砂垫层和塑料排水板在围埝地基处理中的应用

浅谈砂垫层和塑料排水板在围埝地基处理中的应用摘要：地基处理是任何一项建筑工程的重要工序，地基处理的质量直接影响建筑工程的安全与质量。围埝工程由于其隐蔽性与水下特殊地基环境，处理难度更大，选择合适的处理方法是关键。通过对各种地基处理方法的比较，砂垫层与塑料排水板组合法由于其良好的排水能力和较低的成本，适应水下地基的特点，成功解决这一难题。关键字：围埝；地基处理；砂垫层；排水板引言：当前，建造港口码头是世界各国沿江沿海城市加速港口码头建设，尤其深水港口是目前各沿海城市加速发展的目标，以加速经济发展和融入经济全球化及扩大对外贸易窗口的积极措施和实际行动。修建深水港口码头最必须的条件是水深达到要求，由于海陆交接处多为浅滩，难以满足修建深水港口的条件，所以一般都选择在海中围海造陆作为码头地基，例如上海洋山深水港。海中造陆的工序之一是修建围埝，海底由于淤泥沉积，不可能直接作为围埝的地基，围埝的稳定与否关乎着整个工程的进度与安全，所以对围埝的地基处理显得尤为重要。砂垫层与排水板组合排水法地基处理一般采用排水固结预压法，水下软弱地基由于其含水量高，压缩性大和流变性强，又由于其隐蔽性等特点，处理的难度很大。砂垫层与塑料排水板组合排水法，其原理是利用塑料排水板和中粗砂良好的排水性能形成纵向和横向形成一体的整体排水通道，从而加速排水固结作用。砂垫层作为常用的地基处理材料，具有以下作用：(1)提高地基承载力,一般来说地基中的剪切破坏是从地基底面开始的,并随着应力的增加逐渐向纵深发展。因此,若以强度较大的砂代替可能产生剪切破坏的软弱土,就可避免地基的破坏。(2)减少沉降量,一般情况下,基础下浅层地基的沉降量在总沉降量中所占比例是比较大的。若以密实的砂替代浅层软弱土那么就可以减少大部分沉降量。(3)加速软弱土层的排水固结,路堤直接与软弱土层接触时,在荷载作用下软弱土层中的水易侵入路堤因而使基底下的软弱土不易固结,甚至导致地基土强度降低而产生破坏。砂垫层提供了路堤下的排水面,不但可使基础下的空隙水压力迅速消散避免地基土的塑性破坏,还可以加速砂垫层下软弱土的固结及强度的提高。【1】所以对砂垫层要确定它的合理厚度和宽度,使其能防止加荷过程产生的局部剪切破坏。另一方面要能形成一个排水层,促进软土的固结。砂垫层多采用中、粗砂，厚度必须满足在荷载作用下垫层本身不产生冲剪破坏,同时通过垫层传递至下卧软弱土层的应力也不会时下卧层产生局部剪切破坏。一般砂垫层厚度为1-2米,过薄的垫层效果不明显,过厚则施工较困难。垫层的宽度一方面要满足应力扩散的要求,另一方面要防止垫层向两边挤动。塑料排水板法属于地基处理中的排水固结预压法，它是通过在饱和软土中插设排水板，使其与预先铺设好的砂垫层共同组成排水系统，然后在砂垫层上加载预压。软土中的孔隙水在水力梯度下，通过塑料排水板想砂垫层中排出，超孔隙水逐渐消散。【2】地基排水固结，强度逐渐增长，从而提高了地基的承载力和稳定性，同时减少或消除了围埝修建后的沉降和不均匀沉降。塑料排水板是采用砂井地基固结理论和设计方法，目前一般套用砂井固结理论进行计算。塑料排水板的布置型式、间距、断面尺寸及插设深度根据地基排水要求确定。砂井的排水效果取决于其横截面周长，与横截面的面积无关(忽略砂井的井阻和涂抹效应)。塑料排水板的当量直径由砂井横截面周长相等的原则求得。目前我国生产的塑料排水板断面尺寸一般以100mm×4mm最为常见，其当量直径为：）（＝π）＋（＝π）＋（＝mm6641002sb2dw塑料排水板的平面布置长采用等边三角形或者正方形排列。排水竖井的有效排水直径ed与间距l的关系为：当按等边三角形排列时，取ed=1.05l；当按正方形排列时，取ed=1.13l.排水竖井的间距可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度加以确定。设计时，是按井径比n来设计排水竖井的间距，即ddwne＝式中wd——竖井直径ed——排水竖井的有效排水直径。对于等边三角形或正方形排列时，可分别按上面公式选用进行计算。对于普通砂井的n值，可选取n=6~8；对于袋装砂井或者塑料排水板的n值，可选取n=15~22。[3]工程实例天津南港工业区B04路路基围埝工程属于天津南港工业区围海造陆的一部分，该工程地基水下泥面高程-3.2~-3.8m，淤泥厚度较厚，针对工程特点，首先在地基两侧抛设袋装砂，用以固定地基软土及挤淤，防止产生侧向滑移。然后采用铺设1m厚的中粗砂垫层，在砂垫层两边抛设袋装砂的方式限制砂垫层的横向滑动。为保证工程质量，施工过程中需注意流失及漂移控制、平整度控制以及砂垫层厚度控制，分层均匀抛设，勤测水深，以避免明显超高；厚度上主要是结合工前、工后测量数据、及时评价厚度和平整度情况。工程基础为淤泥质土，中粗砂抛填后对淤泥进行挤压，容易形成“泥包”，鉴于此类情况，中粗砂抛设时在垂直堤轴线方向上分条进行，以对淤泥形成同方向挤压，避免形成鼓包，为便于平整度的控制，抛设时找平过程分层抛设。抛理平整后重新测量水深，掌握抛填的厚度和平整度情况。在铺设砂垫层的基础上插设竖向塑料排水板，本工程通过现场地质勘查、试验和理论计算，确定排水板的布置方式为间距1m的正方形排列。海上插设排水板采用套管打设法，排水板施工选用抗风浪、稳定性强的专业插板船（图1）。施工过程中必须严格控制排水板的插设标高，顶部标高须超过砂垫层300mm以上，且不得出现浅向偏差。塑料排水板的插设过程中都有一定的回带现象，但是必须满足工程质量要求，对于回带超出要求的必须在旁边补打。塑料排水板的插设深度应根据地基上建筑物对地基的稳定性、变形要求和工期长短进行综合确定。做好以上处理措施后，在砂垫层上铺设一层高强土工格栅，以增强地基的抗拉能力，然后在土工格栅上铺设大型充填袋装砂，充填袋装砂既作为堆载预压的荷载，也是围埝的主体结构，加荷过程中注意根据加载要求在设计规定标高静载一定时间，以满足沉降要求。门架双筒卷扬机灯塔GPS卫星定位系统天线轨道操作室锚顶滑轮架桩管振动锤门架图1插板船立面示意图对于砂垫层排水法和塑料排水板排水法的预压工程的质量检验，除掌握好加载标准外，一般须做边桩侧向位移观测、地面沉降观测和孔隙水压力检测等内容。必要时须进行现场载荷试验。具体的质量检验要求，须根据工程特点并参照相关技术规范标准执行。总结软土地基的处理关键是如何将地基中的水排出，增加土的密实度，因此，采用砂垫层与塑料排水板组合一个系统，竖向上通过塑料排水板将地基水因压力差上排，当水到达砂垫层时，通过砂垫层的良好透水性将水横向排出地基。另外，由于水下土的软弱性，在充填袋砂铺设前在地基上铺设土工格栅，增加土体的抗拉抗滑能力。参考文献：[1]王天红，张红灵《砂垫层在软土地基处理中的应用》[J].科技信息，2007，14（301）[2~3]韩选江，《大型围海造地吹填土地基处理技术原理及应用》[M].北京：中国建筑工业出版社，2009