王永平

（中冶建工集團(tuán)有限公司，重慶 400000）

1 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

西昌市政道路位于西昌市成涼工業(yè)園區(qū)，其中天王山大道A段為橫穿水塘路段，全長(zhǎng)約180m；水塘深3～4m，最深處約5.2m，水面標(biāo)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(shè)計(jì)為混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支T梁橋，橋?qū)捈s40m、長(zhǎng)160m，雙向四車道，分左右兩幅實(shí)施，橋梁主跨70m、邊跨40m，橋墩采用蓋梁接圓柱墩和樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)間設(shè)置系梁，橋臺(tái)采用U型橋臺(tái)接樁基礎(chǔ)，見圖2。橋梁建成后不僅能改善當(dāng)?shù)亟煌顩r，還能有效保護(hù)水系完整。

圖2 跨水塘橋梁設(shè)計(jì)效果圖

該橋梁設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是工程造價(jià)高。據(jù)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(jià)相差0.2～0.9億元。同時(shí)，樁基施工是水下灌注混凝土，施工中極易出現(xiàn)樁底沉渣過厚、塌孔、樁身夾層斷樁等質(zhì)量問題，施工難度大。此外，水中作業(yè)需要建設(shè)圍堰、搭設(shè)臨時(shí)棧橋等，深水作業(yè)存在一定的安全隱患，這些都會(huì)增加施工成本。

綜合造價(jià)、工期、施工難度等各方面因素，將穿水塘段橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)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(qiáng)度不小于30MPa的塊石，拋出水面以上500mm后進(jìn)行強(qiáng)夯，再進(jìn)行承載力檢測(cè)，承載力應(yīng)不小于200kPa，變形模量不小于20MPa。在拋填塊石路基中設(shè)置連通管，保證兩側(cè)水壓平衡的同時(shí)，水塘生物可通過連通管串游，維持生態(tài)平衡。連通管管頂標(biāo)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(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

原設(shè)計(jì)的混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支T梁橋總造價(jià)約1.2億元，因橋梁總造價(jià)過高，導(dǎo)致項(xiàng)目概算遠(yuǎn)超項(xiàng)目投資總額，該項(xiàng)目屬于PPP項(xiàng)目，如果概算超過10%以上，要重新報(bào)批可研報(bào)告、初設(shè)以及概算。項(xiàng)目概算調(diào)整程序比較復(fù)雜，對(duì)調(diào)整原因的界定和程序都有嚴(yán)格規(guī)定，一般要經(jīng)過財(cái)政審價(jià)、發(fā)改委委托審計(jì)造價(jià)機(jī)構(gòu)審查、項(xiàng)目所屬政府投資分管領(lǐng)導(dǎo)審批以及政府常務(wù)會(huì)議通過才能進(jìn)行調(diào)整。實(shí)際實(shí)施過程不僅復(fù)雜，而且調(diào)整周期長(zhǎng)達(dá)一年，甚至更久，對(duì)項(xiàng)目整體建設(shè)周期影響較大。因此，應(yīng)優(yōu)化跨水塘段道路方案，降低項(xiàng)目概算，以避免超概算對(duì)項(xiàng)目實(shí)施帶來的不利影響。

優(yōu)化后的浸水路基方案，主要包括拋填塊石、強(qiáng)夯地基、碎石墊層、普通路基回填、水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石底基層等工程，總造價(jià)約為2 500萬元。優(yōu)化后的方案造價(jià)僅為原橋梁設(shè)計(jì)造價(jià)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 優(yōu)化方案實(shí)施

3.1 試驗(yàn)段施工

強(qiáng)夯施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)擬定的強(qiáng)夯參數(shù)，選定試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)面積不小于20m×20m，通過試驗(yàn)確定夯擊擊數(shù)與單擊夯沉量的關(guān)系，從而確定碎石超填高度和夯點(diǎn)夯擊次數(shù)，待試夯結(jié)束14d后，對(duì)試夯場(chǎng)地進(jìn)行承載力等數(shù)據(jù)檢測(cè)，并與夯前數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而確定大面積施工時(shí)采用的各項(xiàng)參數(shù)。

3.2 擬定強(qiáng)夯施工參數(shù)

3.2.1 試驗(yàn)區(qū)域

選定K4+960～K4+980段20m×20m的區(qū)域?yàn)樵囼?yàn)區(qū)，具體位置詳見圖4。

圖4 選定試驗(yàn)區(qū)

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

圖5 5 000kN·m點(diǎn)夯兩遍平面布置圖

（2）夯錘落距。落距=設(shè)計(jì)參數(shù)（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(yàn)算。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ 79-2012有關(guān)規(guī)定預(yù)估：

式中：

h--強(qiáng)夯地基有效加固深度（m）；

W--錘的質(zhì)量（t）；

H--夯錘落距（m）；

α--強(qiáng)夯法有效加固深度修正系數(shù)（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(jīng)計(jì)算：強(qiáng)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(chǎng)地。

（2）用白灰標(biāo)記出第一遍夯點(diǎn)的位置，并測(cè)量高程。

（3）夯機(jī)就位，將夯錘調(diào)整至夯點(diǎn)位置。

（4）測(cè)量夯錘頂標(biāo)高。

（5）將夯錘起吊至預(yù)定高度，打開脫鉤裝置，夯錘下落，放下吊鉤，測(cè)量錘頂標(biāo)高。

（6）重復(fù)步驟（5），根據(jù)控制標(biāo)準(zhǔn)和夯擊次數(shù)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊；施工時(shí)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，應(yīng)同時(shí)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(fā)生過大隆起；③不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難。

（7）換夯點(diǎn)，重復(fù)步驟（3）～（6），完成全部夯點(diǎn)的第一遍施工。

（8）用裝載機(jī)將夯坑填平，測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高。

（9）在規(guī)定時(shí)間間歇后，按上述步驟依次完成全部夯擊遍數(shù)。

3.3.1 試驗(yàn)檢測(cè)

試驗(yàn)區(qū)施工夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系詳見表1，由表1可知，當(dāng)碎石拋填高度高出水面2m時(shí)，連續(xù)夯擊5次后，最后兩擊平均夯沉量小于100mm，且夯實(shí)面標(biāo)高高于水面500mm，滿足設(shè)計(jì)及《強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程》（CECS 279-2010）的要求。

表1 試驗(yàn)區(qū)施工夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系

結(jié)束試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯后，進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)方法及步驟詳見3.6。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)區(qū)地基承載力實(shí)測(cè)值為310kPa，變形模量為28MPa，均滿足設(shè)計(jì)承載力不小于200kPa、變形模量不小于20MPa的要求。

3.3.2 經(jīng)試驗(yàn)段試夯確定的施工參數(shù)

（1）單擊夯擊能：E=5 000kN·m，夯點(diǎn)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(diǎn)夯擊次數(shù)為5次。

3.4 大面積施工及過程控制

大面積施工應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)段確定的施工參數(shù)進(jìn)行。

3.4.1 大面積施工工藝步驟

（1）清理、整平施工場(chǎng)地。

（2）用白灰標(biāo)記出第一遍夯點(diǎn)的位置，測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高。

（3）夯機(jī)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(diǎn)位置，測(cè)量錘頂標(biāo)高。

（5）提升夯錘至落距高度，夯錘自動(dòng)脫鉤，夯擊夯點(diǎn)。

（6）測(cè)量錘頂標(biāo)高，記錄夯沉量。

（7）重復(fù)步驟（5）～（6），根據(jù)試驗(yàn)段確定的控制標(biāo)準(zhǔn)和夯擊次數(shù)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的施工。

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

（9）用裝載機(jī)將夯坑填平，測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高。

（10）在規(guī)定的間歇時(shí)間后，按上述步驟依次完成全部夯擊遍數(shù)。

3.4.2 過程控制要點(diǎn)

（1）確定落距后，鎖定控制落距的鋼絲繩，采用龍門架時(shí)應(yīng)在龍門架上標(biāo)出落距標(biāo)志。

（2）施工前，應(yīng)檢查落距和夯錘質(zhì)量，確保單擊夯擊符合要求。

（3）隨時(shí)清理夯錘通氣孔，保持氣孔暢通。

（4）發(fā)現(xiàn)夯錘偏離夯坑中心時(shí)，應(yīng)立即調(diào)整，坑底歪斜較大時(shí)，需將坑底整平后，繼續(xù)施工。

（5）記錄好每擊的夯沉量以及其他施工數(shù)據(jù)。

（6）夯沉量出現(xiàn)夯錘反彈、地表隆起等異?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

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

（8）分層強(qiáng)夯時(shí)，上下層強(qiáng)夯夯點(diǎn)應(yīng)錯(cuò)開布設(shè)，避免在同一位置進(jìn)行強(qiáng)夯。

（9）強(qiáng)夯施工時(shí)，夯點(diǎn)嚴(yán)禁直接采用連夯的方式，必須嚴(yán)格按夯點(diǎn)逐步加密方法施工。

3.5 質(zhì)量要求

3.5.1 夯點(diǎn)、夯錘及場(chǎng)地平整度允許偏差

（1）夯點(diǎn)測(cè)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(yù)埋連通管位置允許偏差：±200mm。

（5）預(yù)埋連通管標(biāo)高允許偏差：±100mm。

3.5.2 質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

本工程施工過程嚴(yán)格按照質(zhì)量要求進(jìn)行控制，各質(zhì)量驗(yàn)收項(xiàng)目的施工偏差值均在允許偏差范圍內(nèi)，分項(xiàng)工程驗(yàn)收一次通過。質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表2 質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

3.6 試驗(yàn)檢測(cè)

靜力載荷試驗(yàn)主要用于檢測(cè)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(yù)制塊（若干）、一臺(tái)雙油路油壓千斤頂組成。試驗(yàn)荷載由電動(dòng)液壓油泵通過一臺(tái)經(jīng)嚴(yán)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(cè)試儀控制。

3.6.2 沉降量測(cè)裝置

基準(zhǔn)系統(tǒng)采用Φ50鋼管作為基準(zhǔn)梁，基準(zhǔn)梁埋于承壓板兩側(cè)，基準(zhǔn)梁與試坑接觸點(diǎn)距離試點(diǎn)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(shù)顯防水位移傳感器，通過JCQ-503C靜力載荷測(cè)試儀量測(cè)。

3.6.3 最大試驗(yàn)荷載

本次檢測(cè)目的是要求地基承載力試驗(yàn)的最大試驗(yàn)荷載不小于200kPa。經(jīng)檢測(cè)，強(qiáng)夯后的路基承載力實(shí)測(cè)平均值為290kPa，變形模量平均值為26MPa，均滿足設(shè)計(jì)承載力不小于200kPa、變形模量不小于20MPa的要求?，F(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)過程見圖6。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)過程

3.7 環(huán)境保護(hù)措施

（1）水塘原為附近居民生活用水水源，且水塘內(nèi)有各類水生物，物種豐富，是附近居民休閑娛樂的場(chǎng)所。為避免污染水體，破壞水體穩(wěn)定，施工前，應(yīng)對(duì)路基回填所用塊石材料進(jìn)行有害物質(zhì)檢測(cè)，確?；靥盍喜粫?huì)對(duì)水塘造成污染。并提前聯(lián)系當(dāng)?shù)卣块T，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(diǎn)投食、驅(qū)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(shí)檢測(cè)水質(zhì)；施工后，投放水質(zhì)凈化劑，使水質(zhì)盡快恢復(fù)至原有狀態(tài)。

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

（4）采用封閉容器清運(yùn)施工過程中產(chǎn)生的建筑垃圾，嚴(yán)禁將施工建筑垃圾拋入水塘內(nèi)。

（5）及時(shí)清除現(xiàn)場(chǎng)大型施工機(jī)械維修保養(yǎng)產(chǎn)生的機(jī)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(chǎn)生的廢水、污水，或采用管道引排至市政污水管網(wǎng)，嚴(yán)禁將廢水、污水以任何形式排放至水塘內(nèi)。

（7）施工現(xiàn)場(chǎng)的油漆材料、化學(xué)材料等集中堆放在有毒有害廢棄池內(nèi)，嚴(yán)禁到處亂扔。存放化學(xué)材料時(shí)，應(yīng)采用隔熱防潮措施，對(duì)化學(xué)品及易燃、易爆、油品等物質(zhì)的名稱、數(shù)量及入庫時(shí)間進(jìn)行記錄和定期清點(diǎn)，控制庫存量。化學(xué)品物質(zhì)應(yīng)存放在專用倉庫，并設(shè)專人管理，定期檢查，做好相應(yīng)標(biāo)識(shí)，不能存放在露天、潮濕、漏雨和低洼易積水地點(diǎn)。

4 結(jié)語

通過優(yōu)化跨越水塘段道路設(shè)計(jì)方案，將原來造價(jià)高且施工設(shè)計(jì)難度大的混凝土梁式橋優(yōu)化為造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單的浸水路基+普通路基道路方案。按本文施工技術(shù)方案實(shí)施后的路基承載力以及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范和使用要求，優(yōu)化后的方案大約節(jié)約9 500萬元的成本，縮短了建設(shè)周期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本文的優(yōu)化方案以及施工技術(shù)方案為跨水塘、魚塘等局部靜止水域道路的設(shè)計(jì)及施工提供了參考依據(jù)。