塑料排水板預壓法在海堤工程中的施工淺析

甘 泉

塑料排水板預壓排水固結法是軟土地基工程實踐中,應用排水固結原理發(fā)展起來的一種地基處理方法。在圍墾工程軟土地基處理中應用非常廣泛,施工工藝成熟,但是在水下軟土地基處理時,塑料排水板的打設和拋石加載、施工監(jiān)測等施工技術還是薄弱環(huán)節(jié)。本文對塑料排水板預壓排水固結法在圍墾海堤軟基處理工程中的施工特點和技術難點進行了分析,提出了解決塑料排水板預壓排水固結法施工中技術難點的方法和達到軟基處理設計效果的措施。荷載及施加的方法、改善厚層軟土層的排水固結條件,這就是排水固結法的兩項關鍵技術問題。經過多年的研究和實踐,采用自重預壓、堆載預壓、真空預壓、降水預壓和真空—堆載聯合預壓來解決預壓荷載及施加的方法的技術問題,通過增設豎向排水體和水平排水墊層改善厚層軟土層的排水固結條件。

排水固結法能有效地提高軟土地基的強度與承載力和穩(wěn)定性,能有效地改善軟土地基的變形性質,減少建(構)筑物沉降與不均勻沉降,是軟土地基處理一種行之有效的方法。

1 排水固結法的原理與應用

排水固結法的基本原理就是利用土的加載預壓排水固結性質,通過施加預壓荷載,并增設豎向排水體和水平排水層,改善地基的排水固結條件,加速地基的固結和強度增長,提高地基的承載力和穩(wěn)定性,加速沉降發(fā)展,使基礎沉降提前完成,減少或消除基礎的沉降。具體的應用主要有以下兩個方面:

1)提高建筑物軟土地基的承載力和穩(wěn)定性,利用堆載或自重荷載,并增設豎向排水體,通過分級逐漸加載,并控制加載速率,在前一級荷載作用下排水固結,地基的強度或承載力增長后,再施加下一級荷載,逐步提高地基強度以達到設計要求為止。

2)消除或減少建筑物基礎的沉降,可在擬建建筑物的場地上,先施加預壓荷載,使地基土層充分排水固結壓密,然后卸去預壓荷載,再建造建筑物,這樣經過預壓后由建筑物荷載引起的沉降就明顯減少。

欲要上述應用取得良好的排水固結效果,必須具備兩個基本條件:即足夠的預壓荷載和良好的排水固結與充分的排水固結時間。應用排水固結法處理軟土地基時,必須設法尋求必要的預壓

2 塑料排水板預壓排水固結法的施工工藝

施工準備→測量放樣→鋪設土工織物→拋填碎石(砂)墊層→插設塑料排水板→鋪設土工布織物→分級加載(施工監(jiān)測)→達到設計的加載荷載。

3 塑料排水板預壓排水固結法在圍墾海堤工程中的施工特點及難點

圍墾海堤工程受海洋潮汐的影響,灘涂面不能全天候的外露,有的灘涂面還不能露出海水面,灘涂面的浮淤層一般較厚又不能清理,因此給施工帶來了一定的難度。對于不能露灘的海堤需要采用專用工程船舶進行施工,海浪對施工影響很大。

塑料排水板預壓處理圍墾海堤軟土地基要達到預期的效果,同樣要從施加預壓荷載的大小和方法、豎向排水體布置的形式與尺寸這兩方面去控制施工。設計圖紙一般對塑料排水板的布置形式、間距和打設深度都有明確的說明;對施加預壓荷載的大小有明確要求,但是對加載的方法設計一般有一個建議加載曲線圖和加載速率控制指標。加載速率控制指標是要在加載施工后通過施工監(jiān)測反映出來的,如果超過加載速率控制指標,地基土會產生過大的塑性蠕變,地基土的結構性會破壞;如果加載速率控制指標變化很小,反映荷載水平小,這樣排水固結產生的壓縮量和強度增長量也小,施工工期就會很長。因此,在采用塑料排水板預壓排水固結法處理圍墾海堤軟土地基工程中,需要解決的施工技術難點就是解決塑料排水板打設的位置和深度,分級加載的荷載大小,加載速率的控制三方面的問題。

4 圍墾海堤工程塑料排水板打設施工措施

4.1 施工工藝流程

施工放樣→船體定位→樁機移動就位→安裝管靴→沉設套管至設計底標高→提升套管至碎石墊層表面以上→由割帶系統(tǒng)割帶→沉管提至水面重新裝帶→樁機移動就位→重復排水板插設。

4.2 主要施工措施

1)測量定位:主要采用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),通過船頭、船尾各拋兩臺八字錨,拋錨系纜應根據施工區(qū)域的風浪、水流條件合理進行調整,錨纜長度為200 m,采用絞錨機調整修正船體位置,使船體準確定位,錨纜系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠、使用方便。

2)平面控制:在平臺走軌上標出平臺插板樁位置,并標在平臺四周及橫梁上,樁機必須以此移動準確定位。排水板打插時,每30 min左右根據潮水位漲落調整錨纜,復核船體定位位置,確保施工時塑料排水板樁平面位置準確。

3)標高控制:在樁機沉管上刻上刻度線,使打插深度一目了然。以沉管入土深度控制塑料排水板的插設底高程,即控制排水板的插設長度。每插完一排塑料排水板,測量一次水深,確保打插排水板的底高程達到設計要求,同時確保排水板上端露出碎石墊層的長度不小于20 cm。

4)垂直度控制:用經緯儀、掛線隨時檢測沉管的傾斜度,通過調整插板船的壓倉水及打設架的仰俯調整樁機垂直度,其偏差不超過±1.5%。

5)回帶控制:沉管上安裝排水板帶插設自動記錄儀,記錄每根樁的長度及回帶情況。直觀上看,沉管上提,如果有回帶,則回帶時,能看到在沉管板帶入口處的排水板帶在與沉管口沒有相對位移,而此時的沉管上提高度亦正好是回帶長度,如果此長度超過50 cm,應在邊上補打一根。

6)水下剪帶:采用水下自動剪帶系統(tǒng)剪帶,板帶外露長度不小于20 cm。

5 荷載加載水下施工措施

1)網格劃分:網格劃分以軸線為基礎,根據施工圖斷面的不同將拋填區(qū)域分別以各斷面沿軸線長度10 m范圍為一個大網格,大網格中又以2 m×2 m劃為小網格,以控制投拋位置。

2)裝料控制:按照劃分的網格,根據對每條對開駁一次投拋的面積乘以拋投厚度計算出所需方量,然后在駁船上刻上標記,每次裝料都以裝到標記線為準。

3)對開駁定位:首先在對開駁船上安裝好GPS定位設備,在定位船船首和船尾分別設一臺GPS系統(tǒng)天線,同時在電腦上輸入施工區(qū)域位置,與GPS岸臺相配合即可找到任何拋投點的位置,再在施工位置上進行單格投拋位置設置。

4)漂移量調整:由于潮流、潮向的影響,投拋砂包時勢必有一定的漂移量,應根據測定結果進行調整。根據對漲退潮流態(tài)的實際測定,砂袋拋距經驗公式為:

其中,S為沖距,m;VO為水面流速,m/s,測速儀測定拋投點水面流速;H為水深,m,用測深儀測定拋投點水深;W為塊石重量,kg。

沖距加裝石船船頭空白區(qū)距離為定位船的提前量,利用GPS精確定位,使對開駁拋投位置和砂袋入水后需拋投的位置相對應。

5)厚度控制:按照分層加載厚度要求,實際施工中要隨時測定流速、流向、水深、波浪等影響因素,隨時調整對開駁的裝石量和投拋定位。根據施工經驗,根據漂距計算和GPS定位是保證厚度的有效措施。

6)整平:由于各斷面拋石區(qū)粗拋采用對開駁拋填,拋填的平整度和高程均與設計圖紙存在較大的誤差,退潮后需放樣標桿,人工指揮反鏟挖機平整、修坡,以滿足設計斷面要求。

7)補拋:拋石面經修整后,對高出的拋石進行挖除,漏拋或不夠的位置,用毛竹標桿標示,待漲潮后,用100 t級的小型對開駁進行補拋。

6 荷載加載水上施工方法與施工監(jiān)測

加載施工時,每次加載荷載的大小采用石料填筑的厚度來控制,石料填筑的厚度由前一級加載預壓后地基強度的增長值確定,一般控制在地基經過預壓強度增長后極限承載力的0.7倍。預壓歷時t地基強度的增長可用下式計算:

其中,η為由于剪切蠕動和剪切速率減慢引起地基強度折減的系數,一般為0.9～0.95;Cu為天然地基土的不排水剪強度;σz為計算點的附加應力;Ut為計算歷時t的固結度。因此每次的加載厚度可以是不相等的。

在加載的同時要及時進行現場施工監(jiān)測,獲得可靠的觀測結果,并對觀測結果進行整理,監(jiān)視地基變形及穩(wěn)定性的發(fā)展,及時作出判斷,指導施加預壓荷載。對于地基穩(wěn)定性判斷與分析可按如下方法進行:首先將各項觀測結果繪制成沉降(或側向位移和孔隙水壓)和荷載壓力與時間關系曲線,和孔隙水壓過程曲線。然后判斷各測點地基的穩(wěn)定性,當測點的沉降、位移和孔隙水壓力隨時間的變化產生突然增大,且其累計增量與荷載增量出現非線性增大和轉折時,可以認為該測點地基出現塑性屈服或剪切破壞,應立即采取停止加載或卸載的措施,防止地基局部剪切破壞的進一步發(fā)展,保持地基的穩(wěn)定。

7 結語

在用塑料排水板預壓處理圍墾工程海堤軟土地基工程中,潮水水面下的塑料排水板打設、加載是施工的難點,也是海堤軟土地基處理效果好壞的關鍵點。逐級加載方法與施工監(jiān)測是能否達到設計效果的重點,同時也是保證施工工期和施工效益的重要因素,在實際工程中建議重點研究。