西昌項目水塘區域路段實施方案優化與施工

王永平

（中冶建工集團有限公司，重慶 400000）

1 設計方案優化

西昌市政道路位于西昌市成涼工業園區，其中天王山大道A段為橫穿水塘路段，全長約180m；水塘深3～4m，最深處約5.2m，水面標高1 528.82m，占地面積約3×104m2，水塘原始地貌見圖1。

圖1 水塘原始地貌

原設計為混凝土結構簡支T梁橋，橋寬約40m、長160m，雙向四車道，分左右兩幅實施，橋梁主跨70m、邊跨40m，橋墩采用蓋梁接圓柱墩和樁基礎，基礎間設置系梁，橋臺采用U型橋臺接樁基礎，見圖2。橋梁建成后不僅能改善當地交通狀況，還能有效保護水系完整。

圖2 跨水塘橋梁設計效果圖

該橋梁設計的缺點是工程造價高。據研究，在不同的地形情況下，每公里公路路基方案與橋梁方案的工程造價相差0.2～0.9億元。同時，樁基施工是水下灌注混凝土，施工中極易出現樁底沉渣過厚、塌孔、樁身夾層斷樁等質量問題，施工難度大。此外，水中作業需要建設圍堰、搭設臨時棧橋等，深水作業存在一定的安全隱患，這些都會增加施工成本。

綜合造價、工期、施工難度等各方面因素，將穿水塘段橋梁設計優化為浸水路基+普通路基道路是最佳方案。浸水路基的做法包括以下幾步：拋填尺寸不小于300mm、強度不小于30MPa的塊石，拋出水面以上500mm后進行強夯，再進行承載力檢測，承載力應不小于200kPa，變形模量不小于20MPa。在拋填塊石路基中設置連通管，保證兩側水壓平衡的同時，水塘生物可通過連通管串游，維持生態平衡。連通管管頂標高在常水位以下0.5m處，具體做法詳見圖3。

圖3 浸水路基處理斷面圖

2 經濟對比分析

原設計的混凝土結構簡支T梁橋總造價約1.2億元，因橋梁總造價過高，導致項目概算遠超項目投資總額，該項目屬于PPP項目，如果概算超過10%以上，要重新報批可研報告、初設以及概算。項目概算調整程序比較復雜，對調整原因的界定和程序都有嚴格規定，一般要經過財政審價、發改委委托審計造價機構審查、項目所屬政府投資分管領導審批以及政府常務會議通過才能進行調整。實際實施過程不僅復雜，而且調整周期長達一年，甚至更久，對項目整體建設周期影響較大。因此，應優化跨水塘段道路方案，降低項目概算，以避免超概算對項目實施帶來的不利影響。

優化后的浸水路基方案，主要包括拋填塊石、強夯地基、碎石墊層、普通路基回填、水泥穩定級配碎石底基層等工程，總造價約為2 500萬元。優化后的方案造價僅為原橋梁設計造價的20%，不僅降低了施工難度，還大大縮短了施工周期，取得了良好的經濟效益和社會效益。

3 優化方案實施

3.1 試驗段施工

強夯施工前，根據設計擬定的強夯參數，選定試驗區，進行現場試驗。每個試驗區面積不小于20m×20m，通過試驗確定夯擊擊數與單擊夯沉量的關系，從而確定碎石超填高度和夯點夯擊次數，待試夯結束14d后，對試夯場地進行承載力等數據檢測，并與夯前數據進行比對，從而確定大面積施工時采用的各項參數。

3.2 擬定強夯施工參數

3.2.1 試驗區域

選定K4+960～K4+980段20m×20m的區域為試驗區，具體位置詳見圖4。

圖4 選定試驗區

（1）單擊夯擊能。E=5 000kN·m，采用點夯，夯點間距4m，梅花式布置；夯錘采用30t圓形重錘，直徑2.2m；夯點布置詳見圖5。

圖5 5 000kN·m點夯兩遍平面布置圖

（2）夯錘落距。落距=設計參數（5 000kN·m）÷重 力 加 速 度（9.8N/kg）÷夯錘重量（30t）=17m。

（3）有效加固深度驗算。根據《建筑地基處理技術規范》JGJ 79-2012有關規定預估：

式中：

h--強夯地基有效加固深度（m）；

W--錘的質量（t）；

H--夯錘落距（m）；

α--強夯法有效加固深度修正系數（可液化砂土地基α可取0.4～0.5；碎石土地基、填土地基、非飽和粘性土地基，可取0.35～0.45；本工程取值0.35）。

經計算：強夯地基有效加固深度h=7.9m，滿足要求。

3.3 施工工藝步驟

（1）清理、整平場地。

（2）用白灰標記出第一遍夯點的位置，并測量高程。

（3）夯機就位，將夯錘調整至夯點位置。

（4）測量夯錘頂標高。

（5）將夯錘起吊至預定高度，打開脫鉤裝置，夯錘下落，放下吊鉤，測量錘頂標高。

（6）重復步驟（5），根據控制標準和夯擊次數，完成一個夯點的夯擊；施工時夯點的夯擊次數，應同時滿足下列條件：①最后兩擊的平均夯沉量為100mm，變形模量不小于10MPa；②夯坑四周地面不發生過大隆起；③不因夯坑過深而發生提錘困難。

（7）換夯點，重復步驟（3）～（6），完成全部夯點的第一遍施工。

（8）用裝載機將夯坑填平，測量場地標高。

（9）在規定時間間歇后，按上述步驟依次完成全部夯擊遍數。

3.3.1 試驗檢測

試驗區施工夯擊次數與夯沉量關系詳見表1，由表1可知，當碎石拋填高度高出水面2m時，連續夯擊5次后，最后兩擊平均夯沉量小于100mm，且夯實面標高高于水面500mm，滿足設計及《強夯地基處理技術規程》（CECS 279-2010）的要求。

表1 試驗區施工夯擊次數與夯沉量關系

結束試驗區強夯后，進行靜力荷載試驗，試驗方法及步驟詳見3.6。經試驗檢測，試驗區地基承載力實測值為310kPa，變形模量為28MPa，均滿足設計承載力不小于200kPa、變形模量不小于20MPa的要求。

3.3.2 經試驗段試夯確定的施工參數

（1）單擊夯擊能：E=5 000kN·m，夯點間距4m，梅花式布置。

（2）夯錘重量30t，直徑2.2m。

（3）夯錘落距17m。

（4）夯點夯擊次數為5次。

3.4 大面積施工及過程控制

大面積施工應嚴格按照試驗段確定的施工參數進行。

3.4.1 大面積施工工藝步驟

（1）清理、整平施工場地。

（2）用白灰標記出第一遍夯點的位置，測量場地標高。

（3）夯機就位，將吊鉤升至落距高度，固定吊鉤鋼絲繩，鎖定落距。

（4）將夯錘吊至夯點位置，測量錘頂標高。

（5）提升夯錘至落距高度，夯錘自動脫鉤，夯擊夯點。

（6）測量錘頂標高，記錄夯沉量。

（7）重復步驟（5）～（6），根據試驗段確定的控制標準和夯擊次數，完成一個夯點的施工。

（8）移位夯錘到下一個夯點，重復步驟（2）～（7），完成第一遍全部夯點的施工。

（9）用裝載機將夯坑填平，測量場地標高。

（10）在規定的間歇時間后，按上述步驟依次完成全部夯擊遍數。

3.4.2 過程控制要點

（1）確定落距后，鎖定控制落距的鋼絲繩，采用龍門架時應在龍門架上標出落距標志。

（2）施工前，應檢查落距和夯錘質量，確保單擊夯擊符合要求。

（3）隨時清理夯錘通氣孔，保持氣孔暢通。

（4）發現夯錘偏離夯坑中心時，應立即調整，坑底歪斜較大時，需將坑底整平后，繼續施工。

（5）記錄好每擊的夯沉量以及其他施工數據。

（6）夯沉量出現夯錘反彈、地表隆起等異?，F象時，應加強監測。

（7）兩遍夯擊之間應有一定的時間間隔，具體取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間，一般間隔時間不少于7d。

（8）分層強夯時，上下層強夯夯點應錯開布設，避免在同一位置進行強夯。

（9）強夯施工時，夯點嚴禁直接采用連夯的方式，必須嚴格按夯點逐步加密方法施工。

3.5 質量要求

3.5.1 夯點、夯錘及場地平整度允許偏差

（1）夯點測量定位允許偏差：±500mm。

（2）夯錘就位允許偏差：±150mm。

（3）承載力不小于200kPa，變形模量不小于20MPa。

（4）預埋連通管位置允許偏差：±200mm。

（5）預埋連通管標高允許偏差：±100mm。

3.5.2 質量驗收標準

本工程施工過程嚴格按照質量要求進行控制，各質量驗收項目的施工偏差值均在允許偏差范圍內，分項工程驗收一次通過。質量驗收標準詳見表2。

表2 質量驗收標準

3.6 試驗檢測

靜力載荷試驗主要用于檢測地基承載力特征值。

3.6.1 加荷方式

配載采用堆載法，荷載裝置由一根主梁、兩根支架、四根次梁、水泥預制塊（若干）、一臺雙油路油壓千斤頂組成。試驗荷載由電動液壓油泵通過一臺經嚴格檢校的320t雙油路油壓千斤頂施加于地基土，荷載大小由油壓傳感器通過JCQ-503C靜力載荷測試儀控制。

3.6.2 沉降量測裝置

基準系統采用Φ50鋼管作為基準梁，基準梁埋于承壓板兩側，基準梁與試坑接觸點距離試點中心大于3d（d為承壓板的直徑）。地基位移采用四只量程為50mm、精度為0.01mm的容柵式電子數顯防水位移傳感器，通過JCQ-503C靜力載荷測試儀量測。

3.6.3 最大試驗荷載

本次檢測目的是要求地基承載力試驗的最大試驗荷載不小于200kPa。經檢測，強夯后的路基承載力實測平均值為290kPa，變形模量平均值為26MPa，均滿足設計承載力不小于200kPa、變形模量不小于20MPa的要求。現場靜載試驗過程見圖6。

圖6 現場靜載試驗過程

3.7 環境保護措施

（1）水塘原為附近居民生活用水水源，且水塘內有各類水生物，物種豐富，是附近居民休閑娛樂的場所。為避免污染水體，破壞水體穩定，施工前，應對路基回填所用塊石材料進行有害物質檢測，確保回填料不會對水塘造成污染。并提前聯系當地政府部門，為附近居民引自來水，解決生活用水問題。

（2）施工前采取定點投食、驅趕等方式，將水生物集中到水塘的南北兩端；施工過程中，定時檢測水質；施工后，投放水質凈化劑，使水質盡快恢復至原有狀態。

（3）在浸水路基上設置DN450球墨鑄鐵連通管，連通管管頂標高在常水位以下0.5m，保證路基施工后兩側的水壓和生態平衡。

（4）采用封閉容器清運施工過程中產生的建筑垃圾，嚴禁將施工建筑垃圾拋入水塘內。

（5）及時清除現場大型施工機械維修保養產生的機油等油漬，避免流入水塘造成污染。

（6）采用專用容器收集施工過程中產生的廢水、污水，或采用管道引排至市政污水管網，嚴禁將廢水、污水以任何形式排放至水塘內。

（7）施工現場的油漆材料、化學材料等集中堆放在有毒有害廢棄池內，嚴禁到處亂扔。存放化學材料時，應采用隔熱防潮措施，對化學品及易燃、易爆、油品等物質的名稱、數量及入庫時間進行記錄和定期清點，控制庫存量?；瘜W品物質應存放在專用倉庫，并設專人管理，定期檢查，做好相應標識，不能存放在露天、潮濕、漏雨和低洼易積水地點。

4 結語

通過優化跨越水塘段道路設計方案，將原來造價高且施工設計難度大的混凝土梁式橋優化為造價低、施工簡單的浸水路基+普通路基道路方案。按本文施工技術方案實施后的路基承載力以及穩定性均滿足規范和使用要求，優化后的方案大約節約9 500萬元的成本，縮短了建設周期，取得了良好的經濟和社會效益。本文的優化方案以及施工技術方案為跨水塘、魚塘等局部靜止水域道路的設計及施工提供了參考依據。