塑料排水板在海上的施工及应用

　　1.工程概况： 　　镇海发电厂3#贮灰场是省电力公司及镇海发电有限责任公司的重点技改项目。设计标准为二级贮灰场，即按20年一遇潮位加20年一遇波浪组合设计，按百年一遇潮位加20年一遇波浪组合校核。百年一遇高潮位5.26米，二十年一遇高潮位4.81米。贮灰场工程位于宁波市镇海区后海塘甬江口西侧的滩涂上，布置于镇海发电厂1#及2#贮灰场第一段外侧。围堤东起镇海港区围堤，西至工农闸排水渠附近。围堤布置呈L型，主堤长4464米，折堤长811米，主折堤连接段长150米，主堤总长5425m，施工交通堤长1807米。灰场贮灰量9.98×106m3，灰场围涂面积2.95×106m2，使用年限为15年。围堤堤顶高程7.50，防浪墙顶高程9.00，堤顶宽5m;堤底最宽处为103.81m，布置在吴淞高程0.5～-1.10的滩涂上，坝体为堆石坝，外坡采用1.5吨C20砼空心方块护面，内坡为干砌石护坡，防浪墙为C20素砼。由于地质条件较差，围堤地基采用铺设土工编织布、碎石垫层及加打塑料排水板的方法进行处理。海上施工塑料排水板达到221万延米。该分项工程质量监理评定优良。
　　2.工程地貌及地质条件：
　　工程位于0.5～-1.1的滩涂上，平均坡度为14%，因周边海堤影响，该区形成为回水淤积区，属淤涨型海涂。
　　根据工程地质资料，地基土主要组成如下：
　　①层浮泥：黄灰色、灰色，饱和，流塑，呈流体状，以淤泥为主，混少量砂性土，土质均匀性差。属欠固结土，具高灵敏度，高压缩性。层厚0.8～3.2m，层底标高-3.5～1.3m。
　　②层淤泥质粉质粘土：灰色、饱和，流塑，高压缩性，层厚3～8m，局部大于8m，层间夹粉土薄膜或微薄层，局部夹有0.2～0.5m厚的粘土层，层厚0.9～8.6m，层底标高-11.26～-0.1m。
　　③层粉土：灰色，灰绿色，稍密～中密，中压缩性，略具层理，局部为粉质粘土，层厚1.3～10.6m，层底标高-10.96～-4.89m。
　　④层淤泥质粘土：灰色，饱和，流塑，高压缩性，微薄层理状，层厚1～3m，局部大于4m，层间夹粉土薄膜，层厚5.8～20.7m，层底标高-27.36～-12.18m。
　　⑤层粉细砂：青灰色～灰色，饱和，稍密～中密，局部粉质粘土含量较多，层厚为15.8～17.4m，层底标高-37.09～-31.11m。
　　⑥层淤泥质粘土：灰色，饱和，流塑，高压缩性，薄层状，层厚1～3m，少量大于4m，层间夹粉土薄膜，层厚23.5m，层底标高-49.02m。
　　地震烈度为VI度。
　　3.水文、潮汐特征表：
　　项目
　　单位
　　数值
　　出现日期
　　历年最高潮位
　　m
　　5.22
　　1997.08.18
　　历年最低潮位
　　m
　　-0.20
　　1952.01.26
　　多年平均高潮位
　　m
　　2.95
　　多年平均低潮位
　　m
　　1.18
　　历年最大潮差
　　m
　　3.67
　　1981.10.16
　　多年平均潮差
　　m
　　1.76
　　多年平均中潮位
　　m
　　2.06
　　平均涨潮历时
　　h
　　6：18
　　平均滞潮历时
　　h
　　6：07
　　百年一遇高潮位
　　m
　　5.26
　　五十年一遇高潮位
　　m
　　5.05
　　二十年一遇高潮位
　　m
　　4.81
　　十年一遇高潮位
　　m
　　4.62
　　五年一遇高潮位
　　m
　　4.44
　　4.塑料排水板质量控制：
　　4.1 性能及质量要求：本工程塑料排水板采用槽型土工聚合物排水带，塑料排水板的型号为C型。十字筋形芯板的原料为以高压聚乙烯为主体的塑料，外裹的无纺布滤膜的包裹方式采用粘合型。由于本工程地基土的含水量大、抗剪强度低、工程地质条件差，并且工程的施工条件较差，因此，为保证地基排水固结而增加地基土的抗剪强度，确保工程的安全，采用了杜邦滤膜。排水板的主要性能指标要求如下：
　　宽度：100±2.0mm
　　厚度：≥4.5mm
　　纵向通水量：≥60cm3/s
　　复合体抗拉强度：≥1.5KN/10cm
　　复合体延 伸 率：<10%
　　复合体每米质量：120g/m
　　滤膜质量：120g/m2
　　滤膜渗透系数：≥5×10-4cm/s
　　滤膜抗拉强度：干态≥60N/cm
　　湿态≥63N/cm
　　滤膜 等效 孔径O98： <0.075mm
　　塑料排水板芯槽齿应无倒伏现象，板芯材料必须透明、无孔洞、无气泡且表面必须平滑。塑料排水板芯板外包滤膜应紧贴平整，无皱折和松套现象，粘合缝必须连续，缝宽为5±1mm。滤膜纤维分布必须均匀，无毛絮。
　　4.2 排水板到货验收：必须加强现场检查验收，每批排水板必须附有厂方合格证及性能自检报告，每卷排水板应有良好的包装，卸装运输中没有破损，每批货到现场后，必须抽取5卷排水板进行外观检验，另抽取一组进行性能检验，检验合格者方能用于施工。塑料排水板的其它质量及检验要求应严格按照交通部JTJ/T257-96《塑料排水板质量检验标准》执行。 　　5.海上排水板施工：
　　设计要求插板须穿透第④层，板端进入下卧第⑤层或第⑥层，插板的深度根据插板沉管的阻力由现场严格掌握。实际施工中插板的深度，要求结合地质勘测资料来详细划分以确定每一船位的插打深度。
　　海上作业特点：
　　要求工作平台有足够的浮性和稳定性，使导管插入拔出对工作无影响，导杆移边工作时不造成平台倾斜或颠覆，并要求水下剪板。
　　水深看不到滩涂面，看不准桩位，不能直接放样决定桩位，只能依靠其他标志船定船位，由工作台导杆移动来控制桩位，要求工作平台尽量大，平台一次定位打设的排水板根数尽量多，以减少间距误差。
　　风多浪大要求整机重心低、稳定性好，有足够的抗风抗浪性。风浪大会造成导杆倾斜，影响排水板垂直度。露在外面的排水板随风漂动，使滤膜破损，甚至折断，亦需保护。
　　潮涨潮落水位呈周期性变化。导杆按同一深度贯入亦呈周期性变化，深浅不一，要求随时观测水位，调整导管的贯入深度，使排水板入土深度不变。退潮时还可能使船只搁浅，在搁浅时虽可继续打设排水板，但移动船位需待潮水上涨，这样造成了工作的间隙性。
　　海底面不平整，海抛的碎石垫层通常也不平整。在退潮后有时会搁浅，造成平台倾斜，要求事先对碎石垫层进行粗平，并配备导杆垂直度调较装置。
　　离岸距离远，要求配备发电机及一些生活设施。
　　海水具有腐蚀性，对平台设备要有防腐蚀措施。
　　机械设备选择：
　　本工程采用的机械型号为HZ25/250型，该机械主要性能：
　　插设深度可达到25m以上。
　　导架可调整桩架垂直度，保证排水板入土垂直度。
　　 配有塑料排水板施工质量检验自动记录及监控系统，该系统能自动记录塑料排水板施工过程中的以下数据：施工日期、时间、桩号，每根桩的插入深度，涂面水深，回带长度和实际插入深度，每天施工完成可累计桩数，总工程量所有数据存入储存器;本系统数据的自动记录及数据记录采用先进的FVASHPZROM非易损性记忆体，保证记录数据的安全、可靠性，该系统克服了以前由人工在机架上目测，记号的记录方法，这就可以避免在施工过程中，由于施工管理人员质量意识不强造成长度不足或严重回带，甚至有意识的偷工减料行为。塑料排水板的插入深度和回带长度是无法进行事后检测的，所以在施工过程中，采用可靠的质量保证是非常重要的，也是十分关键的，该系统当排水板插入深度达不到设计要求或回带长度大于设计值时，监控系统能及时报警，以便操作人员迅速、及时处理、保证施工质量。
　　主要技术系数
　　型号适用范围
　　HZ25/250型插板船、可浮水定位浮水插设，也可露滩插设，适用于高潮位时，水深大于船只吃水深度
　　打设方法
　　振动锤法
　　套管型式及直径
　　O型133m
　　每次打设根数
　　1根
　　最大打设深度
　　≥25米
　　打设速度
　　180s/根
　　施工能力
　　600m/h
　　台班产量
　　240根
　　施工方案：
　　1.插打部署：
　　插板机械：插板要有专门的水上插板船进行施工，插板船必须具有导杆纵横移位及垂直度调整装置、定位瞄准装置、打设深度指示装置、回带指示装置，导管的断面应尽可能与排水板形状相适应。采用圆形导管插板，100mm排水板的导管外径不大于133mm，以减少插板时对周围上体的扰动及涂抹作用，保证排水效果。导管的驱动应采用静压振动，切忌采用冲击及水冲法。船头方向垂直主坝轴线定位作业，每一船位宽的断面需要施工2～3个船位。
　　2.船只定位放样：
　　①根据设计图纸，定出插板船定位控制桩，控制桩距坝内侧的第一排排水板5m，每桩间距18.2m。
　　②根据定位控制桩在滩涂上插定每船位的纵、横移动桩位，并打设引桩，随时校对舱位边线桩。
　　③在插板船上标定二个定位点，利用测绳及定位控制桩确定插板船的位置。
　　施工工艺：
　　本次使用回收桩靴法施工，沉管底部由桩靴密封，桩靴由铁链固定。
　　此工艺已试验成功，如台亚公司已施工了近300万延米塑料插板，因此可在此基础上进行吸收、总结，取长补短，并进一步制订出施工质量控制标准，在推广的同时进一步促进施工工艺的成熟。
　　施工方法及各道工序的质量控制：
　　①施工工艺流程：复核定位标志桩→船体定位→桩机就位→装带及桩靴→沉管下沉至设计底标高→沉管上提到碎石面层上约1m→自动割带系统操作→提沉管至水面，重新装带→检查并记录打设情况→桩机移位，重复定桩位。
　　②复核定位桩：在定位桩与船体之间系上测绳，并计算每船与定位桩之间的距离，使船体定位准确。船体平行堤轴线布置。船头、船尾各抛二头八字锚，锚缆绳长度为100m，采用绞锚机进行调整船体位置。设计塑料排水板为正方形布置，间距为1.4m，插板船净空间为长29.9m宽12.2m，每船定位后可插打排水板189根。并且，每10分钟根据潮的涨落调整锚缆，确保施工时塑料插板的平面位置准确。移船定位偏差不宜超过±50mm，并在船上标出桩位，即在插板船的船体横梁上按桩位尺寸标好刻度，而插板桩机可在船体平台上前后左右移动。
　　③为确保打设长度用垂球随时检测水深，以便控制打设深度，每插完一排塑料排水板，测量一次水深，调整一次沉管的入水深度。回带长度的控制主要有二方面：一方面要做好桩靴与沉管出口的密封，防止淤泥等进入沉管引起回带;另一方面观测沉管上口与排水板有没有相对位移。施工时必须严格控制回带长度，回带长度不得大于300mm，且回带的根数不得大于总根数的5%，如果超过标准，一般在邻近45cm处补打一根。 　　④排水板上拔后，水下剪带系统操作，水下剪带采用软轴锯片法。排水板一卷用完后，采用钉书钉搭接，要求搭接长度≥20cm并做到表面平整，且接头的质量应符合《塑料排水板施工规程》的规定。
　　⑤定位后必须调整导管的垂直度后进行插板施工。施工过程中，随时调整桩机垂直度，要求垂直度误差≤1.5%。导杆沿平台边作业时，应随时调整垂直度，达不到要求时应减少边沿打设根数。搁滩作业时，亦应及时调整垂直度，达不到要求时不能施工。导管的倾斜度与打设的深度有关，一般10～20m时不大于1.0%。
　　⑥为防止排水板打设过程中出现扭结现象，在沉管下沉时，用人工拉紧排水板。为减少海水中的泥土堵塞排水板头的排水，在剪带时外露长度应长于40cm，使排水板的外露部分能自然下垂。
　　⑦打设过程中逐根做好施工原始记录。
　　⑧局部地段塑料排水板设计长度为28m，施工时由于接长加高了机架高度，在海上施工降低了安全程度，因此当风力大于6级应停止施工，且桩机与插板平台周边保持一定距离，以免平台倾斜过大。
　　施工质量控制问题：
　　1、排水板打设：穿板时不能碰伤，划破滤膜，不合要求的不能使用。打设速度与间距按设计要求调整好。塑料板需要接长时，应剥开滤膜使芯板顺槽搭接，搭接长度不小于300mm。然后包好滤膜再用钉板机钉牢。保持搭接处不进淤泥，芯子搭接不堵塞通道。插完后排水板露出碎石垫层面不能小于400mm。因此应时深测水深，根据水深调整割刀长度。
　　2、间距误差及控制：间距误差不大于+50～-200mm，随潮位的涨落随时调整锚链，使船只停留原位，由导杆的移位保证插板间距、船位桩位定设准确，确保桩位平面尺寸误差+50～-200mm。
　　3、回带误差及控制：回带误差不大于300mm，回带率小于5%，如若超过，除检查桩靴是否磨损需更换外，应在旁边补打一根。
　　4、排水板回带控制办法：施工凭振动头插到底后向上提拔沉管时，如果回带，则排水板带在沉管口不移动，等到排水板带移动，量一下沉管上提高度，此高度也就是回带长度;如果回带超过300mm，则应在旁补打一根。
　　5、随时调整桩机沉管垂直度，控制垂直度偏差≤1.5%。
　　6、深度控制：海上作业一般要求10min观察潮位标，调整一次导管入水深度，涨潮时逐一加长导管入水深度，退潮时逐一减少导管入水深度，始终保持导管入土浓度不变。
　　7、随时检测水深，调整沉管入水深度，在桩机主杆上准确画上刻度线，使桩长控制一目了然。
　　8、塑料排水板海上施工的基本要求：
　　可归纳为六个字，即插板要“准”、“匀”、“深”、“直”、“通”、“快”，分别简释如下：
　　①“准”：即插板船的定位要准，误差不大于+50～-100mm，套管定位误差0～-100mm。
　　②“匀”：桩与桩之间的间距要匀，误差不超过+50～-200mm。
　　③“深”：要达到设计深度，回带不能超过300mm，回带率不得超过5%。
　　④“直”：即导杆要调整好垂直度，打设深度在10～20m时，倾斜不能超过1.0%。
　　⑤“通”：即排水板与碎石垫层之间及整个排水系统要连通，排水系统的滤膜不能有破损，沟槽不能堵死，否则起不到排水作用。
　　⑥“快”：在保证质量的前提下，尽量提高打设速度，以缩短施工工期，提高经济性。
　　主要安全技术措施：
　　1、工人上船作业前进行三级安全教育，主要工种应持证上岗。
　　2、严禁未穿救生衣上船作业，机上操作人员必须戴好安全帽，高空作业须系好安全带。
　　3、不得酒后上岗，不得穿拖鞋及易滑的鞋在铁板平台上行走。
　　4、保持船体稳定，四角锚应牢固，船体漏水应随时补修。
　　5、台风来临时，施工船只在风力达到7级，浪高达到1m时，应停止作业，进行就地抛锚固定;当预报风力达到8级，浪高达到1.7～2.5m时，应做好随时撤退准备工作;当气象预报为风力达到九级或九级以上，风浪高达到2.5m以上时，船员应预先将船只驶进避风港湾内，并抛好锚，安全固定船只后，所有人员撤退到基地待命或岸上其他安全地方。
　　6、桩机行走及插板深度等应有限位装置。
　　7、丝绳磨损情况应做到心中有数，该更换的就更换，轧头固定情况应符合规范要求。
　　8、保证柴油机正常动作，随时检查柴油机机油、电缆线的完好程度。
　　6.原位观测成果分析：
　　根据《镇海发电厂3#贮灰场围堤工程原位测试实施细则》，对围堤工程在施工期分阶段进行了十字板强度试验，以了解地基在使用排水板进行处理后强度固结增长的情况。水科院在整个围堤施工过程中共进行了三次十字板强度试验，分别为：第一次，2000年4月原位观测设备埋设期间，围堤工程块石荷载尚未堆筑时，分别在二个测试断面内海侧进行了天然地基状态的十字板强度试验;第二次，2001年2月在围堤工程二个测试段块石荷载分别堆筑至�4.5m和�5.7m时再次进行十字板强度试验;第三次，2002年5月在围堤工程二个测试断面已施工完工时，再次进行了十字板强度试验;3+900测试段与2+100测试段各完成三孔十字板试验，共试验孔编号及位置见图1、2。现主要将第三次试验结果简单整理分析如下：
　　1、6孔十字板试验资料分别点绘于综合图3～图8。在第二次十字板试验时，即在堆载6～8个月时，�-9.0以下强度增长不明显，强度增长区域主要在�-9.0以上。而从本次试验成果中发现3+900测试段与2+100测试段地基强度增长较明显，增长区域也从原来的�-9.0以上扩展到整个揭露区。
　　2、本次3+900测试段十字板强度与上次试验结果比较，增长约10～40kPa，在�-9.0～�-12.0区域强度增长最明显，堤两侧约增长20kPa，堤中心位置约增长40kPa。其它位置约增长了10～15kPa。
　　3、本次2+100测试段十字板强度与上次试验结果比较，增长约15～25kPa，且堤中心位置增长稍长，增长幅度沿高程变化不大。
　　4、通过本次十字板强度试验资料初步整理分析说明，经过一年多的排水固结，地基强度增长状况良好，排水板加固处理达到了理想的效果。
　　注：仪器埋设期进行测试的十字板测点位置偏于内海，故所测强度可能比围堤原始地基强度稍大。
　　7.结论：
　　1、海上施工塑料排水板只要施工工艺正确、方法得当，质量保证措施得力，按照批准的施工技术方案认真实施，从2年多的原位观测结果表明质量是可以达到设计要求的。
　　2、从十字板试验资料分析，即使滩涂面在水面下达6米左右，使用塑料排水板进行地基处理也是可行的，效果也是不错的，只是固结时间较长，且在施工过程中要严格控制加荷速率。
　　3、在水深1.5～6.0米，风浪小于1.5米时，采用专门打桩船施工塑料排水板的施工工艺是可行的。