富水區(qū)域軟基處理施工技術研究

陳成 趙磊 黃程

摘 要：以武深高速項目施工為背景，針對地下水豐富、軟基處理困難的特點，采取了排水、隔水、降水相結合的施工方法，將地表水及上層滯水排到兩側排水溝，通過隔水膜結合黏土防滲墻阻隔了施工區(qū)域外的地下水滲透到施工區(qū)域內，同時在施工區(qū)域內采用高真空擊密法進行軟基處理，保證了軟基處理的快速高效完成。

關鍵詞：排水;隔水;降水;黏土防滲墻;高真空擊密

中圖分類號：U416? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）07-0112-03

淤泥、淤泥土和沖刷土等土壤具有含水量大，壓縮性強，強度低，透水性差等特點，不利于工程。目前，這些基礎上的建筑物的建設不斷擴大，不可避免地存在工程問題，如承載能力不足，沉降差異過大，沉降時間長，因此在此類軟土地基區(qū)域施工前必須進行軟基處理，尤其是水的處理十分重要。如何大面積快速有效地降低路基施工范圍的地下水位是當前富水區(qū)域路基施工面對的重要而現(xiàn)實的問題。

1 概述

武深高速公路是由武漢市向深圳市修建的一條縱向線路，該區(qū)域年平均降雨量1223～1494毫米。該區(qū)域地表水主要為水塘、水溝，補給方式為降雨，排出方式為地表徑流及人工用水，水量受氣象條件及人工影響明顯。

該線的特殊地質主要是軟土和填土。 軟土表層是通過溝渠，魚塘和藕塘段的淤泥土。其厚度較大，分布較連續(xù)，易產生土體壓縮位移而導致路基沉降;路線經過路段多為農田，表層0.4～0.8 米為含植物根系的種植土，經過人工耕種對其有擾動，局部存在建筑垃圾為主的填筑土，多為松散欠固結;此外，在粉質粘土層中有一層柔軟的塑料粉質粘土，具有中等偏高的壓縮性。

2 總體思路

采用排、隔、降水相結合的處理方式，在路基施工范圍外側開挖兩條排水溝，用于排除表層水及上層滯水，在排水溝外側另行設置一道隔水防滲墻，用于阻隔施工區(qū)域外的地下水通過透水層流入施工區(qū)域內，在軟基處理范圍內采用高真空擊密法進行降水處理，最終把軟基施工范圍內一定深度的地下水排除，并采用夯實擊密的方法對地基進行加固處理。

3 施工工藝

3.1排水

首先將路基開挖至路床底標高30厘米以上，預留沉降量，然后在路基施工范圍的兩側分別挖設排水溝，使地表水匯入排水溝，然后每間隔100米設置一座集水井進行抽排。

3.2隔水

3.2.1黏土防滲的特點

一般情況下，采用黏土防滲對比于其他防滲材料而言，對地基基礎的要求較低，地基產生細微變形時，黏土在重力作用下自身可以愈合，若當?shù)赝亮县S富、基礎覆蓋較深，可以使用黏土進行防滲。黏土防滲的特點：黏土為當?shù)夭牧?，就近取用，工程成本相對不高，黏土施工相對于瀝青混凝土、鋼筋混凝土等，施工工藝簡單，施工設備投入較少且為常規(guī)設備，黏土防滲對地基要求不高，開挖量相對減少。

3.2.2隔水膜結合黏土防滲墻結構設計

隔水膜與粘土防滲墻結構相結合，由下支撐層，隔水膜防滲層和上防滲保護層組成。隔水膜與粘土防滲墻結構相結合的任務是研究防水膜與粘土防滲墻及其下支撐層相結合的結構形式和排列。確定每層結構的技術參數(shù)，包括材料，級配，厚度，滲透率，壓實參數(shù)等，提出詳細的施工技術和施工技術要求。

3.2.2.1 下部支持層設計

隔水薄膜與粘土防滲墻下支撐層相結合，應具備以下功能：①具有一定的承載能力，以滿足施工和運行期間的傳遞荷載要求; ②具有合適的粒徑，形狀和級配，確定最大粒徑，以避免防水膜在高水壓下破裂。隔水薄膜應鋪設在嚴密的基礎上，表層應平整。與膜接觸的層是致密的細土層，并且表層需平整。根據(jù)可行性研究階段的現(xiàn)場軋制試驗的結果，當隔水膜的下支撐層是順直的粘土層時，上粘土對隔水膜的損壞相對較小。

3.2.2.2隔水膜防滲層設計

該項目防滲要求高，使用的隔水膜很厚。若使用復合土工膜，在膜布熱復合后，在兩側未復合的地方會發(fā)生很大程度的起皺;另一方面，復合疏水膜的質量低于光膜的質量，并且表面缺陷多于光膜。因此，防水膜防滲層應由厚度為0.5毫米的聚乙烯制成。

3.2.2.3上部防滲、保護層設計

為了避免紫外線照射，高溫和低溫損壞，生物破壞和機械損傷對隔水膜表面造成的破壞，應在隔水膜的上部設置保護層。該工程采用組合防滲形式，隔水膜上部填筑一定厚度（具體厚度根據(jù)開挖構深定）的黏土，它既可起到保護層的作用，又可起到壓重作用，形成隔水屏障。

3.2.3隔水膜結合黏土防滲墻現(xiàn)場施工工藝

3.2.3.1場地試開挖、水量測量

從水位觀測數(shù)據(jù)（見圖1）來看，場地內水位回升受1.8米深處夾砂透水層影響比較大，在開挖后7個小時內水位回升速度比較快，21小時后水位穩(wěn)定，水位埋深約1.2米。

由此可見，本項目場地的封水措施尤其重要。封水措施是決定排水效果的關鍵，故在地基處理前，除了常規(guī)的截水措施外，還應增加挖溝埋設隔水薄膜結合黏土隔水墻的隔水措施。

3.2.3.2隔水防滲墻布置

因吹填砂層的滲透性很好，必須在處理邊線外側設置隔水措施（見圖2），否則外圍的水會倒灌進場地內，影響開挖區(qū)的排水效果。同時考慮到開挖砂層為流砂，一般的隔水措施施工難度很大，故本項目的隔水措施可采用黏土防滲隔水墻，即在開挖邊線外側設置黏土密封墻，密封墻采用黏土換填流砂，寬度2.5米，深度要求穿透流砂層并進入到原狀土層中0.5米，滿足隔水深度要求。

3.2.3.3隔水膜結合黏土防滲墻施工方法

在路基處理邊線以外約8米處，有已經開挖的排水溝，隔水薄膜埋設在已有外側排水溝的內坡。在試驗區(qū)四周都埋設隔水薄膜，因場地內開挖面以下約2米左右有一層50厘米厚的夾砂層，隔水薄膜要求埋設在流砂層層以下50厘米。

每次挖深達到7～8米時，工人將膜埋入一次。若發(fā)生坍塌導致無法埋膜時，使用臥管頂住膜底以確保膜可以埋在溝槽的底部

當隔水膜被埋好后，挖掘機在坍塌之前迅速回填少量粘土，使膜底固定，然后另一臺挖機先慢后快的方式回填黏土。

隔水膜搭接處理：因隔水膜每100米一段，要四周隔水效果達到最佳效果，每段隔水膜銜接段不能滲水，每段薄膜預留8到10米搭接確保不能從中間滲水。

3.3降水

高真空擊密法施工工藝流程如圖3：

3.3.1高真空排水施工

根據(jù)現(xiàn)場水層的分布情況采用深層和淺層高真空管分層布置，深管間（3.5～4.0m）×3.5m，長度6m，淺管間距（3.5～4.0m）×3.5m，長度3～4m，淺管針對1.5米處砂層降水，深管針對3.5米處承壓水層降水。

真空管按優(yōu)化參數(shù)布置，真空管為3m和6m，間距為（3.5～4.0m）×3.5m。在施工過程中，根據(jù)信息化施工條件調整施工參數(shù)。真空設備采用新型節(jié)能真空泵，高真空排水系統(tǒng)由臥管和真空降水管兩部分組成。

使用Φ32鋼管，下入口孔包裹兩層尼龍滲漏膜形成真空管。臥管采用Φ50PVC管。臥管與真空管之間采用內纏鋼絲軟膠管連接，連接的接頭應緊密。

當真空系統(tǒng)運行時，確保不間斷抽水并設置兩組電源，正常的出水規(guī)律為“先大后小，先渾后清”。在運行過程中應及時觀察，若出現(xiàn)異常，應立即檢查，發(fā)現(xiàn)問題后及時改正。

在真空管口處設置保護措施，避免雜物掉到井管內。

為避免濾網(wǎng)被破壞，在放置真空管前，需仔細檢查，確保濾網(wǎng)完好無損。

高真空成孔采用機械震動插管式成孔，植入真空管后，利用機械震動，讓1.5米處砂層的砂落入真空管濾段外側，形成砂濾層，增強排水效果。

深管成孔時，對濾段采取針對性設置，先探明承壓水的位置，保證濾段正好位于承壓層，有效排除承壓水。

3.3.2高真空排水技術要求

（1）根據(jù)給定的參數(shù)布置真空管，在施工過程中根據(jù)信息化施工情況調整施工參數(shù)。

（2）真空設備采用新式節(jié)能真空泵。

（3）高真空排水系統(tǒng)由臥管和真空降水管組成。

（4）使用Φ32鋼管，下入口孔包裹兩層尼龍滲漏膜形成真空管。臥管采用Φ50PVC管。臥管與真空管之間采用內纏鋼絲軟膠管連接，連接的接頭應緊密。

（5）當真空系統(tǒng)運行時，確保不間斷抽水并設置兩組電源，正常的出水規(guī)律為“先大后小，先渾后清”。在運行過程中應及時觀察，若出現(xiàn)異常，應立即檢查，發(fā)現(xiàn)問題后及時改正。

（6）真空管口設置保護措施，避免雜物掉入井管內。

（7）為避免濾網(wǎng)被破壞，放置真空管前，需仔細檢查，確保濾網(wǎng)完好無損。

3.3.3強夯擊密施工

高真空排水一段時間后、觀測地下水位降至地面以下2米后進行第一遍點夯擊密。第一遍擊密完成后進行第二遍、第三遍排水擊密施工，每遍排水時間約4～7天。

點夯擊密：第一遍點夯擊密，夯擊能量1000～1200kN·m，夯擊次數(shù)1～2次;第二遍點夯擊密，夯擊能量1200-1300kN·m，夯擊次數(shù)2～3次，兩遍點夯的夯點位置均按照梅花形布置;第三遍點夯，夯擊能量1200～1400kN·m，夯擊次數(shù)2～3次，夯點位置與第一遍相同。

每遍擊密時間：第一遍擊密在排水后5～6天開始，水位要求降低至原地面以下2～2.5米（處理面以下約1米）;第二遍和第三遍擊密時間相隔4～5天。

具體能量和擊數(shù)可在每遍施工時根據(jù)試夯情況調整。每遍點夯擊密后根據(jù)現(xiàn)場信息化反饋資料分析，結合現(xiàn)場情況判斷處理效果，并調整施工參數(shù)。

滿夯擊密：滿夯能量600kN·m，夯擊次數(shù)為1次，錘印應搭接1/4錘徑。

施工過程是信息化施工過程，在施工之前到現(xiàn)場做前期摸探，了解土性，在施工過程中根據(jù)信息化施工情況調整真空管布置參數(shù)以及每遍擊密間的排水時間，夯擊遍數(shù)、夯擊能量、擊數(shù)，在操作過程中需要根據(jù)處理效果調整相關參數(shù)。

考慮天氣、質量與進度要求，質量控制要點如下：

（1）水位明顯下降，土體含水量基本達到可密實要求，方可進行強夯，強夯時，應有明顯密實感，無明顯彈簧現(xiàn)象。

（2）強夯后不得在強夯工作出現(xiàn)碗狀深坑，碗狀深坑（>0.5米）下雨易積水，容易造成交工面彈簧現(xiàn)象。

（3）地基處理面以下0.3～0.7米有一層粉砂夾層，盡量把該粉砂夾層通過高真空擊密處理成一層完整的超固結硬殼層，所以擊密施工時應注意：宜小間距（3～3.5米）淺坑（<0.5米）強夯，不宜大間距（7～8米）深坑（>0.5米）強夯。

（4）強夯時，如出現(xiàn)彈簧、隆起、效果不明顯現(xiàn)象，應立即查找原因，然后調整強夯參數(shù)，強夯參數(shù)調整包括：遍數(shù)、間距、能量、擊數(shù)等。

4 結語

在高地下水位區(qū)域進行軟基施工時綜合運用排、隔、降水的方式對軟基進行處理，效果良好，既縮短了工期，又降低了成本，有效解決了富水區(qū)域軟基處理困難的難題，為高地下水位富水軟基降排水施工處理提供了新的方法工藝及思路。

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