西昌项目水塘区域路段实施方案优化与施工

王永平

（中冶建工集团有限公司，重庆 400000）

1 设计方案优化

西昌市政道路位于西昌市成凉工业园区，其中天王山大道A段为横穿水塘路段，全长约180m；水塘深3～4m，最深处约5.2m，水面标高1 528.82m，占地面积约3×104m2，水塘原始地貌见图1。

图1 水塘原始地貌

原设计为混凝土结构简支T梁桥，桥宽约40m、长160m，双向四车道，分左右两幅实施，桥梁主跨70m、边跨40m，桥墩采用盖梁接圆柱墩和桩基础，基础间设置系梁，桥台采用U型桥台接桩基础，见图2。桥梁建成后不仅能改善当地交通状况，还能有效保护水系完整。

图2 跨水塘桥梁设计效果图

该桥梁设计的缺点是工程造价高。据研究，在不同的地形情况下，每公里公路路基方案与桥梁方案的工程造价相差0.2～0.9亿元。同时，桩基施工是水下灌注混凝土，施工中极易出现桩底沉渣过厚、塌孔、桩身夹层断桩等质量问题，施工难度大。此外，水中作业需要建设围堰、搭设临时栈桥等，深水作业存在一定的安全隐患，这些都会增加施工成本。

综合造价、工期、施工难度等各方面因素，将穿水塘段桥梁设计优化为浸水路基+普通路基道路是最佳方案。浸水路基的做法包括以下几步：抛填尺寸不小于300mm、强度不小于30MPa的块石，抛出水面以上500mm后进行强夯，再进行承载力检测，承载力应不小于200kPa，变形模量不小于20MPa。在抛填块石路基中设置连通管，保证两侧水压平衡的同时，水塘生物可通过连通管串游，维持生态平衡。连通管管顶标高在常水位以下0.5m处，具体做法详见图3。

图3 浸水路基处理断面图

2 经济对比分析

原设计的混凝土结构简支T梁桥总造价约1.2亿元，因桥梁总造价过高，导致项目概算远超项目投资总额，该项目属于PPP项目，如果概算超过10%以上，要重新报批可研报告、初设以及概算。项目概算调整程序比较复杂，对调整原因的界定和程序都有严格规定，一般要经过财政审价、发改委委托审计造价机构审查、项目所属政府投资分管领导审批以及政府常务会议通过才能进行调整。实际实施过程不仅复杂，而且调整周期长达一年，甚至更久，对项目整体建设周期影响较大。因此，应优化跨水塘段道路方案，降低项目概算，以避免超概算对项目实施带来的不利影响。

优化后的浸水路基方案，主要包括抛填块石、强夯地基、碎石垫层、普通路基回填、水泥稳定级配碎石底基层等工程，总造价约为2 500万元。优化后的方案造价仅为原桥梁设计造价的20%，不仅降低了施工难度，还大大缩短了施工周期，取得了良好的经济效益和社会效益。

3 优化方案实施

3.1 试验段施工

强夯施工前，根据设计拟定的强夯参数，选定试验区，进行现场试验。每个试验区面积不小于20m×20m，通过试验确定夯击击数与单击夯沉量的关系，从而确定碎石超填高度和夯点夯击次数，待试夯结束14d后，对试夯场地进行承载力等数据检测，并与夯前数据进行比对，从而确定大面积施工时采用的各项参数。

3.2 拟定强夯施工参数

3.2.1 试验区域

选定K4+960～K4+980段20m×20m的区域为试验区，具体位置详见图4。

图4 选定试验区

（1）单击夯击能。E=5 000kN·m，采用点夯，夯点间距4m，梅花式布置；夯锤采用30t圆形重锤，直径2.2m；夯点布置详见图5。

图5 5 000kN·m点夯两遍平面布置图

（2）夯锤落距。落距=设计参数（5 000kN·m）÷重 力 加 速 度（9.8N/kg）÷夯锤重量（30t）=17m。

（3）有效加固深度验算。根据《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012有关规定预估：

式中：

h--强夯地基有效加固深度（m）；

W--锤的质量（t）；

H--夯锤落距（m）；

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

经计算：强夯地基有效加固深度h=7.9m，满足要求。

3.3 施工工艺步骤

（1）清理、整平场地。

（2）用白灰标记出第一遍夯点的位置，并测量高程。

（3）夯机就位，将夯锤调整至夯点位置。

（4）测量夯锤顶标高。

（5）将夯锤起吊至预定高度，打开脱钩装置，夯锤下落，放下吊钩，测量锤顶标高。

（6）重复步骤（5），根据控制标准和夯击次数，完成一个夯点的夯击；施工时夯点的夯击次数，应同时满足下列条件：①最后两击的平均夯沉量为100mm，变形模量不小于10MPa；②夯坑四周地面不发生过大隆起；③不因夯坑过深而发生提锤困难。

（7）换夯点，重复步骤（3）～（6），完成全部夯点的第一遍施工。

（8）用装载机将夯坑填平，测量场地标高。

（9）在规定时间间歇后，按上述步骤依次完成全部夯击遍数。

3.3.1 试验检测

试验区施工夯击次数与夯沉量关系详见表1，由表1可知，当碎石抛填高度高出水面2m时，连续夯击5次后，最后两击平均夯沉量小于100mm，且夯实面标高高于水面500mm，满足设计及《强夯地基处理技术规程》（CECS 279-2010）的要求。

表1 试验区施工夯击次数与夯沉量关系

结束试验区强夯后，进行静力荷载试验，试验方法及步骤详见3.6。经试验检测，试验区地基承载力实测值为310kPa，变形模量为28MPa，均满足设计承载力不小于200kPa、变形模量不小于20MPa的要求。

3.3.2 经试验段试夯确定的施工参数

（1）单击夯击能：E=5 000kN·m，夯点间距4m，梅花式布置。

（2）夯锤重量30t，直径2.2m。

（3）夯锤落距17m。

（4）夯点夯击次数为5次。

3.4 大面积施工及过程控制

大面积施工应严格按照试验段确定的施工参数进行。

3.4.1 大面积施工工艺步骤

（1）清理、整平施工场地。

（2）用白灰标记出第一遍夯点的位置，测量场地标高。

（3）夯机就位，将吊钩升至落距高度，固定吊钩钢丝绳，锁定落距。

（4）将夯锤吊至夯点位置，测量锤顶标高。

（5）提升夯锤至落距高度，夯锤自动脱钩，夯击夯点。

（6）测量锤顶标高，记录夯沉量。

（7）重复步骤（5）～（6），根据试验段确定的控制标准和夯击次数，完成一个夯点的施工。

（8）移位夯锤到下一个夯点，重复步骤（2）～（7），完成第一遍全部夯点的施工。

（9）用装载机将夯坑填平，测量场地标高。

（10）在规定的间歇时间后，按上述步骤依次完成全部夯击遍数。

3.4.2 过程控制要点

（1）确定落距后，锁定控制落距的钢丝绳，采用龙门架时应在龙门架上标出落距标志。

（2）施工前，应检查落距和夯锤质量，确保单击夯击符合要求。

（3）随时清理夯锤通气孔，保持气孔畅通。

（4）发现夯锤偏离夯坑中心时，应立即调整，坑底歪斜较大时，需将坑底整平后，继续施工。

（5）记录好每击的夯沉量以及其他施工数据。

（6）夯沉量出现夯锤反弹、地表隆起等异常现象时，应加强监测。

（7）两遍夯击之间应有一定的时间间隔，具体取决于土中超静孔隙水压力的消散时间，一般间隔时间不少于7d。

（8）分层强夯时，上下层强夯夯点应错开布设，避免在同一位置进行强夯。

（9）强夯施工时，夯点严禁直接采用连夯的方式，必须严格按夯点逐步加密方法施工。

3.5 质量要求

3.5.1 夯点、夯锤及场地平整度允许偏差

（1）夯点测量定位允许偏差：±500mm。

（2）夯锤就位允许偏差：±150mm。

（3）承载力不小于200kPa，变形模量不小于20MPa。

（4）预埋连通管位置允许偏差：±200mm。

（5）预埋连通管标高允许偏差：±100mm。

3.5.2 质量验收标准

本工程施工过程严格按照质量要求进行控制，各质量验收项目的施工偏差值均在允许偏差范围内，分项工程验收一次通过。质量验收标准详见表2。

表2 质量验收标准

3.6 试验检测

静力载荷试验主要用于检测地基承载力特征值。

3.6.1 加荷方式

配载采用堆载法，荷载装置由一根主梁、两根支架、四根次梁、水泥预制块（若干）、一台双油路油压千斤顶组成。试验荷载由电动液压油泵通过一台经严格检校的320t双油路油压千斤顶施加于地基土，荷载大小由油压传感器通过JCQ-503C静力载荷测试仪控制。

3.6.2 沉降量测装置

基准系统采用Φ50钢管作为基准梁，基准梁埋于承压板两侧，基准梁与试坑接触点距离试点中心大于3d（d为承压板的直径）。地基位移采用四只量程为50mm、精度为0.01mm的容栅式电子数显防水位移传感器，通过JCQ-503C静力载荷测试仪量测。

3.6.3 最大试验荷载

本次检测目的是要求地基承载力试验的最大试验荷载不小于200kPa。经检测，强夯后的路基承载力实测平均值为290kPa，变形模量平均值为26MPa，均满足设计承载力不小于200kPa、变形模量不小于20MPa的要求。现场静载试验过程见图6。

图6 现场静载试验过程

3.7 环境保护措施

（1）水塘原为附近居民生活用水水源，且水塘内有各类水生物，物种丰富，是附近居民休闲娱乐的场所。为避免污染水体，破坏水体稳定，施工前，应对路基回填所用块石材料进行有害物质检测，确保回填料不会对水塘造成污染。并提前联系当地政府部门，为附近居民引自来水，解决生活用水问题。

（2）施工前采取定点投食、驱赶等方式，将水生物集中到水塘的南北两端；施工过程中，定时检测水质；施工后，投放水质净化剂，使水质尽快恢复至原有状态。

（3）在浸水路基上设置DN450球墨铸铁连通管，连通管管顶标高在常水位以下0.5m，保证路基施工后两侧的水压和生态平衡。

（4）采用封闭容器清运施工过程中产生的建筑垃圾，严禁将施工建筑垃圾抛入水塘内。

（5）及时清除现场大型施工机械维修保养产生的机油等油渍，避免流入水塘造成污染。

（6）采用专用容器收集施工过程中产生的废水、污水，或采用管道引排至市政污水管网，严禁将废水、污水以任何形式排放至水塘内。

（7）施工现场的油漆材料、化学材料等集中堆放在有毒有害废弃池内，严禁到处乱扔。存放化学材料时，应采用隔热防潮措施，对化学品及易燃、易爆、油品等物质的名称、数量及入库时间进行记录和定期清点，控制库存量。化学品物质应存放在专用仓库，并设专人管理，定期检查，做好相应标识，不能存放在露天、潮湿、漏雨和低洼易积水地点。

4 结语

通过优化跨越水塘段道路设计方案，将原来造价高且施工设计难度大的混凝土梁式桥优化为造价低、施工简单的浸水路基+普通路基道路方案。按本文施工技术方案实施后的路基承载力以及稳定性均满足规范和使用要求，优化后的方案大约节约9 500万元的成本，缩短了建设周期，取得了良好的经济和社会效益。本文的优化方案以及施工技术方案为跨水塘、鱼塘等局部静止水域道路的设计及施工提供了参考依据。