淺層排水處理施工工藝初探

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1、前言 
    當軟土地基在荷載作用下，土中孔隙水將慢慢排出，孔隙水壓力u減小，地基發(fā)生固結變形，但在總應力δ不變的情況下，有效應力δ′就提高，地基土的強度逐漸增長。同時，其與孔隙水壓力u有以下關系：δ′=δ-u。 
    在該段地表上布置淺層排水系統(tǒng)就是為了改變地基原有的排水邊界條件，縮短排水距離，使孔隙水壓力在施工及預壓期內大部分消散；并用路基超載加壓來增大總應力，減少由次固結而產生的沉降，最終使有效應力得以增加、地基強度增強。從而達到沉降在施工及預壓期內大部分或基本完成。淺層排水處理系統(tǒng)共采用了四種方案：開挖砂溝、鋪設砂墊層、鋪設S230橫向塑料排水板和雙復合土工布。 
    2、施工準備工作 
    2.1　清除邊溝兩側根植土 
    應將設計兩邊溝外側邊緣間的根植土清除，深度控制在10～15cm，然后進行原地面的碾壓。在設計邊溝位置開挖臨時排水溝，其深度和縱坡以能排水為宜。 
    2.2　原地表面的處理 
    用6%石灰土填至未開挖表土時的原地面標高，然后再做路拱，橫坡i=2%左右，并保持表面平整、密實。
    2.3　材料的選擇和試驗 
    2.3.1　砂 
    施工中要求砂為中粗，細度模數大于2.2，含泥量不大于5%，用水沖法試驗，試驗方法應符合JTJ053-83《公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程》的有關規(guī)定。 
    2.3.2　S230塑料排水板 
    本工程所用的塑料板截面寬度為230mm，厚度為8mm，是由塑料芯板外包無紡布膜組成的復合體，除其外觀應完好外，還應滿足濾膜滲透系數大于5×10-5cm/s，濾膜抗拉強度大于10N/cm，復合體縱向抗拉強度9.0kN(10%應變)，復合體通水量294cm3/s，復合體拉伸應變11.8%(峰值應變)。 
    2.3.3　復合土工布 
    本工程所采用的復合土工布是純滌綸短纖無紡土工織物(ω≥400g/m?2)和聚丙烯有紡土工布。其技術指標為抗拉強度大于2500N/5cm2，伸長率大于14%，垂直向滲透系數大于0.08cm/s，水平向滲透系數大于0.35cm/s(20kPa)、012cm/s(100kPa)、0.06cm/s(200kPa)。 
    3、淺層排水處理施工工藝 
    3.1　砂溝 
    由于砂的滲透系數達到0.06～0.006cm/s，比路基調拱層至少大兩個數量級，孔隙水將沿著橫向砂溝并以大于原來的速率向兩邊排出，從而達到排水固結的目的。 
    3.1.1　砂溝的開挖 
    在調拱層上等厚分兩層鋪筑6%石灰土層，厚度為15cm，寬度為B-2×90cm(B為設計坡腳寬)。 
    本工程開挖砂溝的尺寸為深30cm，寬40cm，相鄰砂溝的凈距為60cm，其橫斷面開挖出的土應運至路基范圍外。在砂溝的左、右兩端，應特別注意清除雜質和土粒，以使砂溝中的砂與碎石反濾層直接相連；在縱向接頭處，應整修出整齊的被碾壓過的斷面，其長度不宜小于100cm。 
    3.1.2　砂溝內砂的回填和密實 
    開挖好的砂溝經驗收合格后，分兩層回填砂，宜用人工及小推車運輸，禁止用重型輪胎式或履帶式機械，碾壓則用鋼輪或人工夯實為宜。 
    3.1.3　施工標準和要求(見表1)。 
    表1 
    檢查項目 允許偏差或規(guī)定值 檢驗頻率 檢驗方法 
    壓實度 rd≥1.5t/m3 50m抽檢二斷面， 
    每斷面三點 環(huán)刀法 
    縱斷高程 ±20mm 20m抽檢一斷面， 
    每斷面測五點 水準儀 
    厚度 0～20mm 20m抽檢一斷面， 
    每斷面測三點 用鋼尺測量 
    3.2　砂墊層 
    砂墊層是一種軟性墊層，其孔隙水壓力的消散速率比砂溝快，它還可以有效地防止毛細管水上升到路堤。 
    厚為30cm的砂墊層可分兩層攤鋪。攤鋪時的松鋪系數可按下式計算：K=rd×(1+W濕)/r濕(rd可取0.88.rdmax=0.88×1.5=1.32)，W濕取碾壓時砂的含水量，r濕為砂的松鋪濕容重)。但砂墊層的碾壓需特別注意，應根據碾壓面積大小，選用碾壓機械。 
    3.3　S230橫向塑料排水板 
    本工程所用的塑料板，兩面均有凹槽，具有良好的三維透水性，且由于外包的無紡布濾膜可以防止排水通道不被堵塞，構成水平排水層。 
    3.3.1　排水板的鋪設 
    在驗收合格的調拱層上按中到中距離83cm，定出每條塑料板的位置。 
    鋪設時，不能損壞塑料板的無紡布濾膜，塑料板應自然平展緊貼在調拱層上，不能隆起、扭曲。最好邊施工，邊用12號鉛絲做成U型釘將塑料板固定在調拱層上，間距2.0m一個。需要接長時，應采用濾膜內芯平搭接的形式，搭接長度不小于20cm，不得錯位。 
    3.3.2　施工標準和要求 
    塑料板在運至工地前，應抽樣檢查其是否符合標準，抽檢頻率為1次/5000m，排水板間距最大誤差在2cm以內，抽檢頻率為每8.53m(10條排水板)查一條，每條查10點；順直度偏差控制在±2cm(20m長度內)，每10條檢查一條，每用3m直尺連續(xù)檢測；不合格的堅決不用，以保證質量。 
    3.4　雙層復合土工布 
    土工布除了能構成淺層排水層外，由于它的整體性和抗拉強度，當在較大荷載作用下，高模量的土工布受力后將產生一垂直分力，可以重新分配內部應力，減少橫斷面方向上的沉降差異。同時，土工布在承受拉力和與土的摩擦作用時，還可以增大側向限制力，阻止側向擠出。 
    土工布的鋪設，應精心地將其平順展開在調拱層上，不得扭曲、褶皺、重疊。拼幅時宜用平頭搭接，搭接長度不小于30cm，搭縫上下應錯開；而接長時宜采用縫接來保證應力傳遞的連續(xù)性，須用尼龍線作對面縫接，縫接長度不小于30cm。 
    施工中如發(fā)現(xiàn)土工布有破損時，應修補好或更換。還要注意土工布在存放和鋪設過程中應盡量避免長時間暴露，以免影響其性能受損。 
    以上采用的砂溝、砂墊層橫向塑料板、雙層復合土工布等措施，只能構成軟基淺層排水層。其排水系統(tǒng)還包括兩側的碎石砂反濾層，它能有效地將排水層的水排向兩側邊溝，而不致使排水通道被土粒堵塞。
    4、幾點體會 
    (1)從路堤及軟土層滲出的水，如果存積在路堤坡腳處，將引起邊坡的局部破壞。因此，施工便道不能緊靠路堤坡腳處，宜將便道布置在臨時排水溝的外側，同時應處理好坡腳處的地表水，以利施工期的排水通暢，使地基得到快速固結。 
    (2)調拱層由于是6%石灰土底板，使得砂溝、砂墊層的下承層滲透性減小，而且中粗砂價格昂貴。因此，可以用砂礫石或瓜子片替代砂墊層或砂溝，只要滿足其本身的滲透系數較下部土層大兩個數量級、含泥量低于5%即可。 
    (3)S230塑料排水板，對比實際試驗的各項技術指標和規(guī)范上規(guī)定的各項技術指標，部分指標大大高于規(guī)范值，顯然很不經濟。在實際選材時，不能只依某些個人的判斷或者是一些商業(yè)性的目的，而應通過對比試驗，選定既能滿足試驗規(guī)范要求、又經濟實用的材料。 
    (4)對雙層復合土工布，原設計為縱橫向，后改成橫向雙層復合土工布，克服了縱向層難以錨固的困難，對均勻路基的沉降有比較明顯的效果。 
    (5)雙層復合土工布的橫向錨固回折長度為1.77m，而實踐表明，所鋪設的雙層復合土工布路段，最大水平位移為5.2cm，鋪設塑料板路段最大水平位移為6.7cm，其錨固方法是可行的。建議雙層土工布回折可改成單層回折。