堆载预压联合井点降水法的应用

赵 柯 郭鹏举

（中交水利水电建设有限公司，浙江 宁波 315200）

1 引言

玉海东路工程路面荷载等级为BZZ-100，在施工桩号K1+360～K1+580有一个长220m、宽度超过300m的大鱼塘。鱼塘最深处高程为-3.47m，原地面标高为2.1m，道路红线宽34m，而我部需要新建一条市政道路从中间横穿此鱼塘。由于当前塘渣供应比较困难，而且施工便道只能从施工桩号K4+360开始填筑2 780m，考虑到后续工序，真正能用于大鱼塘段路面结构施工的工期只有4个月。我部对此路段进行地质勘察发现，沟塘底部一直到标高-12.46m的深度都是砂质粉土质，见表1。

表1 大鱼塘段地质勘察情况

此沟塘段的软土路基处理中，底部淤泥地基处理和浸水路基防护是施工的关键，常用的施工方法有：复合地基法、排水固结法、强夯法、无排水砂垫层真空预压法、换填法、抛石挤淤法、爆破挤淤法、堆载预压法。复合地基法造价过高；排水固结法和强夯法处理效果不稳定；由于塘底土质也为粉砂性土，不适用无排水砂垫层真空预压，也不需要用换填法和爆破挤淤法去更换土；抛石挤淤法施工难度过大，且石料及上部塘渣造价过高；堆载预压法施工工期过长。综上所述，8种常见的处理方法都不适用于本工程。因此，如何找到一种最适合的沟塘路基处理方案就成为亟待解决的问题。

调查发现，在我部相邻周边有土方弃置场地，弃方单位所弃的土壤土质为粉砂性土质。经与业主及周边弃土单位的沟通后，可免费获得周边弃土场的粉砂性土并回填到大鱼塘内。我部根据项目现场实际施工情况，结合前期管道施工深井降水经验，查询相关资料和数据计算，决定先用免费粉砂性土满填形成粉砂性土质软土路基，然后采用堆载预压联合井点降水法对此段路基进行处理。

2 堆载预压联合井点降水法计算

2.1 堆载预压联合井点降水法简介

堆载预压联合井点降水法利用粉砂性土质软土路基在地下水位下降之后会变密实且拥有极强承载力的特点，综合了堆载预压法和井点降水的优点，在粉砂性土质下的软土地基处理过程中，利用预压土自重以及井点降水法降低地下水位来使处理后的路基达到设计要求的承载力。而本工程要从中间横穿大鱼塘新建一条市政道路，粉砂性土透水性极佳，因此，根据设计要求，关于堆载预压土厚度、井点降水计算以及是否需要在围堰外侧设置一层防渗层问题是需要计算确定的。

2.2 堆载预压土厚度计算

根据玉海东路工程道路设计路面荷载等级为BZZ-100，则预压土总质量应大于极配碎石、塘渣、水泥稳定碎石、沥青总质量与道路标准的100t质量之和。经实测免费粉砂性土密度为1 430kg/m3，极配碎石、塘渣密度取1 800kg/m3，铺设厚度为1.7m，水泥稳定密度取2 200kg/m3，厚度取0.4m，沥青密度取1 200kg/m3，厚度取0.19m，道路设计路面荷载等级为BZZ-100，即100t，计算得预压土质量至少为220m×34m×（1.7m×1 800kg/m3+0.4m×2 200kg/m3+0.19m×1 200kg/m3）+100 000kg=3.13×107kg，计算得预压土厚度至少为3.13×107kg÷（220m×34m×1 430kg/m3）=2.9m。

2.3 井点降水计算以及是否需要在围堰外侧设置一层防渗层问题计算

查询《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）和《工程地质手册》，针对井点降水相关计算如下：

基坑面积A=220m×64m=14 080m2

基坑地下水位设计降深Sd设计=h+0.5m+0.1D=7.2m

基 坑 总 涌 水 量 Q=Πk(2H-Sd）/1n[(1+2Sd

h-基坑开挖深度（m），取值6；D-降水水平距离，取值7；k-渗透系数（m/d），取值1.5；H-潜水含水层厚度（m），取值9；rs-过滤器半径（m），取值0.015；l-过滤器进水部分长度（m），取值3。

查阅资料可得，土地外侧渗透入土体的流量Q塘=k土A土i（k土-渗透系数、A土-通过渗流的土样横断面面积、i-水力坡度），水力坡度i=h/L（h-沿渗透水头损失、L-相应渗透途径长度），即i=0.4。通过查阅资料可知，粉土的渗透系数 k一般为6.0×10-7～6.0×10-6m/s，取最大值6.0×10-6m/s进行计算，可得土体两侧流量Q塘=547m3/d，n塘=1.1Q塘/q0=32个。

打设深度12m的降水井，采用直径30cm管井，利用1.1kW/h的水泵对堆土范围进行井点降水，针对基坑部位只需要打设n=1.1Q/q0=36个管井，且管井间距小于25.1m即可。综上，针对大鱼塘渗水和基坑涌水，只需要38个降水井即可满足1.1保护系数下的降水情况。计算抽水天数mAh/q0×n=10d（m-含水层给水度，取值0.15）。

3 堆载预压联合井点降水法施工流程及施工要点

3.1 工艺流程

图1 堆载预压联合井点降水法工艺流程

3.2 具体施工流程及施工要点

对大鱼塘红线范围并两侧各外扩15m，利用隔壁弃土工程免费的粉砂性土进行回填至设计标高往上超填0.7m（考虑堆载预压及深井降水后路基床沉降现象）后，于路基基床底层顶面铺设一层土工布后进行预压土填筑施工，土工布纵、横向接缝采用搭接方式，搭接长度不小于10cm，搭接叠压方向应一致。然后在土工布上填筑堆载土，堆载土填筑呈梯形断面，梯形顶部宽度为45m，底部宽度为52m（即红线宽度+护坡坡脚线宽度=34m+6m×1.5×2=52m），高度为3.5m，边坡坡度1∶1，预压土方端部纵向边坡坡度1∶4向外延伸，且堆载土顶面为2%的横坡，并做好相应的排水工作。

根据前期管道施工降水经验以及相应验算，以道路中心线为中心避开道路主车道（14m）布置4排深井降水，管井打设深度为12m。深井降水布设方式如图2所示，并在降水区域土方顶部设置沉降观测系统。

图2 井点降水管井位置布置图

降水前12d，每天观测安装在土工布顶部沉降检测系统，显示沉降基本稳定后再隔一星期测沉降。井点降水1个月后，在雨污水管线部位放样开挖，检测得到管道基坑底压实度达93%以上后进行雨污水管线施工。各管井井点降水仍保持抽水状态，并做好日常维护工作，一直降水联合堆载预压至需要铺设水稳层时（大鱼塘段作为最后一块区域铺设水稳层和沥青层，总堆载时间约为3个月）。期间观测沉降一直趋于稳定且卸载预压土后（由于鱼塘已被全部征用，预压土作为填土往围堰外翻填鱼塘即可），连续3d沉降和位移都在控制值以内，道路红线按1∶1.5放坡6m深，围堰土方坡度按1∶0.75放坡，确认基坑底部土方压实度达到90%以上。在路基两侧边坡做M10浆砌MU30片石+10cm砂砾反滤层砌筑，并清除土至设计标高，预压素土顶面压实度达93%以上，再撤去井点降水，铺设15cm级配碎石，铺一层钢塑土工格栅，铺20cm厚级配碎石，铺一层钢塑土工格栅，铺15cm碎石（50cm级配碎石分3层填筑，且压实度达95%以上），铺1.2m厚塘渣（每层松铺厚度不超过30cm，且压实度达95%以上），再进行后续路面层施工。

在素土与塘渣路基搭接处采用台阶过渡，台阶宽1m，台阶高度在10～30cm之间，台阶加铺土工布。分界处加铺双向钢塑复合土工格栅，且格栅向两侧各延伸10m，如图3所示。

图3 过渡段路基处理立面图

4 堆载预压联合井点降水法施工效果检测

玉海东路市政工程突破性采用堆载预压联合井点降水法成功完成了沟塘段的软土路基处理，我们在雨污水管的管道底部和大鱼塘底部随机各取了8个点，利用灌砂法对雨水管基坑底部压实度和鱼塘底压实度进行了检测，检测效果如图4所示。

图4 压实度效果检测图

由图4所示处理结果可得大鱼塘底压实度都在90%以上，且雨污水管基坑底压实度都在93%以上，满足设计要求。综合现场实际情况，在施工质量可靠的情况下有以下几个优点：（1）施工作业难度小，安全隐患少。（2）施工成本低。（3）因地制宜，充分利用了免费粉砂性土的优势，堆土时有效利用了弃方单位部分挖机设备，降低了施工成本。（4）堆载预压井点降水法结束后，土方可直接外翻至围堰外已被业主征用的鱼塘内作为填土，并且路基有MU30片石+10cm砂砾反滤层作为护坡可防止路基土方流失，解决了后期路基维养问题。总之，玉海东路工程充分利用了地质和施工条件的实际情况，合理科学地使用了堆载预压联合井点降水法，效果显著。

5 结语

宁波杭州湾新区玉海东路市政工程在施工过程中发现工程中段有一个长220m、宽度超过300m的大鱼塘，根据实际地质情况的勘测结果，结合工程前期管道施工井点降水经验、常用方法资料搜集对比以及数据计算，首先采用粉砂土回填形成软土路基，而后创新性地结合了堆载预压法与基坑施工过程中所用井点降水法两者的优点和针对粉砂性土质下的适用性，采用堆载预压联合井点降水法对软土路基进行处理，所得雨污水管基坑底和大鱼塘基坑底的压实度均满足设计要求，解决了传统方法工期长、成本高、施工难度大、安全隐患多等问题。