關(guān)于塑料排水板排水固結(jié)法在填海造地工程地基處理的應(yīng)用

摘 要：港口工程中軟土地基處理方法種類繁多，文章結(jié)合具體的工程實踐，總結(jié)出對于淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土等飽和粘性軟土地基處理中，塑料排水板排水固結(jié)法是軟土地基處理較為適宜、經(jīng)濟(jì)及合理的方法之一。

關(guān)鍵詞：塑料排水板；軟基加固；排水固結(jié)法

前言

填海造地是人類向海洋拓展生存和發(fā)展空間的一條主要途徑，也是國際社會常用的解決土地瓶頸問題的重要手段。在我國沿海一些地區(qū)，人多地少，隨著近幾年國內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，建設(shè)用地日趨緊張。同時國家實行土地宏觀調(diào)控，嚴(yán)把建設(shè)用地，因此填海造地成了緩解土地資源緊缺的主要方式。目前，較良好的基巖、砂礫質(zhì)等海岸線大多為港口及旅游用地等綜合岸線；淤泥質(zhì)等海岸線為人類向海洋索取土地資源的有效途徑，即填海造地項目大多為灘涂區(qū)域。

莆田興化港區(qū)涵江作業(yè)區(qū)后方臨港產(chǎn)業(yè)園陸域形成一期工程位于興化灣南岸灣頂，江口與三江口之間東側(cè)的灘涂海域。本項目填海造地充分利用塑料排水板排水固結(jié)法進(jìn)行大范圍進(jìn)行圍堰軟基及路基軟基加固處理。根據(jù)實踐，塑料排水板排水固結(jié)法在粘性軟土地基處理中從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上考慮，采用排水板是經(jīng)濟(jì)、有效、可行的方法之一。塑料排水板排水固結(jié)法以其施工簡單易行、加固效果好和經(jīng)濟(jì)利益明顯等特點在軟基處理上得到較為廣泛的應(yīng)用。我國東南沿海和內(nèi)陸廣泛分布著海相、湖相以及河相沉積的軟弱黏性土層，這種土的特點是含水量大、壓縮性高、強(qiáng)度低、透水性差且不少情況埋藏深厚，因此塑料排水板排水固結(jié)法在填海造地類似地質(zhì)工程中在軟基處理中占有不可或缺的地位。

1 排水固結(jié)法地基處理的應(yīng)用

港工建筑物地基處理常用方法有換填法、排水固結(jié)法、輕型真空井點法、強(qiáng)夯法、振沖法、水系深層水泥攪拌法等。

排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成的。

排水系統(tǒng)。設(shè)置排水系統(tǒng)主要在于改變地基原有的排水邊界條件，增加孔隙水排出的通路，縮短排水距離。該系統(tǒng)是由豎向排水井和水平排水墊層構(gòu)成的。當(dāng)軟土層較薄，或土的滲透性較好而施工期較長時，可僅在地面鋪設(shè)一定厚度的排水墊層，然后加載。土層中的孔隙水豎向流入墊層而排出。當(dāng)工程上遇到深厚的、透水性很差的軟季粘土層時，可在地基中設(shè)置砂井或塑料排水帶等堅向排水井，地面連以排水砂墊層，構(gòu)成排水系統(tǒng)。

加壓系統(tǒng)。即是施加起固結(jié)作用的荷載。它使土中的孔隙水產(chǎn)生壓差而滲流使士固結(jié)。

排水固結(jié)法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土等飽和粘性土地基，但不適用于泥炭土，對于滲透性較低的土層效果不佳，對飽和度較高的粘性土加固效果較好。其加固方法為對天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井（袋裝砂井或塑料排水帶）等豎向排水體，通過加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)成沉降，同時強(qiáng)度逐步提高的方法，最后達(dá)到滿足設(shè)計荷載的要求。目前在港工建筑物上采用的排水固結(jié)法有堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法，適用于碼頭后方堆場、倉庫地坪、利用軟土人工造陸、人工島、道路以及斜坡式護(hù)岸堤身下軟基加固。

2 塑料排水板排水固結(jié)法

排水固結(jié)法施工工藝成熟，特別是采用插打塑料排水板形成豎向排水通道的做法得到廣泛的應(yīng)用，具有工程造價經(jīng)濟(jì)、軟基加固效果明顯的優(yōu)點，其缺點在于預(yù)壓加載時間較長，后期存在一定的工后沉降及不均勻沉降，對地震區(qū)土層液化問題無法解決。

塑料排水板排水固結(jié)法是塑料排水板用插板機(jī)插入軟土地基，在上部預(yù)壓荷載作用下，軟土地基中空隙水由塑料排水板排到上部鋪墊的砂層或水平塑料排水管中，由其他地方排出，加速軟基固結(jié)。塑料排水板（帶）是針對淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土等飽和粘性土及雜填土地基運用排水固結(jié)法進(jìn)行軟基處理的良好垂直通道，可大大縮短固結(jié)時間，以增加作用于土顆粒的有效應(yīng)力來加速地基固結(jié)沉降，從而達(dá)到提高強(qiáng)度的目的。

塑料排水板加固軟土地基的優(yōu)點：質(zhì)量容易控制，成本較低；材料有良好的強(qiáng)度和延展性，能適合地基變形能力而不影響排水性能；在施工過程中沒有排水孔斷面不均勻和受堵塞的情況，斷面小，對地基擾動小；打設(shè)機(jī)械輕，可在超軟弱地基上進(jìn)行插板施工；施工快、工期短。對于深厚的軟土地基采用排水固結(jié)法進(jìn)行加固時，從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上考慮，采用排水板是經(jīng)濟(jì)、有效、可行的方法。

3 塑料排水板在港工建筑物上的應(yīng)用

塑料排水板在港工建筑物上的應(yīng)用結(jié)合莆田興化港區(qū)涵江作業(yè)區(qū)后方臨港產(chǎn)業(yè)園陸域形成一期工程中相應(yīng)的西南堤（圍堤）進(jìn)行舉例。

莆田興化港區(qū)涵江作業(yè)區(qū)后方臨港產(chǎn)業(yè)園陸域形成一期工程位于莆田興化港區(qū)涵江作業(yè)區(qū)，莆田興化港區(qū)涵江作業(yè)區(qū)位于興化灣南岸灣頂，江口與三江口之間東側(cè)的灘涂海域。本工程占地面積約1649.9萬m2，形成陸域面積約1512.9萬m2，圍堤總長7507m，隔堤總長15131m，規(guī)劃道路路基長度9113m，區(qū)域填海造地工程成陸標(biāo)高為+4.14m（85國家高程系統(tǒng)，下同）。整個陸域南北側(cè)最大縱深約3313m，東西側(cè)最大寬度約4607m，陸域形成總吹填土方8671.51萬m3。

本工程地質(zhì)根據(jù)地面調(diào)查及鉆探揭露，擬建工程場地淤泥質(zhì)地基土如下。淤泥（Q4m）：呈灰黑、灰、深灰色，揭示厚度5.9～13.4m，飽和，總體呈流塑狀，含少量腐植物，局部混貝殼碎屑，有臭味，切面光滑，干強(qiáng)度及韌性較高。該層屬高壓縮性、低強(qiáng)度、固結(jié)速度慢的軟弱土，工程地質(zhì)性能差。細(xì)砂混淤泥（Q4m）：呈灰、深灰色，揭示厚度0.40～3.60m，飽和，松散。以細(xì)砂為主，含泥約10～30%，呈透鏡體夾層狀分布于淤泥之中。該層標(biāo)貫擊數(shù)一般為1.6～6.4擊，平均為3.36擊，工程地質(zhì)性能較差。

本工程西南堤：建筑物結(jié)構(gòu)安全等級為Ⅳ級，5級堤防。西南堤呈南北走向，泥面標(biāo)高由陸側(cè)向海側(cè)傾斜，根據(jù)圍堤內(nèi)側(cè)是否吹填疏浚物及所在的灘涂面標(biāo)高等選取不同的斷面形式，共分成九段，上部結(jié)構(gòu)多斜坡式防波堤，軟基多采用塑料排水板排水固結(jié)法進(jìn)行處理，現(xiàn)選擇其中一段進(jìn)行分析。

西南堤樁號XK0+000～XK0+375范圍，內(nèi)坡側(cè)為吹填疏浚物區(qū)；圍堤采用帶擋浪墻的斜坡式結(jié)構(gòu)，擋浪墻頂高程為5.24m，按允許部分越浪考慮，擋浪墻內(nèi)側(cè)堤頂高程為4.64m，堤頂寬9m。圍堤外側(cè)邊坡坡比為1：2，護(hù)面面層從上到下依次為300～400kg拋理塊石二層厚1000mm，30～50kg塊石墊層厚500mm、袋裝碎石墊層厚300mm及400g/m2無紡?fù)凉げ家粚樱瑖膛R海側(cè)設(shè)置寬15m肩臺，肩臺頂標(biāo)高3.14m，其護(hù)面層從上到下依次為大于300kg塊石一層厚650mm、30～50kg塊石墊層500mm、袋裝碎石墊層 300mm及400g/m2無紡?fù)凉げ家粚樱棠_采用充填袋裝砂護(hù)腳，袋裝砂頂及外側(cè)亦為塊石護(hù)面。圍堤內(nèi)側(cè)吹填疏浚物，內(nèi)坡坡比為1：3，布置寬10m的壓載平臺，平臺頂面及坡面鋪設(shè)無紡?fù)凉げ?00g/m2一層，土工布上采用500mm袋裝砂壓載，壓載位置位于坡腳及平臺夾角處，夾角兩側(cè)各寬2m，要求在土工布鋪設(shè)后及時進(jìn)行內(nèi)側(cè)疏浚物吹填，防止土工布受日曬老化的影響。

圍堤下存在約12m厚的淤泥軟弱土層，基礎(chǔ)采用鋪填厚度不小于1m的中粗砂墊層+土工格柵一層（中粗砂墊層兩側(cè)為充填袋裝砂護(hù)腳），及插打A型塑料排水板，間距1m，呈正三角形布置，要求穿透淤泥層至卵石層，堤身填料為吹（回）填海砂，利用堤身填料自重進(jìn)行堆載預(yù)壓。

現(xiàn)對西南堤（圍堤）進(jìn)行相關(guān)計算說明如下。

（1）地基穩(wěn)定整體驗算

按照《港口工程地基規(guī)范》（JTS147-1-2010）的要求，選取不利斷面對各個堤段的整體穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核計算。

持久工況復(fù)核計算采用固結(jié)快剪指標(biāo)，短暫工況復(fù)核計算采用直剪快剪指標(biāo)（塑排處理區(qū)域考慮60%的固結(jié)度）。計算選取土體力學(xué)特性指標(biāo)如下：

土體力學(xué)指標(biāo)取用表

計算原理采用圓弧滑動簡單條分法進(jìn)行計算，計算工況包括短暫工況（主要是施工期）及持久工況。

計算西南堤斷面整體滑動計算圖例：

西南堤（XK0+200）使用期計算結(jié)果（1.13）

理論計算結(jié)果見下表：堤身整體穩(wěn)定性計算結(jié)果（持久工況）

計算結(jié)果表明，圍堤整體圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)能滿足規(guī)范整體圓弧滑動穩(wěn)定要求。塑料排水板排水加固后地基土C值（粘聚力）與φ值（內(nèi)摩察角）得到一定程度的提升，從而使西南堤滿足其圓弧滑動的抗力分項系數(shù)最小值要求。

（2）地基沉降量理論計算

按照《港口工程地基規(guī)范》（JTS147-1-2010）相關(guān)規(guī)定，天然地基沉降量根據(jù)天然地基最終沉降量和對應(yīng)時期固結(jié)度確定。土體沉降量采用分層總和法進(jìn)行復(fù)核計算，固結(jié)度按照太沙基一維固結(jié)理論進(jìn)行復(fù)核計算。

計算結(jié)果說明，采用塑料排水板排水固結(jié)法對土地固結(jié)速度較快，強(qiáng)度增長明顯。

4 塑料排水板在港工建筑物上的適用性及局限性

塑料排水板（帶）具有質(zhì)量容易控制，成本較低；在施工過程中沒有排水孔斷面不均勻和受堵塞的情況；斷面小，對地基擾動小；打設(shè)機(jī)械輕，可用于較軟弱的地基等優(yōu)點。目前國內(nèi)塑料排水板排水固結(jié)法的施工工藝和技術(shù)隨著該法的廣泛使用而得到了發(fā)展，但在處理效果及施工工藝等方面存在一定的局限性：

（1）排水加固形成的地基承載力不高。在港工工程中，一般適用于對地基承載力要求不高的建筑物，如斜坡式護(hù)岸等，而對地基承載力要求較高的重力式碼頭結(jié)構(gòu)較難達(dá)到其地基承載力要求。

（2）對使用土質(zhì)有限制。塑料排水板排水固結(jié)法最適宜于淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土等飽和粘性土地基，但在處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時不適合采用此法。同時，如地質(zhì)有卵石等夾層時，需確定塑料排水板是否可以穿過，否則難于達(dá)到其預(yù)期效果。

（3）在沿海港口工程中受潮水水位的影響。塑料排水板即可陸上施工，也可通過船機(jī)水上作業(yè)，但水上施工每延米單價約為陸上單價的兩至三倍，因此在沿海超簡單塑料排水板在水上或陸上需趕潮水位進(jìn)行施工，施工條件受到限制。

（4）是否穿插到底對承載力有很大的影響。塑料排水板是是排水固結(jié)法進(jìn)行軟基處理的良好垂直通道，其是否施打到軟弱土層底部對地基處理影響較大。因此，為保證施工質(zhì)量，塑料排水板施工要求監(jiān)理全過程旁站。

5 結(jié)束語

隨著近幾年國內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，建設(shè)用地日趨緊張。同時國家實行土地宏觀調(diào)控，嚴(yán)把建設(shè)用地，因此填海造地成了緩解土地資源緊缺的主要方式。針對我國東南沿海和內(nèi)陸廣泛分布著海相、湖相以及河相沉積的軟弱黏性土層采用塑料排水板排水固結(jié)法進(jìn)行加固形成土地資源，塑料排水板具有適宜、經(jīng)濟(jì)及合理的等優(yōu)勢。因此，塑料排水板推廣和應(yīng)用將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1]編寫委員會，龔曉南.地基處理手冊（第三版）.中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]港口工程地基規(guī)范[M].人民交通出版社，2010.

作者簡介：修建輝（1984，12-）職稱：助理工程師，專業(yè)：港口航道與海岸工程，工作單位：廈門長廣設(shè)計咨詢有限公司，職務(wù)：設(shè)計人員，研究方向：軟土地基處理技術(shù)研究。