塑料排水板法在圍海工程軟土地基處理中的應用

邵中達

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362008）

圍海造田工程中，地基普遍是淤泥質土，呈現出流塑～軟塑狀、高壓縮性和中靈敏度的特征。地基的有效處理及控制是保證圍海工程安全建設的先決條件，對工程的造價和后期運行亦具有直接影響。

目前，我國常見的圍堤地基處理方式主要有：土工織物加筋法、水泥攪拌樁法、爆破擠淤法、塑料排水板排水固結法、強夯塊石墩等。其中塑料排水板法因具有施工簡單，加固效果好，經濟效益顯著等明顯優勢而得到了廣泛應用[1]。本文結合工程實際情況，對軟土地基的幾種處理方式進行分析探討。

1 工程概況

1.1 工程現狀

工程位于蒼南縣東海岸、鰲江河口南岸，東瀕東海，南接琵琶山、舥艚港，西依江南平原，圍墾總面積0.29 hm2。由北堤、順堤、舥艚堤、施工便道、北閘以及琵琶閘組成。北堤西端與東塘標準堤連接，東端與順堤連接（之間設R＝700 m圓弧順接），順堤南端與琵琶山連接。工程建設分為3個標段，I標段（北堤、順堤 D0+000～D0+900、北閘）、Ⅱ標段（D0+900～D3+000、施工便道）和Ⅲ標段（順堤D3+000～D5+898.58、舥艚堤、琵琶閘）。

1.2 水文、工程地質條件

根據勘察的總體結果對推砌受力范圍內的土層進行自上而下的分析。第一層淤泥：呈現飽和狀態，其流動性比較大，含少量顆粒，泥土質量相對軟弱；第二層淤泥：粉狀泥土混合粘質土層，此層厚度變化不大，土質分布不均勻且承載力不足；第三層淤泥：呈現飽和狀態厚土層，土質松散；第四層淤泥：灰色，厚度較薄，高含水量和高壓縮性。

1）工程區區域構造基本穩定，地震動峰值加速度為0.05 g，動反應譜特征周期為0.65 s，場地地震基本烈度為6度，場地土類別為軟弱場地土；

2）圍區地下水賦存類型為第四系松散孔隙潛水，地表水化學類型均為CL—Na+-+型，地表水對混凝土具有中等結晶類硫酸鹽型腐蝕性。

3）圍區地層均勻、單一。

4）各堤段地基土均為含水量高、壓縮性高、中靈敏性、低強度的淤泥或淤泥質土，工程地質條件差，天然地基承載力不能滿足設計要求，地基需采取工程措施。

5）堤防的抗滑穩定和沉降是控制此工程建設的首要問題，施工過程中應嚴格按照分級加載控制填筑速度。

6）地基為易被淘刷的淤泥土，設計時對堤防潮流淘刷地段應采取必要的消浪防沖措施，保證堤身安全保護地基。

7）各堤段地基土均屬微透水～極微透水，無滲透穩定問題。

2 施工方案比選

針對幾種常用的軟土地基處理方式，對水泥攪拌樁、塑料排水板排水固結法、強夯塊石墩和土工織物加筋法、爆破擠淤法等處理方式分析對比。①結合本工程的自然地理條件而言，水泥攪拌樁、強夯塊石墩成本相對較高，施工機械使用條件有限，順堤涂面高程較低，大面積推廣比較困難；②塑料排水板處理地基的原理是利用在軟土地基中打設豎向的塑料排水板，降低地基滲透水的滲徑，從而加速地基固結速率，提高地基的荷載承載力；③土工織物加筋原理是根據摩擦加筋作用利用土工材料的加筋作用，分散上部荷載，限制地基土的側面位移，調整地基應力重分配，以形成復合地基，從而提高地基承載能力。

本工程沿線涂面高程平均在低潮位左右，采用GPS定位系統輔助水下鋪設土工織物及打設塑料排水板的應用較多、工程經驗較豐富，其鋪設（打設）精度和進度可滿足工程施工要求。因此塑料排水板結合土工織物加筋處理軟土地基在本工程中較為適用[3]。

爆破擠淤法是通過爆破擠淤置換地基中一定深度內的低強度軟土層，減少地基中的軟弱夾層帶，完工后沉降較小。該方法加載速度較快，較排水固結法施工進度較快，完工后沉降很小，地基處理效果明顯。爆破擠淤法在石料場儲量足夠、運距較短、石方單價較低、石方置換深度有限的情況下，具有一定的適用性。

結合本工程的實際情況，主要對塑料排水板結合土工織物加筋和爆破擠淤兩種方案進行比較。

方案一：塑料排水板+土工織物加筋方案地基處理方案：在涂面上鋪設有紡土工布作隔離層，在地基處理范圍鋪設80 cm碎石墊層并打設塑料排水板。外鎮壓層范圍排水板深度及范圍由堤身整體穩定控制，一般比滑弧深度加深2 m～3 m。堤頂及內側行車道范圍排水板打設深度由堤身整體穩定及工后沉降控制。排水板間距由堤身整體穩定及工期驗算控制。工程設計順堤排水板間距為1.20 m，深度22 m～30 m。為均化地基附加應力、協調沉降差，設置兩層高強度經編土工布加筋。

方案二：爆破擠淤方案：為滿足堤身整體穩定，控制工后沉降，便于布置上部堤身結構。工程設計順堤堤心填石方頂寬29 m，底高程-28 m。

方案優缺點比較，見表1。

表1 地基處理方案比較

經技術經濟比較，采用爆破擠淤方案投資較大，且未置換土層仍產生一定的工后沉降。而塑料排水板+土工織物加筋方案處理地基，施工方法成熟，投資較低，工后沉降小。因此，順堤斷面推薦采用塑料排水板+土工織物加筋處理地基方案，北堤堤身高度及地基條件與順堤類同，地基處理方案同順堤。順堤及北堤東段分別在排水墊層頂面及0.00 m高程各設一層100 kN/m經編土工布，外側堤身斷面可適當減小。

3 施工方案影響分析

3.1 穩定安全分析方法

對堤防安全穩定進行分析，應根據抗滑穩定驗算公式計算，見式（1）：

式中，Ks為堤防抗滑穩定安全系數；Pax為土壓力的水平分力；Pay為土壓力的豎向分力；為基底摩擦系數，由試驗測定。

當Ks>1時，土體處于穩定狀態；當Ks<1時，則易出現土體的整體滑動失穩。為避免工程出現大范圍失穩，需對相關數據進行實時監測和計算。

針對不同工程等別應合理選定安全系數值。抗滑穩定安全系數Ks一般控制在1.05～1.30之間，控制方法主要有兩種：①嚴格控制土體中孔隙水含量，提高地基土的抗剪強度；②在工程安全的前提下盡量減小堤防的設計斷面面積，避免堤防地基層受到外界不利因素干擾[2]。

3.2 處理方案的影響因素

選用圍海工程軟土地基處理技術，必須全面綜合考慮各方影響因素，對經濟技術進行對比分析。3.2.1 工程安全的影響

本工程中，關鍵標段就是建造具有防潮作用的圍海大堤。地基處理的質量將嚴重影響工程的安全運行，應嚴格控制地基失穩和不均勻沉降。

3.2.2 施工進度的影響

根據工程的實際情況和圍海工程性質，合理確定施工工期和施工節點。不同的地基處理技術方案對施工進度具有顯著影響，應結合進度要求確定地基處理方案。

3.2.3 工程造價的影響

地基處理費用占據工程總造價的比重較大。圍海工程地基處理過程中應嚴格比較篩選幾種處理方法，合理確定相關費用。在保證工程安全及穩定運行的前提下，盡量減少造價成本。3.2.4 施工環境的影響

周圍環境和地理條件的差異對工程項目技術的選擇也會有一定的影響。圍海工程軟土地基的實際施工中，施工人員應提前對當地周邊環境進行全面系統的考察，結合實際施工需要，綜合選擇最佳軟土場地動土動工。

4 結論

圍海工程地基土淤泥普遍具有含水量高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮性強以及透水性差等特點，因此存在地基土體固結速率緩慢，沉降不均勻等工程隱患[4]。經過比選，本工程采用的塑料排水板法具有施工簡單，成本較低等顯著優勢。

采用塑料排水板法，信息化監測來控制加載速率進行地基處理適用于淤泥層較厚，環保要求較高的類似工程[5-6]。工程后期監測數據表明土體固結速度較快，強度增長明顯，這些技術措施對于今后類似軟土地基處理具有重要的指導作用。