工深度从14.5m～24.5m不等。

从现场的试验情况看，施工场地地表下24.5m内可分成三个小段。

第一小段0m—13.5～17.5m内的土层，施工时间在2—3分钟，电流表读数在50A以内，这一段导管急速下沉；第二段13.5～17.5m—17.5～20m内的土层，施工时间一般在15分钟以内，电流表读数在50—100A间，这一段基本靠振动锤的震振动下沉；第三段17.5～20m—20.2～24.5m内的土层，施工时间一般大于20分钟，且电流表读数始终在100—120A以上，电机已属超负荷状态，插管下沉速度缓慢，甚至停止下沉。

总体看，试验深度与设计要求相距较远，基本没有穿透25米厚的砂层，同时目前的设备也不能满足试验要求。

2）2004年6月5日至10日，在吸取第一次试打经验后，对管靴的
形状进行了改变，改平口状为棱锥状，增强了穿透能力。

施插进入硬层后，如果阻力偏大，则提升插管1米后再进行施插。

本次试验是在第一次试验孔中选取部分进行二次施插，一方面可检查塌孔情况，另一方面为以后施工工艺提供借鉴，试验结果表明取得了一定的效果：A、根据与前一次相同施插深度所需时间比较，第二次施插时间明显缩短；
B、施插深度比前一次增加了2.5m~3.8m，最深达28.3m；说明管靴改进后有利于施插．但整体深度仍有欠缺。

C、施插进入硬层后阻力偏大时，可采用先提升插管再施插的方法，结果表明电流读数明显不降，最后终止施插时，电流读数一般仍稳定在50~80A之间。

D、在改进管靴的同时，我们也采用45KW振动锤，套管仍采用φ152钢管但增加了壁厚，最终施打最大深度为33.7m。

共施打塑料排水板15根，从施工情况看，一般完成一个排水板插设需10~15分钟，但总体深度仍没有完全满足设计要求深度。

3）通过前两次试打，我们发现目前的套管刚度和振动锤的激振力均不能完全满足施工要求，但若继续增加振动锤的功率和管径，履带吊的支杆（高43.5米）和自重均不能承受如此重量的振动锤，机架存在明显的安全问题，最后考虑采用双套管的施工工艺。

4）8月~9月我们进行了双套管的试打，采用日本进口的DZ50振动锤，设备的稳定性和安全有保证，同时对塑料排水板的施工区域进行了调
整。

但施工时最大深度也只有35米，同时双套管的接口部位磨损较严重，维修率比较高，单根桩的施工效率也比较低，正常施工时单根桩需30~35分钟。

5）在连续的试验施工后，发现目前的机械设备均不能达到设计要求，在与设计、甲方联系后，由甲方委托有资质的勘察单位对施工区域进行了钻孔取样，发现地质情况有所变化，塑料排水板施工方案在该地基上存在一定的局限性。

从地基土力学性质分析，第一段标贯击数N<10击，故施工较容易；第二段的土层为稍密—中密状的吹填粉细砂，标贯击数10<N<15击，局部N>15击，故施工阻力较大，速度较慢；第三段土层为中密状粉细砂，标贯击数15<N<30击，导管下沉速度很慢、施工难度大，局部地区无法下沉。

因此对本次施工区域的地基处理，后重新调整施工方案。

七、施工措施
通过本次塑排施工的试验，我们总结施工过程中，应注意以下几方面：
1、做好塑料排水板的验收、保管、存放、搬运等工作，具体要求如下：
A、每批塑料排水板均应有出厂合格证和技术鉴定证书。

运抵施工
现场后应进行外观检查和验收，其外包装应牢固、完好，无出
厂合格证和技术鉴定证书或包装不完整的塑料排水板禁止进入
施工现场。

检查过程中，主要执行《塑料排水板质量检验评定
标准》（TJT/T257-96）的有关规定。

B、对施工现场自行搭建的塑料排水板保存场地，场地内应铺设好
防水垫层，房顶应不漏雨，避免塑料排水板雨淋日晒，防止撕
破、剥离、变质老化。

C、塑料排水板应遵循先到先用的原则。

D、所有的材料每批都要进行质量抽验，同批次生产的塑料排水板，
至少每20万米进行一次抽验。

E、排水板的搬运应轻拿轻放，坚决杜绝生拉硬拽。

２、打设塑料排水板时，应注意做好以下几点质量保证措施：
A、施工时，以行号和列号为排水板位置的纵横坐标，建立塑料排
水板施工记录数据库的电子版（EXECL数据库），以方便查询和
有关数据的追溯、检查。

每天的施工记录均由专人录入该电子
数据库。

B、垂直度控制方法：在打设机塔顶伸出一根长1.5m的钢筋，在钢
筋上悬挂吊锤来检测垂直度。

吊锤与导向架中心距离为1.5米，吊锤位于导管尚未打插塑料排水板的一侧。

对位时，导管及管
靴对准要打设板位，由于导管不是自由下垂，垂直度不能保证，故在地面量测吊锤与导向架中心距离，此距离减去1.5米的绝
对值除以塔架高度即为倾斜度。

当倾斜度超过要求时，应调整
机架，直至倾斜度满足要求。

C、每盘塑料排水板装机前和施工中，应随时进行外观检查，发现
不合格后应立即停止使用。

每个分区在正式施工前，应选择均
匀分布的5处进行试打，以确定该区域的插板施工参数。

D、塑料排水板外露长度不小于200mm，打设时淤泥不允许进入板
芯，回带长度不得超过500mm，且回带根数不得超过打设总数
的5%。

E、塑料排水板的隐蔽工程应进行检查和中间验收，并作好记录和
签收。

F、一个区段的塑料排水板验收合格后，打设时在板周围形成的空
洞，应及时用砂垫层的石料填满，并将塑料排水板埋设于砂垫
层中。

G、若地层变化情况剧烈，无法打至预定深度时，要及时与现场技
术人员和现场监理人员协商解决。

施工过程中，实际的插板深
度应该由试打参数和插管过程中的电机电流共同来控制，当电
流出现明显变大时，且此时的插管深度接近或大于试打深度时，可以认为已符合要求。

H、塑料排水板插设允许偏差、检验数量见下表：
八、结束语
一般塑料排水板的施工，施打深度在20米左右；超过30米的深度，多采用打桩船进行水上施工。

本次塑料排水板试验，由于地质原因，虽然没有达到设计要求的深度（满足一般陆地施工需要，最大深度33米），也没有大面积的施工，但这并不影响我们对塑料排水板施工工艺的认识和了解。

通过对单套管的试验，我们发现该设备工效高、质量好，施工过程容易控制，但是该设备塔架高、结构笨重，特别是海岛施工，岛上风力较大，安全问题显得犹为突出，所以为了保证安全施工，必须增加履带吊底盘自重。

采用双套管施工时,桩架高度较低、稳定性较好，不易倾倒，同时由于外露插管长度有效减少，保证了插管的垂直度不易弯曲，能承受较大的振动锤的冲击力；但由于双套管结构相对复杂，内外套管连接插销的强度要求较高, 同时每根排水板的施打增加了插管的连接时间，效率相应降低，同时容易造成断带，质量难以控制。

两种设备施工，均有其优缺点，具体采用哪种设备，只有根据不同的地质条件、施工方案和设计要求进行选择。

尽管洋山一期地基加固工程中采用的塑料排水板加固未能达到设计要求的深度（40米），但为洋山陆域后期地基加固工程提供了可借鉴的经验。