影响塑料排水板加固效果几个因素的分析

　　摘要：在实际工程中，对塑料排水板的加固效果影响最大的两个因素就是塑料排水的间距和深度。本文利用PLAXIS软件对同一种地质条件和相同施工工艺下的塑料排水板进行数值分析。
　　关键词：塑料排水板，间距，深度
　　引言
　　在软土地基中打入竖向排水体能够大大缩短土中孔隙水的排水路径，如果结合堆载或者真空预压，就可以在较短时间内提高地基的刚度和强度。在过去的十几年间，塑料排水板作为一种经济的竖向排水材料，在实际工程中得到了广泛的应用。但是采用现行理论计算的结果往往与实际监测结果有很大差异，因此，有必要对塑料排水板设计计算过程中需要注意的几个问题进行分析探讨，为设计人员提供参考。
　　1影响塑料排水板加固效果因素
　　随着塑料排水板在软土地基中的广泛应用，就其加固效果影响因素的研究也越来越深入。就国内外现有的研究来看主要包含了以下几个方面。
　　（1）塑料排水板的等效直径计算
　　塑料排水板的作用和设计计算方法与砂井排水法相同.设计时可把塑料排水板换算成相当直径的砂井。等效直径是塑料排水板设计的基本参数，仅取决于塑料排水板的表面积和形状，而与通水能力和材料无关。国内外众多学者对此均进行了大量的研究，所得的换算系数各不相同。
　　（2）塑料排水板的井阻作用
　　井阻作用的大小取决于塑料排水板的通水能力，而塑料排水板的通水能力在很大程度上取决于排水板的截面类型以及排水板滤膜的性能。它主要表现在塑料排水板截面类型的影响和滤膜的影响。
　　（3）塑料排水板的涂抹作用
　　插板机将塑料排水板插入土中时，插板机心轴对排水板周围的土产生扰动，这一扰动区域称为涂抹区。涂抹区土体由于受到扰动，渗透系数大大降低，影响了排水板的功能。有3个表征涂抹作用的参数：涂抹区直径、涂抹区的水平向渗透系数和竖向渗透系数。涂抹区范围和渗透系数随插板机的进程、心轴的形状和尺寸以及土体结构的变化而变化。其中菱形的心轴产生的涂抹作用最小；静压方式的比振动方式的涂抹作用小;软粘土中的涂抹作用比坚硬土层中大一些。
　　（4）砂垫层的作用
　　一般认为砂垫层没有水力阻力。如果砂垫层厚度超过0.5m或者选用的砂级配良好，这种假设对结果不产生影响。Chai等通过对路堤的反分析指出，如果砂垫层中砂的渗透系数小于，就会对排水板处理软土地基的性能产生不利影响。
　　在实际工程中，对于特定的地质条件和相同的施工工艺而言塑料排水板间距、处理深度、对其加固效果的影响较大。
　　2数值计算与分析
　　本文以泉州市海峡体育中心软弱淤泥加固实例，研究中应用PLAXIS软件对竖向排水板不同间距条件下的加固效果进行数值模拟，其中位移边界条件取为：（1）左右两边均为不透水边界，且只有垂直沉降，无水平位移;（2）顶面为自由边界;（3）底面为固定边界。
　　在本购模型的选择上，选用Mohr-Coulomb模型（弹塑性模型）进行模拟分析。Mohr-Coulomb模型所需要的五个参数分别为：杨氏模量E，泊松比，内摩擦角，内聚力c和剪胀角。本文中Mohr-Coulomb模型参数取值如表1所示。
　　
　　（1）排水板间距对加固效果的影响：
　　有限元分析过程中考虑以下四种排水板布置方式：（1）不打设排水板（2）排水板打设深度10.0m，间距2.0m（3）排水板打设深度10.0m,间距1.5m（4）排水板打设深度10.0m，间距1m。
　　有限元网格单元采用15节点三角形单元，该单元提供4阶位移插值，数值积分采用12个高斯点（应力点）。有限元网格剖分，网格靠近荷载区域划分较密，往远处逐渐稀疏。
　　有限元分析软弱淤泥网格剖分及地表沉降曲线如图1所示。
　　
　　图4-1排水板间距2.0m、1.5m，有限元模拟网格剖分
　　在实际工程中我们常常利用减小排水板的间距来缩短工期，较少加固时间。但是一味的减小塑料排水板的间距也不一定能达到我们所需要的结果，而且也对施工不利。在文中的工程中当间距小于0.8m时实测的曲线与理论计算曲线出现了比较大的差距，说明此时在缩小排水板间距对加固时间的缩短效果较明显。因此在工程中应根据实际情况选择合适的排水板间距。间距太小，施工时排水板周围的土体受到扰动，地基土的强度和固结系数都有一定程度的降低，会引起总沉降的增加。间距选取过大，则起不到缩短固结时间的效果。
　　
　　图4-2排水板不同间距条件下地表沉降曲线
　　（2）考虑塑料排水板深度对加固效果的影响
　　塑料排水板属于深层排水处理措施，其打设深度直接影响着土体的加固效果。一般应达到处理软土层的底层，即贯穿整个软土层。若软土层较厚（如超过建筑物底宽的2倍时），排水通道的打设深度为1/2建筑物底宽，但排水板必须穿过土体稳定性计算的弧形滑动面至少2m。在实际工程中可以看出，在固结度较小时，不同深度对固结度影响很小，但是在处理区固结完成以后，较小处理深度的固结度提高十分缓慢。加大处理深度对土体固结均有比较明显的加速作用。在工程实践中，在施工能力许可的情况下，应优先考虑加大处理深度，这比较小排水体间距的排水效果好。
　　但是这并不意味着排水板的深度可以任意选取。其深度的选择和土层分布、地基中附加应力的大小等因素有关。当软粘土层较浅时，应打穿软土层。当粘土层较厚使，可以先确定某一排水板的深度、直径和间距。通过对沉降和固结度的计算，判断预压期满后的剩余沉降量是否能满足建筑的要求，若不能，则重新假定，直到满足位置。
　　本文同样采用PLAXIS有限元软件针对不同排水板打入深度进行了工程分析。分析过程中考虑以下两种排水板打入深度：（1）排水板打设深度10.0m，间距2.0m（2）排水板打设深度10.0m，间距2.0m。
　　有限元分析软弱淤泥网格剖分及地表沉降曲线如图2、3所示。
　　
　　图4-2排水板打入深度有限元模拟网格剖分图4-3排水板不同打入深度条件下地表沉降曲线
　　3结论
　　（1）采用现有的理论解进行设计计算时，往往和实测情况有很大差异，这主要是因为试验室内条件和现场条件不一致导致的，解决方法是在设计计算时尽可能考虑到期料排水板计算中要注意的几个问题。
　　（2）在固结度较小时，改变塑料排水板的间距对固结度影响较大，间距小，固结快。对与特定的处理深度，当处理区固结完成后，固结度的提高与间距无关，且固结过程相当缓慢。
　　（3）在固结度较小时，不同处理深度对排水效果影响不大，在处理区固结完成后，处理深度对固结度影响很大，增大处理深度比减小间距加速固结的效果好得多。因此，在施工能力允许的条件下，应优先考虑加大处理深度。
　　（4）在实际的工程中，塑料排水板的间距与深度的选取要考虑工期、施工能力及非理想性等因素，综合考虑才能达到经济合理的目的。
　　
　　参考文献：
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