塑料板排水处理软土地基的研究现状

　　塑料板排水处理软土地基的研究现状许建瑞，刘俊（太原理工大学建筑与环境工程学院，山西太原，030024）分析了土工材料的性能及其功能，并对塑料板排水处理软基的沉降预算方法，软土地基的稳定性评价的方法进行分析对比。针对软基处理中存在的问题，提出了几点提高软基处理的建议第一：许建瑞，男，1967年7月生，山西省祁县人，1992年毕业于太原工业大学水利系，98级在校硕士研究生，太原理工大学建筑与环境工程学院，山西省太原市迎泽西大街79号，030024. 1概述软土地基处理是运用排水系统和加压系统联合进行处理排水系统主要有普通砂井、袋装砂井、塑料排水板和水平排水砂垫层。加压系统主要有真空预压法、真空联合堆载预压法、堆载预压法、电渗硅化法和强夯堆载预压法u进行软基处理时，应视场地的工程地质条件、预压土石源的供应情况及交通运输状况选用合理的排水和加压方法。目前，常用的软基处理方法有塑料板排水真空预压法袋装砂井真空一堆载联合预压法塑料板排水堆载预压法、动静结合排水固结法。通过对塑料排水板与袋装砂井的排水固结功能对比试验测试结果分析表明：塑料排水板和砂井造成对土的扰动影响是相同的，强度均降低约50%，两者作为排水通道时对软基加固功能是一致的，但是塑料排水板以其强度高、延伸率好、运送方便、施工简捷、进度快、排水效果好而有取代砂井的趋势，统计表明我国生产的排水板的质量与性能在逐年提高2软土地基处理方法的机理及研究近况目前，我国学者对常用的4种软基处理方法作了不少研究，得出许多有益的结论。

　　21塑料板排水真空预压法处理软土地基本法为在加固区域表面铺设水平排水砂垫层，然后打设有一定间距的纵向排水体，再在砂垫层上铺设不透气的薄膜而形成一封闭区域u运用真空装置在膜内外形成一压力差P（大气压）-P|（膜内压力），即真空度，然后真空度沿纵向排水体逐渐向下延伸，同时，也向四周扩散，依次在射流泵―膜下纵向排水体-加固土体间形成真空度差，使水沿加固土体情况下由于孔隙水压力的减小而增大，从而达到加固软基的目的。

　　赵维炳的研究表明，塑料排水板作为纵向排水体，当膜下真空度为80Pa时，埋深在2m处的真空度为74kPa 63kPa，可见塑料排水板的真空度的传递性能相当优良，且其沿深度方向基本上呈线形变化；加固期间，其纵向通水量为0l136cm3/s1.423cm3/s，纵向渗透系数1.69K10~2cm/s1.5K100/3而此是袋装砂井无法相比的。郑新亮的研究认为应运用有效应力圆确定破坏面与主应力方向的夹角，进而确定固结不排水抗剪角；真空预压附加压力是各向等压；剪切蠕动引起的强度折减系统Z约为0.9n 22袋装砂井真空一一堆载联合预压法处理软土地基此法的加压固结机理与真空预压法基本相同，只是加压系统由真空预压与土石预压联合进行。根据刘成云和吴跃东对此法的研究，采用此法，日沉降量明显增大且地基不发生破坏，突破规范规定的小于20mm/d，建议沉降速率可放宽到小于40mm/d此外，水平位移量随荷载增加而向内加速收缩，从而使地基内缩变形，很有利于地基的抗剪切变形23塑料板排水堆载预压法处理软土地基此法的加压系统为预压土石，排水系统为砂垫层和塑料排水板固结机理为软土受上部荷载的作用而压缩，孔隙水受压而沿塑料排水板、水平砂垫层排出，孔隙水压力U随之减少AU，相应有效应力e增长Ae，且=随着孔隙水压力逐渐向有效应力的转化，软土得到固结应力系统的转化流程为：开始时e=U0+ee'，固结期间e=（U0-AU）+（ee'+Ae），结束时ee|+Ul5（黑体表示荷载主要由其承担）王铁儒的研究表明，预压荷载大小、预压期及施加荷载的方法是影响预压效果的关键因素；排水板（砂井）打入深度是影响工后残余沉降的关键因素；排水板的间距大小是影响预压期长短的关键因素；先经过阳光曝晒在软土表面形成一地表硬壳与土工织物的加筋砂垫层可有效减低沉降并调整不均匀沉降此外还通过修土拱、砂拱减低路堤中心与路肩的沉降差。

　　应特别提出的是施工期间由于扰动等因素的影响，淤泥强度并不一定随预压固结而增长24动静结合排水固结法此法是由白冰博士提出。其原理为打设塑料排水板和铺设水平砂垫层，形成竖向和水平向排水通道，上覆填土预压，并采用强夯法加固软基通过作者的研究认为孔隙水压力升高与再固结体应变之间存在唯一性关系3土工材料及其功能软基处理所需土工材料主要是土工布与塑料排水板3.1土工布的类型与功能土工布有无纺和有纺两种，它们的功能是使水流通过土的孔隙，而其上、下土颗粒保持稳定形成稳定层，起到反滤层和加筋的作用uKossendey.Th通过对这一反滤性能的研究，运用试验证明系统渗透性与土工织物类型无关；土工织物反滤层的厚度对反滤性能无明显的影响；土工织物反滤层促进土体内反滤层的形成影响反滤层的长期性能的因素为反滤层的性质、土体的性质、水流类型u3.2塑料排水板的种类、结构、性能及其功能塑料排水板有A型、B型、C型、D型4种，工程中尤以B型和C型为主结构：塑料芯板外套土工织物滤膜组成的复合型排水板。

　　功能：在软土中形成一水平向和垂直向网状排水体系，加快排水固结，并起到竖向加筋、增加抗滑稳定的作用。

　　塑料排水板的性能指标有纵向通水量、复合体的抗拉强度、滤膜干态（湿态）抗拉强度、滤膜渗透系数及其等效直径，其中通水量是最关键的指标目前，测定通水量的方法有：土槽通水试验、三轴仪试验、侧压力下断面变化率的测定、抗拉强度试验。日本学者嘉门雅史等通过土槽中塑料排水板通水性能试验，并对塑料排水板加固地基的固结效果与长期排水性、井阻与塑料排水板的排水能力的研究，得出如下结论：复合型塑料排水板的透水性符合贝努利定理，但不能用同一的渗透系数表示；不同塑料排水板的固结沉降差别较小；土槽通水性能试验是判定塑料排水板通水性能的较好方法；t关系曲线中，试验资料分布在6附近，与换算直径5cm的理论计算结果接近排水板的打设方向对不同方向含水量影响不明显；处理后，沿深度方向含水量有所减少，但呈现出一定的均匀性；在半对数坐标纸上，通水量随侧压力增大而线性减小，但在固结期间完全可以保持排水能力。

　　井阻是排水板处理软基不可忽视的问题，提出井阻的计算式L =32Kc/（7T2.Kw）。（H/dw）2；并采用巴隆公式推导塑料排水板的排水能力一般表达式奸Ch/F（n），指出若排水板的排水能力在1.4cm32 0cm3以上，所产生与固结延迟有关系的井阻不大，且塑料排水板的排水能力越大，井阻的影响就越小。

　　我国的一些学者也对排水板的质量与性能作了不少研究娄炎通过对排水板的芯板和滤膜的分析，认为芯板单位长度质量与芯板厚度、芯板强度、通水量在一定范围内均有良好的线性关系，即它们之间有最优配置，而滤膜单位面积质量与滤膜厚度、湿抗拉强度、干抗拉强度的线性关系都很差，这就反映滤膜生产工艺差材料品质低、质地不均：可近似用一个级数形式普通微分方程表示：上式可用n级递推关系表示：t=-时的边界条件是递推关系表达式可用图解法求解，故被称之为沉降曲线图象法。

　　（2）抛物线法是依据实测的沉降一一时间对数关系曲线分为抛物线和直线两部分，其中直线部分为次固结部分抛物线的表达式S（t）=a（lgt）2 +blgt+c，采用罚函数的方法求得参数abc，就可据此式推测以后的沉降量5软土地基处理的稳定性评价方法软土地基处理必须进行及时评价、及时指导施工，否则会带来严重的后果。目前，进行软土地基处理的评价方法有：侧向位移法、孔隙水压力法、有效应力法、极限高度法、沉降速率法。

　　冯晓腊对这几种方法进行软土地基施工期稳定性评价研究后，认为影响土体产生侧向位移的因素有：加荷速率、静压时间及砂井间距（塑料板间距）；孔隙水压力法中，通过绘制孔隙水压力增量和（Su）与填土增量和Sap）的关系曲线来反映软土是否发生塑性变形（标志为图中出现拐点），进而控制加荷速率及增量；有效应力途径法是在自重应力作用下的有效应力途径P'与q'绘有效应力轨迹，并在同一图中绘制包络线k/（即q=tgT /+a）判断地基土体是否发生破坏，以便适时适宜控制加荷速率总之，孔隙水压力法、有效应力法是从土体受力角度评价地基的稳定性，而侧向位移法则是考虑土体的应力一应变特性无论哪一种方法都有其侧重点和局限性，故应采用现场实测资料及时运用多种方法综合评价。

　　目前采用单一、固定的沉降速率作为施工控制的标准不能满足施工要求，对此，本文提出沉降控制的两种设想：一为确定不同时刻的固结沉降，公式为St=S，'lg〔（e+Aeut）/e〕/lg〔（Ae）e〕，与确定一安全系数，即反映超过计算的固结沉降的允许量；二为选用具有代表性的土性参数确定沉降速率，表达式为〔Sv〕=ZhU712从以上分析可知要提高塑料板排水处理软基的质量，应从以下几方面着手：一是应聘请有资格而且有专业知识的专业监理工程师，负责工程的质量，并加强监督二是招聘有施工经验和素质较高施工队伍u三是从材料和加工工艺两方面改进土工布与插板的质量和性能四是配置插板自动记录仪五是进一步改进施工机械性能，使之准确定位、垂直打设、插入到位、稍做停留、缓慢匀速提升、严禁回带六是堆载时，切忌四面合围。七是进一步完善规范与检查标准以上论述表明，我国在塑料板排水处理软基方面已取得相当大的成就，但也还存在不足土工材料的质量和性能还不够完善，没有合理控制施工质量的方法，井阻和涂抹的研究还很不够，可见塑料板处理软基的研究还有大量工作要做。尤其是要研制简便、实用且价廉的插板自动记录仪