塑料排水板在海上的施工及應用

　　1.工程概況： 　　鎮海發電廠3#貯灰場是省電力公司及鎮海發電有限責任公司的重點技改項目。設計標準為二級貯灰場，即按20年一遇潮位加20年一遇波浪組合設計，按百年一遇潮位加20年一遇波浪組合校核。百年一遇高潮位5.26米，二十年一遇高潮位4.81米。貯灰場工程位于寧波市鎮海區后海塘甬江口西側的灘涂上，布置于鎮海發電廠1#及2#貯灰場第一段外側。圍堤東起鎮海港區圍堤，西至工農閘排水渠附近。圍堤布置呈L型，主堤長4464米，折堤長811米，主折堤連接段長150米，主堤總長5425m，施工交通堤長1807米。灰場貯灰量9.98×106m3，灰場圍涂面積2.95×106m2，使用年限為15年。圍堤堤頂高程7.50，防浪墻頂高程9.00，堤頂寬5m;堤底最寬處為103.81m，布置在吳淞高程0.5～-1.10的灘涂上，壩體為堆石壩，外坡采用1.5噸C20砼空心方塊護面，內坡為干砌石護坡，防浪墻為C20素砼。由于地質條件較差，圍堤地基采用鋪設土工編織布、碎石墊層及加打塑料排水板的方法進行處理。海上施工塑料排水板達到221萬延米。該分項工程質量監理評定優良。
　　2.工程地貌及地質條件：
　　工程位于0.5～-1.1的灘涂上，平均坡度為14%，因周邊海堤影響，該區形成為回水淤積區，屬淤漲型海涂。
　　根據工程地質資料，地基土主要組成如下：
　　①層浮泥：黃灰色、灰色，飽和，流塑，呈流體狀，以淤泥為主，混少量砂性土，土質均勻性差。屬欠固結土，具高靈敏度，高壓縮性。層厚0.8～3.2m，層底標高-3.5～1.3m。
　　②層淤泥質粉質粘土：灰色、飽和，流塑，高壓縮性，層厚3～8m，局部大于8m，層間夾粉土薄膜或微薄層，局部夾有0.2～0.5m厚的粘土層，層厚0.9～8.6m，層底標高-11.26～-0.1m。
　　③層粉土：灰色，灰綠色，稍密～中密，中壓縮性，略具層理，局部為粉質粘土，層厚1.3～10.6m，層底標高-10.96～-4.89m。
　　④層淤泥質粘土：灰色，飽和，流塑，高壓縮性，微薄層理狀，層厚1～3m，局部大于4m，層間夾粉土薄膜，層厚5.8～20.7m，層底標高-27.36～-12.18m。
　　⑤層粉細砂：青灰色～灰色，飽和，稍密～中密，局部粉質粘土含量較多，層厚為15.8～17.4m，層底標高-37.09～-31.11m。
　　⑥層淤泥質粘土：灰色，飽和，流塑，高壓縮性，薄層狀，層厚1～3m，少量大于4m，層間夾粉土薄膜，層厚23.5m，層底標高-49.02m。
　　地震烈度為VI度。
　　3.水文、潮汐特征表：
　　項目
　　單位
　　數值
　　出現日期
　　歷年最高潮位
　　m
　　5.22
　　1997.08.18
　　歷年最低潮位
　　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
　　歷年最大潮差
　　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
　　平均漲潮歷時
　　h
　　6：18
　　平均滯潮歷時
　　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.塑料排水板質量控制：
　　4.1 性能及質量要求：本工程塑料排水板采用槽型土工聚合物排水帶，塑料排水板的型號為C型。十字筋形芯板的原料為以高壓聚乙烯為主體的塑料，外裹的無紡布濾膜的包裹方式采用粘合型。由于本工程地基土的含水量大、抗剪強度低、工程地質條件差，并且工程的施工條件較差，因此，為保證地基排水固結而增加地基土的抗剪強度，確保工程的安全，采用了杜邦濾膜。排水板的主要性能指標要求如下：
　　寬度：100±2.0mm
　　厚度：≥4.5mm
　　縱向通水量：≥60cm3/s
　　復合體抗拉強度：≥1.5KN/10cm
　　復合體延 伸 率：<10%
　　復合體每米質量：120g/m
　　濾膜質量：120g/m2
　　濾膜滲透系數：≥5×10-4cm/s
　　濾膜抗拉強度：干態≥60N/cm
　　濕態≥63N/cm
　　濾膜 等效 孔徑O98： <0.075mm
　　塑料排水板芯槽齒應無倒伏現象，板芯材料必須透明、無孔洞、無氣泡且表面必須平滑。塑料排水板芯板外包濾膜應緊貼平整，無皺折和松套現象，粘合縫必須連續，縫寬為5±1mm。濾膜纖維分布必須均勻，無毛絮。
　　4.2 排水板到貨驗收：必須加強現場檢查驗收，每批排水板必須附有廠方合格證及性能自檢報告，每卷排水板應有良好的包裝，卸裝運輸中沒有破損，每批貨到現場后，必須抽取5卷排水板進行外觀檢驗，另抽取一組進行性能檢驗，檢驗合格者方能用于施工。塑料排水板的其它質量及檢驗要求應嚴格按照交通部JTJ/T257-96《塑料排水板質量檢驗標準》執行。 　　5.海上排水板施工：
　　設計要求插板須穿透第④層，板端進入下臥第⑤層或第⑥層，插板的深度根據插板沉管的阻力由現場嚴格掌握。實際施工中插板的深度，要求結合地質勘測資料來詳細劃分以確定每一船位的插打深度。
　　海上作業特點：
　　要求工作平臺有足夠的浮性和穩定性，使導管插入拔出對工作無影響，導桿移邊工作時不造成平臺傾斜或顛覆，并要求水下剪板。
　　水深看不到灘涂面，看不準樁位，不能直接放樣決定樁位，只能依靠其他標志船定船位，由工作臺導桿移動來控制樁位，要求工作平臺盡量大，平臺一次定位打設的排水板根數盡量多，以減少間距誤差。
　　風多浪大要求整機重心低、穩定性好，有足夠的抗風抗浪性。風浪大會造成導桿傾斜，影響排水板垂直度。露在外面的排水板隨風漂動，使濾膜破損，甚至折斷，亦需保護。
　　潮漲潮落水位呈周期性變化。導桿按同一深度貫入亦呈周期性變化，深淺不一，要求隨時觀測水位，調整導管的貫入深度，使排水板入土深度不變。退潮時還可能使船只擱淺，在擱淺時雖可繼續打設排水板，但移動船位需待潮水上漲，這樣造成了工作的間隙性。
　　海底面不平整，海拋的碎石墊層通常也不平整。在退潮后有時會擱淺，造成平臺傾斜，要求事先對碎石墊層進行粗平，并配備導桿垂直度調較裝置。
　　離岸距離遠，要求配備發電機及一些生活設施。
　　海水具有腐蝕性，對平臺設備要有防腐蝕措施。
　　機械設備選擇：
　　本工程采用的機械型號為HZ25/250型，該機械主要性能：
　　插設深度可達到25m以上。
　　導架可調整樁架垂直度，保證排水板入土垂直度。
　　 配有塑料排水板施工質量檢驗自動記錄及監控系統，該系統能自動記錄塑料排水板施工過程中的以下數據：施工日期、時間、樁號，每根樁的插入深度，涂面水深，回帶長度和實際插入深度，每天施工完成可累計樁數，總工程量所有數據存入儲存器;本系統數據的自動記錄及數據記錄采用先進的FVASHPZROM非易損性記憶體，保證記錄數據的安全、可靠性，該系統克服了以前由人工在機架上目測，記號的記錄方法，這就可以避免在施工過程中，由于施工管理人員質量意識不強造成長度不足或嚴重回帶，甚至有意識的偷工減料行為。塑料排水板的插入深度和回帶長度是無法進行事后檢測的，所以在施工過程中，采用可靠的質量保證是非常重要的，也是十分關鍵的，該系統當排水板插入深度達不到設計要求或回帶長度大于設計值時，監控系統能及時報警，以便操作人員迅速、及時處理、保證施工質量。
　　主要技術系數
　　型號適用范圍
　　HZ25/250型插板船、可浮水定位浮水插設，也可露灘插設，適用于高潮位時，水深大于船只吃水深度
　　打設方法
　　振動錘法
　　套管型式及直徑
　　O型133m
　　每次打設根數
　　1根
　　最大打設深度
　　≥25米
　　打設速度
　　180s/根
　　施工能力
　　600m/h
　　臺班產量
　　240根
　　施工方案：
　　1.插打部署：
　　插板機械：插板要有專門的水上插板船進行施工，插板船必須具有導桿縱橫移位及垂直度調整裝置、定位瞄準裝置、打設深度指示裝置、回帶指示裝置，導管的斷面應盡可能與排水板形狀相適應。采用圓形導管插板，100mm排水板的導管外徑不大于133mm，以減少插板時對周圍上體的擾動及涂抹作用，保證排水效果。導管的驅動應采用靜壓振動，切忌采用沖擊及水沖法。船頭方向垂直主壩軸線定位作業，每一船位寬的斷面需要施工2～3個船位。
　　2.船只定位放樣：
　　①根據設計圖紙，定出插板船定位控制樁，控制樁距壩內側的第一排排水板5m，每樁間距18.2m。
　　②根據定位控制樁在灘涂上插定每船位的縱、橫移動樁位，并打設引樁，隨時校對艙位邊線樁。
　　③在插板船上標定二個定位點，利用測繩及定位控制樁確定插板船的位置。
　　施工工藝：
　　本次使用回收樁靴法施工，沉管底部由樁靴密封，樁靴由鐵鏈固定。
　　此工藝已試驗成功，如臺亞公司已施工了近300萬延米塑料插板，因此可在此基礎上進行吸收、總結，取長補短，并進一步制訂出施工質量控制標準，在推廣的同時進一步促進施工工藝的成熟。
　　施工方法及各道工序的質量控制：
　　①施工工藝流程：復核定位標志樁→船體定位→樁機就位→裝帶及樁靴→沉管下沉至設計底標高→沉管上提到碎石面層上約1m→自動割帶系統操作→提沉管至水面，重新裝帶→檢查并記錄打設情況→樁機移位，重復定樁位。
　　②復核定位樁：在定位樁與船體之間系上測繩，并計算每船與定位樁之間的距離，使船體定位準確。船體平行堤軸線布置。船頭、船尾各拋二頭八字錨，錨纜繩長度為100m，采用絞錨機進行調整船體位置。設計塑料排水板為正方形布置，間距為1.4m，插板船凈空間為長29.9m寬12.2m，每船定位后可插打排水板189根。并且，每10分鐘根據潮的漲落調整錨纜，確保施工時塑料插板的平面位置準確。移船定位偏差不宜超過±50mm，并在船上標出樁位，即在插板船的船體橫梁上按樁位尺寸標好刻度，而插板樁機可在船體平臺上前后左右移動。
　　③為確保打設長度用垂球隨時檢測水深，以便控制打設深度，每插完一排塑料排水板，測量一次水深，調整一次沉管的入水深度。回帶長度的控制主要有二方面：一方面要做好樁靴與沉管出口的密封，防止淤泥等進入沉管引起回帶;另一方面觀測沉管上口與排水板有沒有相對位移。施工時必須嚴格控制回帶長度，回帶長度不得大于300mm，且回帶的根數不得大于總根數的5%，如果超過標準，一般在鄰近45cm處補打一根。 　　④排水板上拔后，水下剪帶系統操作，水下剪帶采用軟軸鋸片法。排水板一卷用完后，采用釘書釘搭接，要求搭接長度≥20cm并做到表面平整，且接頭的質量應符合《塑料排水板施工規程》的規定。
　　⑤定位后必須調整導管的垂直度后進行插板施工。施工過程中，隨時調整樁機垂直度，要求垂直度誤差≤1.5%。導桿沿平臺邊作業時，應隨時調整垂直度，達不到要求時應減少邊沿打設根數。擱灘作業時，亦應及時調整垂直度，達不到要求時不能施工。導管的傾斜度與打設的深度有關，一般10～20m時不大于1.0%。
　　⑥為防止排水板打設過程中出現扭結現象，在沉管下沉時，用人工拉緊排水板。為減少海水中的泥土堵塞排水板頭的排水，在剪帶時外露長度應長于40cm，使排水板的外露部分能自然下垂。
　　⑦打設過程中逐根做好施工原始記錄。
　　⑧局部地段塑料排水板設計長度為28m，施工時由于接長加高了機架高度，在海上施工降低了安全程度，因此當風力大于6級應停止施工，且樁機與插板平臺周邊保持一定距離，以免平臺傾斜過大。
　　施工質量控制問題：
　　1、排水板打設：穿板時不能碰傷，劃破濾膜，不合要求的不能使用。打設速度與間距按設計要求調整好。塑料板需要接長時，應剝開濾膜使芯板順槽搭接，搭接長度不小于300mm。然后包好濾膜再用釘板機釘牢。保持搭接處不進淤泥，芯子搭接不堵塞通道。插完后排水板露出碎石墊層面不能小于400mm。因此應時深測水深，根據水深調整割刀長度。
　　2、間距誤差及控制：間距誤差不大于+50～-200mm，隨潮位的漲落隨時調整錨鏈，使船只停留原位，由導桿的移位保證插板間距、船位樁位定設準確，確保樁位平面尺寸誤差+50～-200mm。
　　3、回帶誤差及控制：回帶誤差不大于300mm，回帶率小于5%，如若超過，除檢查樁靴是否磨損需更換外，應在旁邊補打一根。
　　4、排水板回帶控制辦法：施工憑振動頭插到底后向上提拔沉管時，如果回帶，則排水板帶在沉管口不移動，等到排水板帶移動，量一下沉管上提高度，此高度也就是回帶長度;如果回帶超過300mm，則應在旁補打一根。
　　5、隨時調整樁機沉管垂直度，控制垂直度偏差≤1.5%。
　　6、深度控制：海上作業一般要求10min觀察潮位標，調整一次導管入水深度，漲潮時逐一加長導管入水深度，退潮時逐一減少導管入水深度，始終保持導管入土濃度不變。
　　7、隨時檢測水深，調整沉管入水深度，在樁機主桿上準確畫上刻度線，使樁長控制一目了然。
　　8、塑料排水板海上施工的基本要求：
　　可歸納為六個字，即插板要“準”、“勻”、“深”、“直”、“通”、“快”，分別簡釋如下：
　　①“準”：即插板船的定位要準，誤差不大于+50～-100mm，套管定位誤差0～-100mm。
　　②“勻”：樁與樁之間的間距要勻，誤差不超過+50～-200mm。
　　③“深”：要達到設計深度，回帶不能超過300mm，回帶率不得超過5%。
　　④“直”：即導桿要調整好垂直度，打設深度在10～20m時，傾斜不能超過1.0%。
　　⑤“通”：即排水板與碎石墊層之間及整個排水系統要連通，排水系統的濾膜不能有破損，溝槽不能堵死，否則起不到排水作用。
　　⑥“快”：在保證質量的前提下，盡量提高打設速度，以縮短施工工期，提高經濟性。
　　主要安全技術措施：
　　1、工人上船作業前進行三級安全教育，主要工種應持證上崗。
　　2、嚴禁未穿救生衣上船作業，機上操作人員必須戴好安全帽，高空作業須系好安全帶。
　　3、不得酒后上崗，不得穿拖鞋及易滑的鞋在鐵板平臺上行走。
　　4、保持船體穩定，四角錨應牢固，船體漏水應隨時補修。
　　5、臺風來臨時，施工船只在風力達到7級，浪高達到1m時，應停止作業，進行就地拋錨固定;當預報風力達到8級，浪高達到1.7～2.5m時，應做好隨時撤退準備工作;當氣象預報為風力達到九級或九級以上，風浪高達到2.5m以上時，船員應預先將船只駛進避風港灣內，并拋好錨，安全固定船只后，所有人員撤退到基地待命或岸上其他安全地方。
　　6、樁機行走及插板深度等應有限位裝置。
　　7、絲繩磨損情況應做到心中有數，該更換的就更換，軋頭固定情況應符合規范要求。
　　8、保證柴油機正常動作，隨時檢查柴油機機油、電纜線的完好程度。
　　6.原位觀測成果分析：
　　根據《鎮海發電廠3#貯灰場圍堤工程原位測試實施細則》，對圍堤工程在施工期分階段進行了十字板強度試驗，以了解地基在使用排水板進行處理后強度固結增長的情況。水科院在整個圍堤施工過程中共進行了三次十字板強度試驗，分別為：第一次，2000年4月原位觀測設備埋設期間，圍堤工程塊石荷載尚未堆筑時，分別在二個測試斷面內海側進行了天然地基狀態的十字板強度試驗;第二次，2001年2月在圍堤工程二個測試段塊石荷載分別堆筑至?4.5m和?5.7m時再次進行十字板強度試驗;第三次，2002年5月在圍堤工程二個測試斷面已施工完工時，再次進行了十字板強度試驗;3+900測試段與2+100測試段各完成三孔十字板試驗，共試驗孔編號及位置見圖1、2。現主要將第三次試驗結果簡單整理分析如下：
　　1、6孔十字板試驗資料分別點繪于綜合圖3～圖8。在第二次十字板試驗時，即在堆載6～8個月時，?-9.0以下強度增長不明顯，強度增長區域主要在?-9.0以上。而從本次試驗成果中發現3+900測試段與2+100測試段地基強度增長較明顯，增長區域也從原來的?-9.0以上擴展到整個揭露區。
　　2、本次3+900測試段十字板強度與上次試驗結果比較，增長約10～40kPa，在?-9.0～?-12.0區域強度增長最明顯，堤兩側約增長20kPa，堤中心位置約增長40kPa。其它位置約增長了10～15kPa。
　　3、本次2+100測試段十字板強度與上次試驗結果比較，增長約15～25kPa，且堤中心位置增長稍長，增長幅度沿高程變化不大。
　　4、通過本次十字板強度試驗資料初步整理分析說明，經過一年多的排水固結，地基強度增長狀況良好，排水板加固處理達到了理想的效果。
　　注：儀器埋設期進行測試的十字板測點位置偏于內海，故所測強度可能比圍堤原始地基強度稍大。
　　7.結論：
　　1、海上施工塑料排水板只要施工工藝正確、方法得當，質量保證措施得力，按照批準的施工技術方案認真實施，從2年多的原位觀測結果表明質量是可以達到設計要求的。
　　2、從十字板試驗資料分析，即使灘涂面在水面下達6米左右，使用塑料排水板進行地基處理也是可行的，效果也是不錯的，只是固結時間較長，且在施工過程中要嚴格控制加荷速率。
　　3、在水深1.5～6.0米，風浪小于1.5米時，采用專門打樁船施工塑料排水板的施工工藝是可行的。