塑料排水板在高速公路软基处理中的应用

塑料排水板在高速公路软基处理中的应用

陈朋辉

陈朋辉

中铁七局集团郑州工程有限公司河南郑州450000

摘要：近年来,塑料排水板固结软基方法,因具有排水速度快、耐久性强、施工方便、成本低廉等特点,已成为目前处理软土路基,特别是深厚层软土和缺沙软土地基施工的首选方法。本文分析了塑料排水板加固软基机理，并以实际工程为例介绍了其施工技术和质量控制技术。

关键词：塑料排水板；高速公路；软基处理

一、塑料排水板

塑料排水板处理方法是指用特制的插设机械将塑料排水板按一定间距插入需加固处理地基的软土中,在加载预压作用下,软土中的水和空气沿排水板沟槽竖向排出地表,经砂砾垫层横向排出加固处理地基之外,以达到加速地基固结的目的。

塑料排水板加固软基，其原理是排水固结理论。随着土体内的水被排出，孔隙水压力逐渐消散，有效应力(σ＇)增加，土的抗剪强度(τ)也随之增大。在软土地基中设置塑料排水板作为竖向排水体，板顶设置砂垫层，作为水平排水体，加载预压，土中的空隙水因为渗透压力差，通过塑料排水板再经砂垫层排至路基外侧，从而达到固结排水，提高软土强度的目的。

二、塑料排水板在高速公路软基处理中的应用

（一）工程概况

某高速公路LJ4标路线桩号为K15+500~K21+400，全长59公里。位于盆地丘陵地区，地形平坦，场地的工程地质条件简单，路线区冲沟较多，分布第四系坡洪积、冲洪积导，多为冬水田或水旱轮作耕地。

本工程全线均为软弱地基,需进行软基处理的里程达41.49km,占路基总长度的73.10%。处理方法中采用塑料排水板处理的路段长度为30.95km,占软基处理里程的74.60%,设计总根数为66.33万根,累计长度为783.05万m。塑料排水板设计平面以梅花形布置,横向布置至路堤坡脚外1m,板间距为1.20～1.70m,板深度为5～25m。塑料排水板采用两种规格,当设计深度<15m时,厚度为4mm,要求纵向通水量>30cm3/s;设计深度≥15m时,厚度为4.50mm,要求纵向通水量>45cm3/s;宽度均为100mm,路堤砂砾垫层厚度为50cm,塑料排水板在砂砾垫层中的埋留长度应≥30cm。

（二）施工技术

1、材料

本工程采用C型塑料插板，截面宽度应大于4.5cm。纵向通水量应大于40cm3/s，复合体抗拉强度应大于1.5kN/10cm，滤膜渗透系数应大于5×10-3cm/s。塑料排水板应具有耐腐性和足够的柔性，保证塑料排水板在地下的耐久性并在土体固结变形时不会被折断或破裂。塑料水板的材料质量标准除符合设计要求外，同时应满足《塑料排水板质量检验标准》，其中检测方法和次数应严格按照检验标准及相关规定执行。

2、放样桩位

根据设计宽度、长度和板间距计算出排水板布设的列数和行数。设计原则为等边三角形，故布行数=段落长度&pide;板间距×sin60°+1，布设列数=设计宽度&pide;板间距+1。

画布桩图，并给每个桩位进行编号。在斜交结构物两侧的段落，注意两个三角形的布设，以免漏打或者超打。

根据布桩图在底层砂垫层顶面布设桩位，用15cm长φ6钢筋做为标记。

3、场地整理

将施工范围内的淤泥、树根、草皮、腐殖土全部挖除，平整场地。验收，回填前请监理进行现场验收并确定填筑厚度范围。在平整后的场地内摊铺一层泥岩填料，设置成路拱状，其边缘厚度为30㎝，中心厚度小于100㎝。填筑50㎝的天然砂砾石，用压路机静压4～6遍。遇有田埂时，应将原地表削成一斜面，以确保砂砾石垫层的连续性及排水效果。砂砾石垫层所用天然砂砾料最大粒径不大于50㎜，含泥量不得大于5%。施工过程中宜采用轻型车辆运输，避免对软弱土的过大扰动和隆起。

4、垂直设置塑料排水板

（1）机械定位

机械进入加固地段不要损坏已铺设并压实的砂砾石层，防止局部塌陷。插板顺序从低处往高处，定位时要保证桩锤中心与地面定位在同一点上，板间距允许偏差控制在±150mm以内，并用垂球或其它观测方法控制桩锤或塔架的垂直。安设套管时，套管顶端有便于起吊的吊钩或吊环，并在套管上划出控制标高的刻度线。如套管接长时，在打设前要试接，要求连接口平顺密闭。

（2）塑料板与桩尖连接

在塔架卷筒上安置塑料板，然后将塑料板通过套管从管靴穿出，固定在桩尖上，并一起贴紧管靴对准板位。

（3）沉管插板

200挖掘机改装打拔桩机利用振动锤的震动锤击力和卷扬机的拉力沉管。刚开始时沉管要缓慢，防止套管突然出现偏斜，套管人土深度距设计标高约2m时，要减慢沉管速度，注意观察，防止超深或碰上基岩时能及时采取应变措施。

（4）拔管剪断塑料板

沉管达到设计深度后即可拔管，拔管时要连续缓慢进行，中途不得放松吊绳，防止因套管下坠而损坏塑料板。套管拔出后，在砂砾石垫层上0cm~10cm处剪断塑料板。

检查每根板的情况，当符合验收标准时方可移机，打设下一根，否则须在临近板位处补打。移动桩架至下一桩位进行循环作业。

（三）质量控制

1、打设深度的控制

根据设计要求，塑料排水板下端穿过淤泥层进入下卧层1.0m以上，上端露出砂垫层顶面0.3m，所以必须严格控制塑料排水板的深度。

轨道型门架式振动插板机采用δ=8mm厚度φ130mm圆形套管，200KN震动锤。根据现场地质资料，淤泥层下的地质为粘性土混砾碎石、角砾混粘性土（标贯击数11～26击），当套管均匀快速穿越淤泥层（约1～2m/s）后，进入下卧层时，套管两侧的摩阻力增大，套管下沉速度突然减慢（根据不同地质，速度约0.1～0.3m/s），此时现场技术员做好记录及标记，用200KN的震动锤击振力继续锤击，直至套管进入下卧层1m以上（同进入时的标记相比），停锤记录，然后起提。

液压式插板机采用液压反铲挖掘机改装而成，δ=8mm的高强钢板焊接而成的70mm×130mm棱型套管，根据液压挖掘机液压马达的输出功率，推算插管下插的静压力，使液压马达与驱动链条合理配置。根据经验套管在淤泥层均匀下沉（约1m/s），进入下卧层速度突然减慢（根据不同地质，速度约0.1～0.3m/s），此时现场技术员做好记录及标记，继续静压，直至套管进入下卧层1m以上（同进入时的标记相比），停锤记录，然后起提。需要特别注意的是：当遇到较硬土质（标贯击数大于26击）时，套管不能穿过，使整个机械被抬起而达不到设计要求。所以施工前。一定要查看地质资料，如果遇有此种情况，应避免使用液压插板机施工。

2、跟带现象的控制

跟带现象是指当塑料排水板打设到设计深度,上拔导管时,塑料排水板随管上跟的现象。

目前,施工中都普遍存在不同程度的跟带现象,应尽可能杜绝。在实践中采用以下方法取得了较好的效果:（1）改变管靴形式。原管靴为棒状,与桩尖配合不当,打设时淤泥较易进入导管,增大对塑料带的阻力,易造成跟带。改变后的管靴下焊接一能与桩尖密封的铁块,使淤泥不易进入导管,实践证明十分有效。（2）在导管上方开口处倒水,以冲刷导管中淤泥。由于浅开口较高而操作不易时,在打设深度上方导管上开口,以便倒水冲管。（3）打设到设计深度时,拉紧塑料板,减少塑料板与导管及导管中淤泥的摩擦,减少跟带。

3、垂直度的控制

垂直度偏差不大于±1.5%,以保证加固地基方向上的均匀性,施工中应注意加以控制。在铺有土拱的砂砾层路基边坡脚上,枕木铺设较困难,故每移轨道时应用吊线和钢尺或其它仪器进行检测。

4、孔洞的清理

塑料排水板打设后,常在垫层形成孔洞,并且混有导管上拔时带上的淤泥,若不及时将淤泥(粘性土)清除,将垫层砂砾逐渐回填至满,则会隔断排水板与砂垫层的联系,影响塑料排水板的排水效果。

5、其它指标的控制

滤膜和芯板的强度、排水能力应符合设计要求。滤膜紧裹芯板不松皱。

按设计图规定位置、深度、板厚和间距进行施工。

采用的安装方法不得扭曲滤膜和芯板。

结束语

塑料排水板是软土地基加固的新型材料，它利用排水固结原理大大缩短了固结时间，施工方便，取得了令人满意的效果。

参考文献

[1]戴海平.塑料排水板真空预压施工技术在高速公路软基处理中的应用[J].中国高新技术企业,2013年11期.

[2]徐辰.塑料排水板在乐自高速公路软土路基处理中的应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2011年14期.