堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法的應(yīng)用

趙 柯 郭鵬舉

（中交水利水電建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315200）

1 引言

玉海東路工程路面荷載等級為BZZ-100，在施工樁號K1+360～K1+580有一個長220m、寬度超過300m的大魚塘。魚塘最深處高程為-3.47m，原地面標(biāo)高為2.1m，道路紅線寬34m，而我部需要新建一條市政道路從中間橫穿此魚塘。由于當(dāng)前塘渣供應(yīng)比較困難，而且施工便道只能從施工樁號K4+360開始填筑2 780m，考慮到后續(xù)工序，真正能用于大魚塘段路面結(jié)構(gòu)施工的工期只有4個月。我部對此路段進(jìn)行地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，溝塘底部一直到標(biāo)高-12.46m的深度都是砂質(zhì)粉土質(zhì)，見表1。

表1 大魚塘段地質(zhì)勘察情況

此溝塘段的軟土路基處理中，底部淤泥地基處理和浸水路基防護(hù)是施工的關(guān)鍵，常用的施工方法有：復(fù)合地基法、排水固結(jié)法、強(qiáng)夯法、無排水砂墊層真空預(yù)壓法、換填法、拋石擠淤法、爆破擠淤法、堆載預(yù)壓法。復(fù)合地基法造價過高；排水固結(jié)法和強(qiáng)夯法處理效果不穩(wěn)定；由于塘底土質(zhì)也為粉砂性土，不適用無排水砂墊層真空預(yù)壓，也不需要用換填法和爆破擠淤法去更換土；拋石擠淤法施工難度過大，且石料及上部塘渣造價過高；堆載預(yù)壓法施工工期過長。綜上所述，8種常見的處理方法都不適用于本工程。因此，如何找到一種最適合的溝塘路基處理方案就成為亟待解決的問題。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在我部相鄰周邊有土方棄置場地，棄方單位所棄的土壤土質(zhì)為粉砂性土質(zhì)。經(jīng)與業(yè)主及周邊棄土單位的溝通后，可免費(fèi)獲得周邊棄土場的粉砂性土并回填到大魚塘內(nèi)。我部根據(jù)項目現(xiàn)場實際施工情況，結(jié)合前期管道施工深井降水經(jīng)驗，查詢相關(guān)資料和數(shù)據(jù)計算，決定先用免費(fèi)粉砂性土滿填形成粉砂性土質(zhì)軟土路基，然后采用堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法對此段路基進(jìn)行處理。

2 堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法計算

2.1 堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法簡介

堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法利用粉砂性土質(zhì)軟土路基在地下水位下降之后會變密實且擁有極強(qiáng)承載力的特點，綜合了堆載預(yù)壓法和井點降水的優(yōu)點，在粉砂性土質(zhì)下的軟土地基處理過程中，利用預(yù)壓土自重以及井點降水法降低地下水位來使處理后的路基達(dá)到設(shè)計要求的承載力。而本工程要從中間橫穿大魚塘新建一條市政道路，粉砂性土透水性極佳，因此，根據(jù)設(shè)計要求，關(guān)于堆載預(yù)壓土厚度、井點降水計算以及是否需要在圍堰外側(cè)設(shè)置一層防滲層問題是需要計算確定的。

2.2 堆載預(yù)壓土厚度計算

根據(jù)玉海東路工程道路設(shè)計路面荷載等級為BZZ-100，則預(yù)壓土總質(zhì)量應(yīng)大于極配碎石、塘渣、水泥穩(wěn)定碎石、瀝青總質(zhì)量與道路標(biāo)準(zhǔn)的100t質(zhì)量之和。經(jīng)實測免費(fèi)粉砂性土密度為1 430kg/m3，極配碎石、塘渣密度取1 800kg/m3，鋪設(shè)厚度為1.7m，水泥穩(wěn)定密度取2 200kg/m3，厚度取0.4m，瀝青密度取1 200kg/m3，厚度取0.19m，道路設(shè)計路面荷載等級為BZZ-100，即100t，計算得預(yù)壓土質(zhì)量至少為220m×34m×（1.7m×1 800kg/m3+0.4m×2 200kg/m3+0.19m×1 200kg/m3）+100 000kg=3.13×107kg，計算得預(yù)壓土厚度至少為3.13×107kg÷（220m×34m×1 430kg/m3）=2.9m。

2.3 井點降水計算以及是否需要在圍堰外側(cè)設(shè)置一層防滲層問題計算

查詢《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）和《工程地質(zhì)手冊》，針對井點降水相關(guān)計算如下：

基坑面積A=220m×64m=14 080m2

基坑地下水位設(shè)計降深Sd設(shè)計=h+0.5m+0.1D=7.2m

基 坑 總 涌 水 量 Q=Πk(2H-Sd）/1n[(1+2Sd

h-基坑開挖深度（m），取值6；D-降水水平距離，取值7；k-滲透系數(shù)（m/d），取值1.5；H-潛水含水層厚度（m），取值9；rs-過濾器半徑（m），取值0.015；l-過濾器進(jìn)水部分長度（m），取值3。

查閱資料可得，土地外側(cè)滲透入土體的流量Q塘=k土A土i（k土-滲透系數(shù)、A土-通過滲流的土樣橫斷面面積、i-水力坡度），水力坡度i=h/L（h-沿滲透水頭損失、L-相應(yīng)滲透途徑長度），即i=0.4。通過查閱資料可知，粉土的滲透系數(shù) k一般為6.0×10-7～6.0×10-6m/s，取最大值6.0×10-6m/s進(jìn)行計算，可得土體兩側(cè)流量Q塘=547m3/d，n塘=1.1Q塘/q0=32個。

打設(shè)深度12m的降水井，采用直徑30cm管井，利用1.1kW/h的水泵對堆土范圍進(jìn)行井點降水，針對基坑部位只需要打設(shè)n=1.1Q/q0=36個管井，且管井間距小于25.1m即可。綜上，針對大魚塘滲水和基坑涌水，只需要38個降水井即可滿足1.1保護(hù)系數(shù)下的降水情況。計算抽水天數(shù)mAh/q0×n=10d（m-含水層給水度，取值0.15）。

3 堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法施工流程及施工要點

3.1 工藝流程

圖1 堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法工藝流程

3.2 具體施工流程及施工要點

對大魚塘紅線范圍并兩側(cè)各外擴(kuò)15m，利用隔壁棄土工程免費(fèi)的粉砂性土進(jìn)行回填至設(shè)計標(biāo)高往上超填0.7m（考慮堆載預(yù)壓及深井降水后路基床沉降現(xiàn)象）后，于路基基床底層頂面鋪設(shè)一層土工布后進(jìn)行預(yù)壓土填筑施工，土工布縱、橫向接縫采用搭接方式，搭接長度不小于10cm，搭接疊壓方向應(yīng)一致。然后在土工布上填筑堆載土，堆載土填筑呈梯形斷面，梯形頂部寬度為45m，底部寬度為52m（即紅線寬度+護(hù)坡坡腳線寬度=34m+6m×1.5×2=52m），高度為3.5m，邊坡坡度1∶1，預(yù)壓土方端部縱向邊坡坡度1∶4向外延伸，且堆載土頂面為2%的橫坡，并做好相應(yīng)的排水工作。

根據(jù)前期管道施工降水經(jīng)驗以及相應(yīng)驗算，以道路中心線為中心避開道路主車道（14m）布置4排深井降水，管井打設(shè)深度為12m。深井降水布設(shè)方式如圖2所示，并在降水區(qū)域土方頂部設(shè)置沉降觀測系統(tǒng)。

圖2 井點降水管井位置布置圖

降水前12d，每天觀測安裝在土工布頂部沉降檢測系統(tǒng)，顯示沉降基本穩(wěn)定后再隔一星期測沉降。井點降水1個月后，在雨污水管線部位放樣開挖，檢測得到管道基坑底壓實度達(dá)93%以上后進(jìn)行雨污水管線施工。各管井井點降水仍保持抽水狀態(tài)，并做好日常維護(hù)工作，一直降水聯(lián)合堆載預(yù)壓至需要鋪設(shè)水穩(wěn)層時（大魚塘段作為最后一塊區(qū)域鋪設(shè)水穩(wěn)層和瀝青層，總堆載時間約為3個月）。期間觀測沉降一直趨于穩(wěn)定且卸載預(yù)壓土后（由于魚塘已被全部征用，預(yù)壓土作為填土往圍堰外翻填魚塘即可），連續(xù)3d沉降和位移都在控制值以內(nèi)，道路紅線按1∶1.5放坡6m深，圍堰土方坡度按1∶0.75放坡，確認(rèn)基坑底部土方壓實度達(dá)到90%以上。在路基兩側(cè)邊坡做M10漿砌MU30片石+10cm砂礫反濾層砌筑，并清除土至設(shè)計標(biāo)高，預(yù)壓素土頂面壓實度達(dá)93%以上，再撤去井點降水，鋪設(shè)15cm級配碎石，鋪一層鋼塑土工格柵，鋪20cm厚級配碎石，鋪一層鋼塑土工格柵，鋪15cm碎石（50cm級配碎石分3層填筑，且壓實度達(dá)95%以上），鋪1.2m厚塘渣（每層松鋪厚度不超過30cm，且壓實度達(dá)95%以上），再進(jìn)行后續(xù)路面層施工。

在素土與塘渣路基搭接處采用臺階過渡，臺階寬1m，臺階高度在10～30cm之間，臺階加鋪土工布。分界處加鋪雙向鋼塑復(fù)合土工格柵，且格柵向兩側(cè)各延伸10m，如圖3所示。

圖3 過渡段路基處理立面圖

4 堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法施工效果檢測

玉海東路市政工程突破性采用堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法成功完成了溝塘段的軟土路基處理，我們在雨污水管的管道底部和大魚塘底部隨機(jī)各取了8個點，利用灌砂法對雨水管基坑底部壓實度和魚塘底壓實度進(jìn)行了檢測，檢測效果如圖4所示。

圖4 壓實度效果檢測圖

由圖4所示處理結(jié)果可得大魚塘底壓實度都在90%以上，且雨污水管基坑底壓實度都在93%以上，滿足設(shè)計要求。綜合現(xiàn)場實際情況，在施工質(zhì)量可靠的情況下有以下幾個優(yōu)點：（1）施工作業(yè)難度小，安全隱患少。（2）施工成本低。（3）因地制宜，充分利用了免費(fèi)粉砂性土的優(yōu)勢，堆土?xí)r有效利用了棄方單位部分挖機(jī)設(shè)備，降低了施工成本。（4）堆載預(yù)壓井點降水法結(jié)束后，土方可直接外翻至圍堰外已被業(yè)主征用的魚塘內(nèi)作為填土，并且路基有MU30片石+10cm砂礫反濾層作為護(hù)坡可防止路基土方流失，解決了后期路基維養(yǎng)問題?？傊?，玉海東路工程充分利用了地質(zhì)和施工條件的實際情況，合理科學(xué)地使用了堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法，效果顯著。

5 結(jié)語

寧波杭州灣新區(qū)玉海東路市政工程在施工過程中發(fā)現(xiàn)工程中段有一個長220m、寬度超過300m的大魚塘，根據(jù)實際地質(zhì)情況的勘測結(jié)果，結(jié)合工程前期管道施工井點降水經(jīng)驗、常用方法資料搜集對比以及數(shù)據(jù)計算，首先采用粉砂土回填形成軟土路基，而后創(chuàng)新性地結(jié)合了堆載預(yù)壓法與基坑施工過程中所用井點降水法兩者的優(yōu)點和針對粉砂性土質(zhì)下的適用性，采用堆載預(yù)壓聯(lián)合井點降水法對軟土路基進(jìn)行處理，所得雨污水管基坑底和大魚塘基坑底的壓實度均滿足設(shè)計要求，解決了傳統(tǒng)方法工期長、成本高、施工難度大、安全隱患多等問題。