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浅谈塑料排水板处理软土地基的施工技术

摘要:地基湿软直接影响路基稳定和持力层强度,目前软土地基处理方法较多,但在软土层较厚,地下、地表水发育的情况下采用塑料板固结软基效果好、质量稳定、施工快、成本低。本文结合正在建设中的四川省乐山至宜宾的高速公路施工实践,介绍了塑料排水板处理软土地基的适用范围、材料和设备要求、施工工艺及要点、质量控制等。

 

1  工程概况

乐宜高速公路第十合同段位于四川省乐山至宜宾交界处,标段内冲沟较多,分布第四系坡洪积、冲洪积层,多为冬水田或水旱轮作耕地,大多为深层软弱地基,地基承载力低,含水量高,抗剪强度小,填方路基稳定性差,沉降不能满足要求,四川省交通厅公路规划勘察设计研究院设计采用竖向塑料排水板与土工格栅相组合的方法进行地基处理。本标段共有软土地基11段,塑料排水板工程量共计98860m。(典型横断面图见附图1)


2  技术特点分析

塑料排水板处理软地基的原理主要是利用深插入软土地基的塑料排水板,避免地基外侧地表水进入路基范围,把地基下部的地下水排出路基,插好塑料排水板后,开始填筑路基,荷载不断作用于软基,地下水由于不断受到挤压和毛细做用沿塑料排水板上升至砂砾层,由砂砾层向两侧排出,软基中的土颗粒的有效应力不断增加,加速地基固结沉降,达到提高地基承载力强度的目的。


这种方法的优点是:排水板是工厂生产的,质量容易控制,成本较低;在施工过程中没有排水孔断面不均匀和受堵塞的情况;断面小,对地基扰动小;打设机械轻,可用于较软的地基。


3 主要材料及机械设备

3.1塑料排水板
  塑料排水板是由芯体和包围芯体的合成材料透水膜构成的复合体,其芯板采用聚乙烯或丙烯新料(非再生塑料)制成,滤膜采用黏合型涤纶无纺土工布,(>90g/m2),塑料排水板有A型、B型、C型。塑料排水板应该具有良好的耐腐蚀性和足够的柔性,每一批塑料排水板应经指定的检验部门的检验,且附有出厂合格证及试验、检验报告。在使用时应经常检查塑料排水板的外套薄膜是否完好无损。塑料排水板应符合《塑料排水板施工规范》(JTJ/T256-96)规定,其性能指标见表1

表1  塑料排水板性能指标


3.2 土工合成材料

土工合成材料的选用应该符合《公路土工复合材料应用技术规范》的规定,足够的抗拉强度,较高的抗刺破强度、顶破强度和握持强度等,选择尺寸应合适、延伸率小、耐磨、耐热、耐酸、耐老化、渗透性良好的编织布,加筋土工格栅一般要求:纵向拉伸强度≥80KN/m, 横向拉伸强度≥50KN/m, 延伸率15﹪,要求土工格栅的幅宽≥4m。
3.3砂垫层
砂应用中粗砂,含泥量≯3%,渗透系数6×10-3~6×10-2cm/s,也可用砂
砾、石屑(不含石粉)替代。本合同段砂砾垫层采用天然砂砾,砂砾最大粒径为50mm,通过5mm筛孔的粒料应>5%


3.4 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。


4  施工质量标准

4.1塑料排水板
(1)打入深度                  不小于设计值
(2)拔管跟带长度                       ≮20cm
(3)板距误差                       ≤15cm
(4)垂直度

                       ≤1.5%
4.2 砂垫层
(1)压实度                       ≥90%

(2)厚 度                        50cm
(3)宽 度                   不小于设计值



6 施工工艺

6.1测量放样
(1)根据设计图纸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。


6.2 地表清理及调平层铺筑
(1)将施工范围内的树木、杂物清理干净,并开挖纵横排水沟,将软基排水疏干。
(2)将施工场地大致整平,在上砂砾石之前,先在地表铺设一层泥质岩,并且预留一定的‘预拱度’,以利用地基盆形沉降后排水,泥岩垫层厚度一般不大于100 cm且最大粒径不大于10cm,以不影响塑料插板插设为宜。若设计有整平标高时,应按设计标高整平,做成>1.5%的双向横坡,并进行压实(压实度>85%)。


6.3砂砾垫层铺设
砂垫层总厚度50cm(压实)分两层铺筑,第一层铺设35cm,然后施工打排水板,最后再铺设其余的15cm,并压实到要求的密实度(>90%)。
由于地表较软弱,运输车辆宜用轻型车辆,且尽量减少对地基的扰动。最好将砂堆于处理地段以外,然后用小型运输工具运入施工地段。
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。


6.4 桩位放样
(1)首先根据设计给定的处理长度、宽度及板距计算出布设的排数和列数。由于布设的原则按正三角形(梅花形)故:
排数=处理长度÷设计板距×sin60°+1
列数=处理宽度÷设计板距+1


(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正、斜交结构物两侧,应注意两个三角形地带的布
桩,不要超布或遗漏。


(3)根据布桩图在铺设好的第一层砂垫层上放出具体的桩位,做出鲜明的标志。一般可


用20cm长的木桩插在桩位上,桩顶部最好用红油漆抹红(打设时用来卡住排水板端部,插入后将排水板锚固于孔底防止拔管时带上排水板)。
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。


6.5 塑料排水板施工(本工艺主要针对履带门架式插板机)
6.5.1 施工准备
在进行施工放样等工序的同时,应做好施工准备。主要是插扳机的拼装,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。


6.5.2 施打排水板
(1)机械拼装,将机器移入场内。
(2)将排水板装入卷筒,并通过门架上的滑轮将排水板引入插杆中。
(3)将排水板从插入杆端头引出、折回,夹上短钢筋(桩位放样时插在桩位上),用订板机订好(固定方法见图2)。
(4)拉紧排水板,将插入杆对准桩位。
(5)开启振动将插入杆压入地基。
(6)到达设计深度(预先在插入杆用红漆划上标志)后将插入杆拔出。则
排水板被短钢筋锚固于孔底。
(7)在砂垫层以上40cm处将排水板剪断埋入砂中。
(8)移至下一个桩位。


6.5.3 施工注意事项
(1)轨道顺路方向铺设,铺设轨道时应使同一断面保持水平,以保证施
打时垂直度<1.5%。

(2)施打从护坡道向路中心推进,每排可打设5~9根,打完一排再向前移动,直至处理长度方向讫点。然后横移门架,返回施打下一幅。
(3)上拔插入杆时带出的淤泥,不得弃于砂垫层上,以免堵塞排水通道。
(4)排水板一般不允许接长。如果要接长时应剥开滤膜使芯板接平(搭接长度≮20cm)然后包好滤膜,再用订板机订牢。接长的根数不宜超过打设根数的5%,一般最多只允许接长一次。接长的板宜调整到护坡道位置打设。
(5)结构物两侧的沉降过渡段必须严格按照长度、间距、过渡的起讫范围进行打设。桥台前锥坡2/3H(填筑高度)范围内也同样处理。
(6)施工时应加强检查,保证板距、垂直度、板长、跟带长度等符合规范要求,否则应予重打,重打的桩位与原桩位置不大于板距的15%。
(7)对于施工段地表的硬壳(一般约在0.5~1.0m)当插入杆起后所留杆孔,不能用粘土块或其他材料堵塞,必须用砂灌满,以防堵塞排水通道使处理失败。
(8)施工时逐桩做好施工记录。


6.6 灌砂及填坑

(1)打设形成的孔洞应用砂回填,不得用土块堵塞。
(2)将施工中形成的坑凹填平,填坑时应将排水板扶正。
(3)将排水板端头向路线外侧压倒平贴于砂垫层上并用砂覆盖。由于此项工作稍滞后排水板施工,又需待全部排水板施打完后才铺设上层砂垫层,因此可先做成小砂堆。


6.7铺设土工格栅

① 根据设计技术要求进购土工格栅;
②土工格栅应采用双排线折叠缝合连接,接缝处缝合总宽度不小于5cm;

3选择路基拐弯较大处或直线转角处作为起点开始铺设,土工格栅两侧及中间安排不少于4人摊铺,将土工格栅逐渐铺开,然后用U型钉钉好。

④对路基拐弯较大处,需要将土工格栅剪开再搭接缝合,缝合最窄处不小于30cm。


6.8沉降观测

软基路段在进行路堤填筑和竣工后应进行变形监测,主要为地表竖向位移和水平位移监测,竖向位移采用沉降板、水平位移采用侧向变位桩进行监测。软基监测的一般原则如下:

①每处软基的路段长度小于50米者,至少设一个观测横断面;

②当软基路段长度大于50米,至少设两个观测横断面,主观测横断面设在软土最厚处且又是填土最高处;


③一个观测面上的观测点不少于7个,沉降观测3个,水平位移观测4个,按设计要求布设;

④施工期间位移观测应每填筑一层观测一次,填筑间隔较长时应每三天观测一次;路堤填筑完成后,堆载预压期间一般半月或每月观测一次;

⑤路堤下部填筑时间设计为6个月,应匀速填筑,严格控制填土速率,以免加载过快造成地基破坏。路堤施工期内应连续观测路堤的沉降变形,控制标准为:路堤中心线地面沉降速率每昼夜不大于1cm;坡脚水平位移速率每昼夜不大于0.5cm。填筑速率应以水平位移控制为主,若超过此限应立即停止填筑。

⑥路堤填筑完成后,均应预压六个月,方进行路面及边坡防护施工。


7 施工过程中的控制

①施工之前应将塑料排水板堆放在现场,并加以覆盖,以防暴露在空气中老化。

②施工时应严格按照图纸指出的位置、深度和间距布置。

③塑料排水板在插入地基的过程中应保证板不扭曲、透水膜无破损和不被污染。板的底部应有可靠的锚固措施,以免在抽出保护套管时将其带出。

④塑料排水板插好后应及时将露在垫层的多余部分切断,并加以保护,以防因插板机移动、车辆的进出或下雨时受到损坏而降低排水效果。

⑤塑料排水板采用滤套内平接的方法搭接,搭接长度不得小于200mm。

⑥土工织物按图纸施工,在平整的下承层上全断面铺设。铺设时,土工织物应拉直平顺,紧贴下承层。


8 结束语

加设塑料排水板,由于改善了粘土的排水条件,使粘土的固结度增大。虽然沉降量加大,但次固结量减小,可以有利于路基稳定,提高了路基承载力,减小工后沉降,减小由于路基不均匀沉降而带来路基纵向和横向裂缝。我项目部针对本合同段软基地质现状预先实地试验分析,制定切实可行的施工方案,加速了施工速度,从而提高了工作效率。

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