塑料插板加固软土地基施工技术

塑料插板加固软土地基施工技术中铁十九局集团第三工程有限公司孙奎增摘要：塑料插板是一种优于纸板排水法的加固软土地基的方法，是一种新工艺、新技术，本文结合沈大高速公路改扩建建设实例，说明此种方法的优异性。关键词：塑料插板加固软土路基塑料插板是一种利用毛细现象垂直排水加固软土地基的方法，是在纸板排水法基础上发展起来的且加固效果明显优于砂井法的一种新工艺、新技术。它采用的预压渗水法原理与垂直排水法加固地基的原理相同，即在软土地基中置入塑料排水板，利用板芯与滤膜形成的渗水孔，改善地基的排水条件，缩短排水距离；然后通过预压茶载的作用，使地基内的水分迅速沿排水板析出，加速地基的固结过程，从而增大地基土的抗剪强度和整体承载力。沈阳至大连高等级公路改扩建工程试验段施工中，对部分软土地基采用了塑料插板加固技术。从加固软土地基段的观测与检验结果来看，达到预期目的。1工程概况沈阳至大连改扩建工程试验段位于营口市境内，其起讫里程桩号为K156+550～K161+150，全长4.6km。本合同段部分路段采用塑料插板进行软土地基加固，基底均为种植稻田，富含有机质，含水量高，压缩性大，抗剪强度低，透水性小，地下水为上层滞水。本项工程在监理工程师的具体监理下，经我施工单位施工技术人员的共同努力，成功地完成了软土地基的加固处理工程。2施工技术准备2.1主要机具准备（1）插板机械：选用DZ60KS塔形滚筒平移式打拔桩机。该机使用DZ60型振动锤与ZJ40桩架相结合，利用振动动外向锤和钢丝绳共同沉管，采用φ130mm套管进行插板。锤重4.5t，桩架主送扬功率11kw，采用四绳加压，最大静压力150kN，最大拔力271kN，打设深度5～15m，打设效率800m/台班。（2）塑料排水板管靴与桩尖：采用矩形管靴和倒梯形金属片绑扎连接桩尖。（3）板位确定：板位按梅花形布置，间距根据设计要求为1.5m。2.2主人材料选定（1）塑料排水板：塑料板由板芯和滤膜组成，板芯由聚丙烯塑料加工而成两面有相同沟槽的板体。土层中的固结渗流水通过滤膜渗入到沟槽内，并通过沟槽从排水垫层中析出。滤膜的渗透性要好，与粘性土接触后，其渗透系数不低于中粗砂，以保证排水沟槽输水畅通。此外，塑料排水沟槽断面不因受土压力作用而减小，这是塑料板发挥排水作用至关重要的问题，因此，在选用塑料板时，应着重于对板芯材料、虑膜质量、塑板结构等因素综合考虑。在沈阳至大连改扩建工程试验塑料插板工程中，我们选用了成都市八一塑料厂生产的SPB-1CD型聚乙烯矩形塑料板，经过检验，各项性能指标均符合规范要求。（2）砂砾石排水垫层：选用干燥的砂砾石料，其最大粒径为50mm，通过5mm筛孔的粒料大于50%，小于0.315mm筛孔的细料不大于8%。含泥量小于3%，且无孔不入杂物和有机质混入。（3）预压材料：选用一般土石方路基填料，其液限小于50，塑性指数小于26，实测含水量与标准试验的最佳含水量水量差值在之内。每层填铺松土厚度300～400mm，密实度大于90%。2.3劳动力组织（1）插板施工组织：根据插板设备的台班生产能力大小确定，每个施工工班由6～8人组成，其岗位责任见表1：（2）预压材料施工机械车辆组织：一般软土地基填筑选用挖掘机或装载机1台、自卸运输车3～4台、推土机1台、平地机1台、压路机1台、洒水车1台。表1塑料插板施工劳力组织工种人数职责分工工班长1指挥协调，计划安排，安全质量控制技术员或技师1测量定位，技术指导，质量检查，事故分析处理，现场记录，资料整理机械司机1卷扬机操作及养护电工1供电，照明，用电安全检查操作工2～4机具就位，塑料板与桩尖连接，对准桩位，剪断塑料板3插板施工插板施工主要有三个环节，即铺设水平排水垫层，设置竖向塑料排水板，填筑预压荷载，每个环节的工艺都有特殊要求，现分述如下：3.1铺设水平排水垫层（1）修筑排水坡：首先对需要加固的地段进行排水疏干，清除原地面的草皮和杂物，再用土质相同或相近的土按设计要求填筑路拱或横坡，坡度为2%～3%，并碾压密实（密实度大于90%）。同时，两侧挖纵向排水沟，以便疏散砂砾石垫层析出的水。（2）填筑第一层砂砾石垫层：在路拱或横坡上均匀等厚地铺设30～40cm砂砾石，用压路机静压4～6遍。铺设后的砂砾石垫层要求表面平顺，形成同土路拱或横坡相同的坡度。（3）填筑第二层砂砂石垫层：整段软土地基插板结束后，均匀等厚地铺设20～30cm砂砾石，覆盖插板甩头，压路机静压和振动碾压各4遍，使其密实度达到90%以上。3.2设置竖向塑料排水板（1）机具定位：在需要加固的地段，根据预定的布板范围和间距，放出每个板的准确点位，并用小木桩或竹桩标记。打设机底支垫物要平衡牢固，防止局部塌陷。插板机械依据从低处往高处打设的原则，定位时要保证桩锤中心与地面定位桩在同一铅垂线上，并用经纬仪或基地观测方法准确控制桩锤与塔架的相对位置。安设套管时套管顶端要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。如套管需要接长时，在打设前要试接，要求连接处平顺密闭。（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，因定在桩尖上，并一起贴紧管靴对准板位。（3）沉管插板：用DZ60KS打拔桩机的振动锤的振动和卷扬机沉管。开始时沉管要缓慢，防止套管突然偏斜，套管入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措施。（4）拔管、剪断塑料板：沉管到设计深度即可拔管，这时，塑料板已垂直设置在软土地基中。套管拔出后剪断塑料板，在砂砾石垫层上甩头20～30cm。拔管时要连续缓慢进行，中途不得放松吊绳，以防止因套管下坠而损坏塑料板。（5）塑料板接头处理：当需将剩余塑料板与另一卷相连接使用时，将两头滤膜翻剥开，先搭接板芯，搭接长度为20cm，然后把滤膜翻卷盖住接头，防止泥土进入，确保输水畅通。3.3填筑预压荷载（1）加载：预压荷载在插板完毕后进地，荷载应均匀地堆加在砂砾石垫层，预压荷载为上部土石方路基填料，结合路基施工分层铺筑压实，加载总量不得超过地基允许承载力。（2）设置沉降观测设施：在预压荷载之前，沿路堤坡角外5m设置水平位移观测桩，纵向各桩距50m。砂砾石垫层填筑完毕后，在路基中线上设置垂直位移观测标识，即30cm×30cm的钢板中央焊一根φ20的钢管或其它观测杆，标杆间距50m。沉降观测先测出水平观测桩的原始位置和垂直位移观测杆的初始标高，然后根据设计要求进行观测，控制好预压材料的填筑速度，并做好记录。4效果观测与检验（1）填土期的效果观测：在每层填筑后24h沉降观测，当垂直位移速率大于1.5cm/d，水平位移速率大于1.0cm/d时，则应停止施工，待小于该值后再恢复填筑。填土期一般为180d，结束后沉降小于30cm，视加固后的地基稳定。（2）预压期的效果观测：预压期一般为180～270d，结束后可测量到软土地基段总的沉降量，然后根据设计总沉量可计算出其固结度。①加固后软土地基总沉降量S∞可用分层总和法计算：S∞=mSc式中：Sc—由固结产生的沉降，据e-p曲线求出；m—沉降系数，可取13，或根据试验结果取值。②加固后软土地基的固结度计算：U=S实测/S∞式中S实测—预压期结束时的沉降量。沈大高速公路改扩建工程试验段其中5个软土地基路段观测资料如表2所示。表2塑料插板施工效果观测路段序号塑料板沉降期/d沉降量/mm固结度%间距/m填土期予压期设计实测11.518027076268589.921.518027076268389.631.518018076267588.641.518018076267087.951.518018076270091.9效果检验。钻取加固后的地基土样，进行土的各种物理力学性能分析，与加固前进行对比，以检验加固效果。表3所列为其中5个路段各项物理力学性能指标比较。从中看出本试验段内软土。表3软土地基加固前后的物理力学性能序号名称加固前加固后1比重2620～2700kg/m32620～2700kg/m32天然含水量一般25%～29%，最大39.8%一般18%～25%，最大33%3湿容重1780～2010kg/m31880～2160kg/m34液限35.8～50.034.6～49.25塑性指数15.9～30.316.1～30.76孔隙比0.77～1.090.55～0.907塑性状态软塑～极软塑状软塑8压缩性a=0.25～1.00MPa,ES=1.5～4.a=0.22～0.85MPa,ES=1.85ES=5.8MPa2MPa9不排水抗剪强度φU=3.0～9.9,CU=0.002～0.φU=4.0～11.0,CU=0.004CU=0.014MPa018MPa10固结不排水抗剪强度φCU=12～20,CCU=0.003～0.φCU=14～24,CCU=0.005～0.038MPa042MPa11承载力PS=0.2～1.0MPa,0=0.04～0.PS=0.7～2.1MPa,0=0.11～0.14MPa22MPa（3）地基抗剪强度低，压缩比大，固结速率慢，承压能力低。若不加固，在路基附加荷载作用下，地基有抗剪不足而产生剪滑破坏和沉降因结时间长，沉降期与施工期进程不适应，后期沉降过大而导致公路路面早期破坏。经过塑料插板处理后的软土地基，各项指标达到了设计要求。所以，对于沉降要求快，固结度要求高的软土地基，采用塑料插板加固技术效果十分明显，且安全可靠。5质量保证措施（1）塑料插板施工建立了质量保证体系：施工中按TQC方法进行了管理，把影响插板质量的诸因素组成一个有机的统一体，自始至终围绕质量管理目标开展工作。对操作人员进行了质量标准、操作规程、工艺流程以及全面质量管理教育，强化群体质量意识。（2）加强对材料的管理与检验：对塑料板按规定抽样检验；对排水垫层所用砂砾石进行料场选点、进场检验和中间抽样检查，从而防止了不合格的材料进场及使用。（3）认真检查插板设施：插板前认真检查套管长度、直径是否与设计相符，管内有无杂物，桩尖与塑料板边接是否牢固，与管靴是否密闭，接长部分是否平顺牢固等等。（4）严格按图纸设置板位及保证插板深度：施工中随时检查套管成孔的位置、垂直度是否满足设计要求，沉管时专人观测套管的入土深度、打拔桩机是否出现倾斜或位移，出现问题及时纠正。如遇拔管时塑料板被带起，则重新进行沉管插板，保证合格率100%；如遇插板没到设计深度便达到岩石时，则以该机最大加压力能压入的深度为准。（5）做好填土期和预压期的观测与检验工作：对各种原始数据，认真做好记录并进行分析。填土期根据观测情况对部分路段进行适当的调整，预压期均按设计要求的时间实施。同时，对地基的各种力学性能进行试验分析，做到认真分析，认真操作，准确无误。6几点体会（1）塑料插板技术弥补了纸板排水法中纸板在受潮后饱水强度低、插入地层中受土的侧压力影响透水性和本身材质耐久性差的不足，具有单孔过水断面大，排水畅通、且质量轻、强度高、耐久性好的特点，是加固软土地基理想的施工方法。（2）塑料插板施工能够避免普通砂井法中砂井不连续或颈缩现象，也避免了袋装砂井法施工中容易出现的砂袋变形、裂缝、颈缩、鼓包以及砂井底部不密实的现象，在排水效果方面明显优于砂井法。（3）插板施工工艺流程简单，即围绕铺设垫层一插板一预压荷载三个环节进行，且操作方便，施工进度快，质量也容易控制。施工机械大多为轻型，便于在很弱的地基上进行大面积施工，且振动及躁音小。对地基及周围建筑物的扰动小。打设机械效率高，施工灵活，可加快施工进度。（4）经济效益明显。据统计，塑料插板施工与同等条件下袋装砂井法施工材料费节约10%～15%，机械、人工费节省25%～35%。（5）在施工安排上提出了新要求。由于塑料插板施工填土期和预压时间长，故在整个施工，特别是路基施工中应先安排插板施工。插板施工宜选在少雨季节，以减少施工难度。