深井降水聯(lián)合堆載預(yù)壓在臺后路基處理中的試驗(yàn)應(yīng)用研究

張玉富

（上海城投公路投資（集團(tuán)）有限公司，上海市 201108）

深井降水聯(lián)合堆載預(yù)壓在臺后路基處理中的試驗(yàn)應(yīng)用研究

張玉富

（上海城投公路投資（集團(tuán)）有限公司，上海市 201108）

將基坑圍護(hù)常用的深井降水工藝應(yīng)用到臺后路基的處理中，通過大量的試驗(yàn)研究證明，深井降水聯(lián)合堆載預(yù)壓用于軟土地區(qū)的臺后路基處理是完全可行的，且施工周期更短，施工成本更低。

深井降水；堆載預(yù)壓；臺后路基

0 引言

橋頭跳車是軟土地區(qū)道路的主要病害之一，上海更是有“汽車跳，上海到”的“美譽(yù)”。如何減少臺后路基的沉降已成為公路交通行業(yè)亟需解決的技術(shù)難題。為解決此難題，公路建設(shè)行業(yè)的學(xué)者們做了大量的研究工作，提出了大量的解決方案，如水泥土攪拌樁、PTC樁、碎石樁、真空預(yù)壓、CFG樁和塑料排水板等等。應(yīng)該說，以上各種措施都有力的減少或減緩了橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生，但由于種種原因，以上措施在實(shí)際應(yīng)用過程中都存在一定的問題。抑或成本太高，抑或施工質(zhì)量難以控制，抑或施工周期較長等等。鑒于此，有必要對軟土地基處理做更深入的研究和探索，試圖提出一種成本低、周期短和施工質(zhì)量好的軟土路基處理新工藝，從而妥善解決弱地基上橋頭引道沉陷問題，保證結(jié)構(gòu)安全，提高行車舒適度，降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、提高道路使用質(zhì)量，節(jié)約工程投資，具有十分重要的意義。

1 依托工程概況

1.1 工程概況

上海嘉閔高架（北翟路～G2）工程起于北翟路以北約393m處(與已建嘉閔高架路(徐涇中路～北翟路)段相接)，向北跨越吳淞江、虹橋動(dòng)車段和G2公路，主線高架橋在曹安公路以南約450m預(yù)留延伸接口，地面道路至曹安路止。本工程道路規(guī)劃紅線寬度為60m，高架道路設(shè)計(jì)車速80km/h，地面道路設(shè)計(jì)車速60km/h，本工程軟基處理主要為匝道及地面小橋臺后路基處理，原設(shè)計(jì)方案全為水泥土攪拌樁處理。本課題主要依托金沙江西路A匝道和B匝道臺后路基處理工程。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)勘察資料，場地地基土在100.45m深度范圍內(nèi)均為第四系松散沉積物，大部分位于古河道切割區(qū)；局部位于正常沉積區(qū)。全線主要由飽和粘性土及粉性土、砂土組成。

按地基土地質(zhì)時(shí)代、成因類型、分布發(fā)育規(guī)律及工程地質(zhì)特征，可將其劃分為12個(gè)工程地質(zhì)層，見表1。

表1 地基土構(gòu)成表

1.3 工程水文

場地淺部地下水屬潛水類型，主要補(bǔ)給來源為大氣降水和地表等。

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告,場地穩(wěn)定水位埋深為0.40～2.70m，平均1.21m，相應(yīng)水位標(biāo)高1.22m～3.95m，平均水位標(biāo)高2.81m。

潛水水位受降雨、地表水的影響而變化，常年平均地下高水位0.5m，低水位為1.5m。根據(jù)有關(guān)資料，地下水的溫度，埋深在4m范圍內(nèi)受氣溫變化影響，4m以下水溫較穩(wěn)定，一般為16℃～18℃。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 深井降水原理

深井井點(diǎn)降水是將井管埋置于降水層下，通過設(shè)置在井管內(nèi)的潛水泵將地下水抽出，從而達(dá)到降低地下水位的目的，其原理見圖1。該方法排水量大，降水深（大于15m），排水效果好。

圖1 深井井點(diǎn)降水原理圖

2.2 井點(diǎn)布置及降水深度計(jì)算

（1）井點(diǎn)布置方案

金沙江西路A匝道和B匝道道路路基寬度均為7.5m，路基填土高度最高為1.6m，為了施工的便利性，將深井井點(diǎn)埋設(shè)在路基兩側(cè)，井點(diǎn)縱向間距為8m，橫向凈距為12m。

（2）井點(diǎn)深度計(jì)算

井點(diǎn)的埋設(shè)深度H按式（1）計(jì)算：

式中：H為井點(diǎn)埋設(shè)深度，m；H1為總管埋設(shè)面至降水層底的距離，本次試驗(yàn)取20m；Δh為降水層底面至降低后地下水位的距離，取0.5m；i為地下水降落坡度，按10%取值；h為井點(diǎn)管至降水面中心線的距離，本次試驗(yàn)道路寬度7.5m，考慮到道路放坡和施工便利性，h取為7m。

井點(diǎn)埋設(shè)深度H≥H1+Δh+iL=20+0.5+7×0.1= 21.2m，本次試驗(yàn)井深選擇24m，滿足降水要求。

（3）日涌水量計(jì)算

式中：K為土的滲透系數(shù)K=4m/d；H為含水層厚度,取22m；S為水位降低值，取20m；R為抽水影響半徑，R=1.95s（HK）1/2=1.95×3.15×（22×4）1/2= 57m；r為假想半徑=（A/π）1/2=(40×12.3/3.14) 1/2=12m；Q=1.36×4×[（2×22-20）×20]/(lg57-lg12)=3858m3。

（4）水泵計(jì)算

布置井的個(gè)數(shù)為16個(gè)，每個(gè)井需要抽水量至少為241m3，采用的水泵每天抽水量不少于241m3。

（5）堆載預(yù)壓高度

本次試驗(yàn)的A匝道和B匝道路基橫斷面見圖2，超載填土高度經(jīng)計(jì)算為2m。

圖2 路基填筑斷面

2.3 降水方案

（1）先降水再填筑路基（A匝道）

對A匝道臺后原地面進(jìn)行清表處理后，布設(shè)沉降觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)每10m布設(shè)一個(gè)斷面，每個(gè)斷面布設(shè)三個(gè)觀測點(diǎn)，測定原地表的地面標(biāo)高、壓實(shí)度、回彈模量，然后打設(shè)深井井點(diǎn)進(jìn)行降水，井深24m，間距6，降水1個(gè)月后停止降水，然后進(jìn)行路基填筑，路基填筑完成后進(jìn)行超載預(yù)壓，超載填土高度為2m。

（2）先填筑再降水（B匝道）

對B匝道臺后原地面進(jìn)行清表處理后，布設(shè)沉降觀測點(diǎn)，測定原地表的地面標(biāo)高、壓實(shí)度、回彈模量，然后進(jìn)行路基填筑，路基填筑完成后進(jìn)行超載預(yù)壓，超載填土高度為2m，超載預(yù)壓土施工完成后進(jìn)行降水，路基填筑、降水及沉降點(diǎn)設(shè)置參考A匝道。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 原地面壓實(shí)度和回彈模量

A、B匝道原地面的壓實(shí)度和回彈模量見表2。

表2 A匝道和B匝道原地面壓實(shí)度和回彈模量

從表2可以看出，A匝道（先降水再填筑路基方案）的原地面壓實(shí)度和回彈模量均明顯高于B匝道（先填筑后降水方案），且大于設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度（不小于90%）和回彈模量（不小于30MPa），而B匝道的原地面壓實(shí)度和回彈模量均不滿足設(shè)計(jì)要求。這說明深井降水對提高原地面的壓實(shí)度和回彈模量是很有幫助的，這為解決上海地區(qū)原地面壓實(shí)度普遍不達(dá)標(biāo)的問題提供了一種新的解決方案。

3.2 沉降觀測結(jié)果分析

自2014年3月31日A匝道和B匝道開始施工，直至2016年6月30日，我們對A匝道和B匝道的臺后沉降進(jìn)行了連續(xù)的跟蹤觀測，沉降觀測結(jié)果分別見圖3、圖4。

圖3 A匝道臺后沉降觀測曲線

圖4 B匝道臺后沉降觀測曲線

從圖3和圖4可以看出，不管是A匝道和B匝道，各沉降觀測點(diǎn)的沉降變形基本都在3個(gè)月左右快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且在之后的兩年間均不再明顯的增加（2014年6月30日至2016年6月30日，總的沉降變形僅增大5～7mm左右），總沉降也基本一致，這說明采用先降水再填筑路基和先填筑路基再降水兩種工藝的沉降規(guī)律并無本質(zhì)區(qū)別，在臺后路基處理中采用哪種工藝都是可行的。且A匝道和B匝道總的沉降變形基本都接近20cm，與設(shè)計(jì)的總沉降20cm基本一致，因此將深井降水結(jié)合堆載預(yù)壓用在臺后路基的處理是完全可行的。此外，本工程其他橋臺還進(jìn)行了水泥土攪拌樁處理，其沉降觀測數(shù)據(jù)見圖5。

圖5 水泥土攪拌樁處理橋臺沉降觀測曲線

對圖3、圖4和圖5的對比可以發(fā)現(xiàn)，采用深井降水聯(lián)合堆載預(yù)壓處理的橋臺后的總沉降明顯大于采用水泥土攪拌樁處理的橋臺后的沉降，但其總沉降變形的收斂速度是基本一致的，基本都在3個(gè)月左右總沉降變形達(dá)到穩(wěn)定，但相對水泥土攪拌樁處理工藝，深井降水聯(lián)合堆載可以節(jié)省水泥土攪拌樁的施工時(shí)間和養(yǎng)護(hù)時(shí)間，從而可以大大節(jié)省臺后處理的施工工期。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

以A匝道為例，對深井降水聯(lián)合堆載預(yù)壓工藝的施工成本進(jìn)行分析，并將之與原設(shè)計(jì)的水泥土攪拌樁進(jìn)行比較，其比較結(jié)果見表3。

從表3可以看出，深井降水聯(lián)合堆載的施工成本僅為水泥土攪拌樁的1/5，這樣可以大大節(jié)約工程施工成本，而且與水泥土攪拌樁相比，深井降水聯(lián)合堆載預(yù)壓比水泥土攪拌樁節(jié)約至少45d的施工工期，且質(zhì)量比水泥土攪拌樁更容易控制。

4 結(jié) 論

本文將深井降水應(yīng)用到臺后路基處理中，進(jìn)行了初步的研究和探索。通過試驗(yàn)研究證明，深井降水聯(lián)合堆載預(yù)壓應(yīng)用于臺后路基處理是完全可行的，且大大節(jié)省了施工工期，降低了施工成本。從而這也為解決軟土地區(qū)臺后處理提供了一種新的思路和解決方案。

U416.1

：B

：1009-7716（2017）02-0036-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.011

2016-11-22

張玉富（1985-），男，貴州德江人，工程師，從事公路建設(shè)管理工作。