堆載預壓聯合井點降水法的應用

趙 柯 郭鵬舉

（中交水利水電建設有限公司，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。由于當前塘渣供應比較困難，而且施工便道只能從施工樁號K4+360開始填筑2 780m，考慮到后續工序，真正能用于大魚塘段路面結構施工的工期只有4個月。我部對此路段進行地質勘察發現，溝塘底部一直到標高-12.46m的深度都是砂質粉土質，見表1。

表1 大魚塘段地質勘察情況

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是施工的關鍵，常用的施工方法有：復合地基法、排水固結法、強夯法、無排水砂墊層真空預壓法、換填法、拋石擠淤法、爆破擠淤法、堆載預壓法。復合地基法造價過高；排水固結法和強夯法處理效果不穩定；由于塘底土質也為粉砂性土，不適用無排水砂墊層真空預壓，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。

調查發現，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為粉砂性土質。經與業主及周邊棄土單位的溝通后，可免費獲得周邊棄土場的粉砂性土并回填到大魚塘內。我部根據項目現場實際施工情況，結合前期管道施工深井降水經驗，查詢相關資料和數據計算，決定先用免費粉砂性土滿填形成粉砂性土質軟土路基，然后采用堆載預壓聯合井點降水法對此段路基進行處理。

2 堆載預壓聯合井點降水法計算

2.1 堆載預壓聯合井點降水法簡介

堆載預壓聯合井點降水法利用粉砂性土質軟土路基在地下水位下降之后會變密實且擁有極強承載力的特點，綜合了堆載預壓法和井點降水的優點，在粉砂性土質下的軟土地基處理過程中，利用預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到設計要求的承載力。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，根據設計要求，關于堆載預壓土厚度、井點降水計算以及是否需要在圍堰外側設置一層防滲層問題是需要計算確定的。

2.2 堆載預壓土厚度計算

根據玉海東路工程道路設計路面荷載等級為BZZ-100，則預壓土總質量應大于極配碎石、塘渣、水泥穩定碎石、瀝青總質量與道路標準的100t質量之和。經實測免費粉砂性土密度為1 430kg/m3，極配碎石、塘渣密度取1 800kg/m3，鋪設厚度為1.7m，水泥穩定密度取2 200kg/m3，厚度取0.4m，瀝青密度取1 200kg/m3，厚度取0.19m，道路設計路面荷載等級為BZZ-100，即100t，計算得預壓土質量至少為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設置一層防滲層問題計算

查詢《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-2012）和《工程地質手冊》，針對井點降水相關計算如下：

基坑面積A=220m×64m=14 080m2

基坑地下水位設計降深Sd設計=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（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-過濾器進水部分長度（m），取值3。

查閱資料可得，土地外側滲透入土體的流量Q塘=k土A土i（k土-滲透系數、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 k一般為6.0×10-7～6.0×10-6m/s，取最大值6.0×10-6m/s進行計算，可得土體兩側流量Q塘=547m3/d，n塘=1.1Q塘/q0=32個。

打設深度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行井點降水，針對基坑部位只需要打設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保護系數下的降水情況。計算抽水天數mAh/q0×n=10d（m-含水層給水度，取值0.15）。

3 堆載預壓聯合井點降水法施工流程及施工要點

3.1 工藝流程

圖1 堆載預壓聯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各外擴15m，利用隔壁棄土工程免費的粉砂性土進行回填至設計標高往上超填0.7m（考慮堆載預壓及深井降水后路基床沉降現象）后，于路基基床底層頂面鋪設一層土工布后進行預壓土填筑施工，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+護坡坡腳線寬度=34m+6m×1.5×2=52m），高度為3.5m，邊坡坡度1∶1，預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，并做好相應的排水工作。

根據前期管道施工降水經驗以及相應驗算，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，管井打設深度為12m。深井降水布設方式如圖2所示，并在降水區域土方頂部設置沉降觀測系統。

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，顯示沉降基本穩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93%以上后進行雨污水管線施工。各管井井點降水仍保持抽水狀態，并做好日常維護工作，一直降水聯合堆載預壓至需要鋪設水穩層時（大魚塘段作為最后一塊區域鋪設水穩層和瀝青層，總堆載時間約為3個月）。期間觀測沉降一直趨于穩定且卸載預壓土后（由于魚塘已被全部征用，預壓土作為填土往圍堰外翻填魚塘即可），連續3d沉降和位移都在控制值以內，道路紅線按1∶1.5放坡6m深，圍堰土方坡度按1∶0.75放坡，確認基坑底部土方壓實度達到90%以上。在路基兩側邊坡做M10漿砌MU30片石+10cm砂礫反濾層砌筑，并清除土至設計標高，預壓素土頂面壓實度達93%以上，再撤去井點降水，鋪設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95%以上），鋪1.2m厚塘渣（每層松鋪厚度不超過30cm，且壓實度達95%以上），再進行后續路面層施工。

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合土工格柵，且格柵向兩側各延伸10m，如圖3所示。

圖3 過渡段路基處理立面圖

4 堆載預壓聯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壓聯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，滿足設計要求。綜合現場實際情況，在施工質量可靠的情況下有以下幾個優點：（1）施工作業難度小，安全隱患少。（2）施工成本低。（3）因地制宜，充分利用了免費粉砂性土的優勢，堆土時有效利用了棄方單位部分挖機設備，降低了施工成本。（4）堆載預壓井點降水法結束后，土方可直接外翻至圍堰外已被業主征用的魚塘內作為填土，并且路基有MU30片石+10cm砂礫反濾層作為護坡可防止路基土方流失，解決了后期路基維養問題。總之，玉海東路工程充分利用了地質和施工條件的實際情況，合理科學地使用了堆載預壓聯合井點降水法，效果顯著。

5 結語

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