道路路基穿过水塘的施工技术处理方案

道路路基穿过水塘的施工技术处理方案
一、工程概况
京承高速公路北京段是《国家高速公路网规划》中大广线（大庆-广州）的重要组成部分，全长132.4公里，一、二期工程已建成通车。

京承高速公路三期工程起点为密云县沙峪沟，终点为市界，全长62.685公里，已于2007年6月开工，计划2009年10月建成通车。

京承高速公路三期工程1K72+000～1K72+800段800米为现况水塘，位于地下水丰富的潮河（现局部有积水）上游左岸。

根据现场实际测量得知水塘水深为3～6 m，水位标高为77.60 m，补给水源为地下水，附近地下水互相贯通，水塘现况水位标高就是地下水位标高。

现况水塘是新近采砂砾开挖而成，地下水十分丰富，底部是天然砂砾很少淤积。

该路段属于潮河河漫滩地貌，水塘下部是一层圆砾卵石层，为第四纪全新世冲洪积层，一般粒径为20～80 mm，最大粒径不小于450 mm，中粗砂充填，厚度为0.3～3.2 m，其下是强风化和弱风化片麻岩，强风化和弱风化片麻岩层标高为69.4～72.6 m。

二、工程特点分析
主路1K72+000～1K72+800段800 m路基几乎从水塘中间穿过，路基填出水面后两侧仍有80～120 m宽不等的水面，水塘全部填起来工程造价太高、太不经济。

水塘水深3～6 m，塘底几乎无淤积层，为渗透性极强的天然圆砾卵石层，水塘内的水与周围地下水互
相贯通，且与潮河河道内水系也贯通，抽干水塘里的水也是不现实的。

三、对策与技术处理方案
针对工程特点和现场的实际情况，为保工程质量主路1K72+000～1K72+800段路基填筑采用以下技术处理措施（已征得设计单位同意）：
1．抛填炮渣石至水面以上1 m，采用强夯法夯实，使抛填炮渣石稳定密实，达到规范和设计要求。

2．抛填炮渣石强夯合格后其上分层填筑1 m厚的天然砂砾过渡层。

3．加载预压，减小工后沉降。

四、施工原理、参数、方法与步骤
（一）炮渣石抛填
根据水深施工段落划分为：
填料材质要求：应选用硬质、中硬质类的炮渣石，强风化、溶性、膨胀性、崩解性和盐化等类的炮渣石不得用于本工程，岩性相差较大的炮渣石应分层或分段填筑，严禁混合使用。

填料粒径要求：虽然炮渣石填料的粒径大小基本上取决于石方开挖现场的爆破技术，但是由于爆破开采现场的石料粒径较大，所以必须要对施工现场填料的最大粒径提出控制要求，以保证路基的压实质量，对于炮渣石填料的最大粒径应控制在40cm以内。

填筑要求：炮渣石填筑时应预留50cm（用于1K72+000～1K72+200段）或60cm左右（用于1K72+200～1K72+800段）的夯实沉降量，保证夯实合格后炮渣石顶面高程高出现况水面至少1米以上，同时填筑宽度比正常路基宽度设计值两侧各宽出1米。

抛填时满足相关规范、规程和设计等要求。

（二）强夯法夯实
1．夯实原理。

强夯法（又称动力固结法或动力压实法）是一种将几吨到几十吨的重锤，以几米到几十米的落距从高处自由落下，对地基土进行强力夯击，施加很大的冲击和振动能，使其达到密实的方法。

强夯法夯实顺序是先深后浅，即先加固深层土，再加固中层土，最后加固表层土。

作用机理：利用夯击能对地基施加强大的冲击力，在地基土中形成冲击波和动应力，使填方骨料位移以及骨料联结处部分颗粒挤碎后填隙，使地基土压密和振密，以加固地基土，达到提高强度、降低压缩性等目的。

同时夯击能还可提高土层的均匀程度，减少可能出现的差异沉降。

强夯法具有适应性广、施工简单、加固效果好、工期短、使用经济等优点，缺点是噪音和振动较大。

2．施工夯实参数的确定。

先根据水深选取两段路基长各50m作为试验段，通过试验段进行试验取得相关施工参数。

试验段取得相关数据报业主、设计、监理单位批准认可后进行全面施工。

强夯施工参数的确定，依据以往施工相关经验和本工程实际情
况，主要参数有：强夯有效影响深度和夯锤落距、单击夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、相邻两遍夯击间隔时间、夯点布置及夯距。

1K72+750～1K72+800试验段的施工夯实参数确定（水深大于3.5 m段，最大水深为6 m）。

（1）强夯有效影响深度D和夯锤落距H：根据工程实际情况1K72+750～1K72+800段水塘最大水深为6 m，且底部无淤积层，为渗透性极强的天然圆砾卵石层，故取D=6.0+1.6=7.6m。

根据
W——夯锤的重量，KN；H——夯锤的落距，m；K——有效影响深度折减系数，按石料取值范围0.4～1，综合考虑取0.4。

已知到场夯锤重150KN，可计算出落距H为24 m。

（2）单击夯击能E：单击夯击能系指夯锤重与落距的乘积，在相同单击夯击能的条件下，重锤低落距较轻锤高落距加固效果好。

因此在起吊能力许可情况下，宜尽量采用较重的夯锤。

E=WH
W——夯锤的重量，KN；H——夯锤的落距，m；
根据已采用的夯锤重150KN，落距取24m，可计算出单击夯击能为3600kn·m。

（3）最佳夯击能：最佳夯击能又称最大夯击能即累计夯击能，达到最佳夯击能的夯击次数即为夯点每遍的夯击次数，本工程采用控制夯坑夯沉深度的方法来确定最佳夯击能即最后两击平均夯沉量不大于50 mm。

（4）夯击遍数：根据以往类似工程的施工经验，炮渣石填筑高度为6～8 m时，单击夯击能为2900kn·m，本工程单击夯击能确定为3600kn·m。

夯击遍数采用重夯击2遍（每夯击点夯击4～6次，最终夯击次数按现场实际和试验段结果确定），然后再用单击夯击能为800kn·m低能量（为前两遍夯击能量的1/4-1/5，每点夯击2次）满夯两遍，锤印搭接。

（5）相邻两遍夯击间隔时间：相邻两遍夯击间隔时间是根据孔隙水压力消散情况而定，本工程为水中抛填炮渣石夯实，根据以往工程经验并结合相关规程，相邻两遍夯击间隔时间定为5小时。

（6）夯点布置及夯距：本工程根据现场实际情况采用正方形布置夯点，夯点间距取夯锤直径的2.5～3.5倍。

根据进场重锤直径为2.2 m，取夯点间距L=6 m。

夯击点按正方形布置，先用白灰标出夯点，第一遍夯实结束，间隔5小时后用推土机找平，再中间补插夯点，用白灰标示。

夯点布置如图1所示。

1K72+000～1K72+050试验段的施工夯实参数确定（水深小于3.5m段）。

（7）强夯有效影响深度D和夯锤落距。

根据工程实际情况1K72+000～1K72+050段水塘最大水深为3.5 m，且底部无淤积层，为渗透性极强的天然圆砾卵石层，故取D=3.5+1.5=5.0米。

根据
W——夯锤的重量，KN；H——夯锤的落距，m；K——有效影响深度折减系数，按石料取值范围0.4～1，综合考虑取0.4。

已知到场夯锤重150KN，可计算出落距H为10.4 m，实际取H=11 m。

（8）单击夯击能E：单击夯击能系指夯锤重与落距的乘积，在相同单击夯击能的条件下，重锤低落距较轻锤高落距加固效果好。

因此在起吊能力许可情况下，宜尽量采用较重的夯锤。

E=WH
W——夯锤的重量，KN；H——夯锤的落距，m。

根据已采用的夯锤重150KN，落距取11m，可计算出单击夯击能为1650kn·m。

（9）最佳夯击能：最佳夯击能又称最大夯击能即累计夯击能，达到最佳夯击能的夯击次数即为夯点每遍的夯击次数，本工程采用控制夯坑夯沉深度的方法来确定最佳夯击能即最后两击平均夯沉量不大于50 mm。

（10）夯击遍数：根据以往类似工程的施工经验，炮渣石填筑高度为4～6 m时，单击夯击能为1200kn·m，本工程单击夯击能确定为1650kn·m。

夯击遍数采用重夯击2遍（每夯击点夯击4～6次，最终夯击次数按现场实际和试验段结果确定），然后再采用单击夯击能为400kn·m低能量（为前两遍夯击能量的1/4～1/5，每点夯击2次）满夯两遍，锤印搭接。

（11）相邻两遍夯击间隔时间：相邻两遍夯击间隔时间是根据孔隙水压力消散情况而定，本工程为水中抛填炮渣石夯实，根据以往工程经验并结合相关规程，相邻两遍夯击间隔时间定为5小时。

（12）夯点布置及夯距：本工程根据现场实际情况采用正方形布置夯点，夯点间距取夯锤直径的2.5～3.5倍。

根据进场重锤直径为2.2米，取夯点间距L=6米。

夯击点按正方形布置，先用白灰标出夯点，第一遍夯实结束，间隔5小时后用推土机找平，再中间补插夯点，用白灰标示。

夯点布置如图2所示。

（三）强夯法施工工艺
1．测量放样。

采用1台水准仪和1台全站仪，按要求精确确定强夯区域及点位布置，并在强夯范围外设置坐标控制网点基桩，同时在其周围合理布置水准点作为控制高程、路基沉降的依据。

2．强夯施工工艺流程。

场地平整→强夯夯点（＋）放样→第一遍强夯（通过振动、冲击使松散粒料重新分布挤密）→整平→强夯夯点（○）放样，重复上述施工步骤→满夯→质量检测。

图3 工程强夯实例图
3．施工步骤。

（1）从鱼塘两岸同时向中间抛填炮渣石至水面1m 以上，要考虑强夯夯沉量。

炮渣石粒径不大于40cm，材质满足相关要求；（2）试夯：在重锤夯击施工前，应试夯，以便校核选定的夯锤重量和确定的落距，同时初步确定最后下沉量以及相应的最小夯击遍
数和总夯实下沉量；（3）根据测量放样用白灰精确标出第一遍夯击点位置，并测量场地标高。

为保夯实质量夯锤距离现况炮渣石上坡脚≤1m；（4）夯锤对准夯点（＋）位置；（5）测量夯前锤顶标高；（6）将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程。

若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，及时将坑底整平；（7）重复步骤F，按规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；（8）场地平整、测量放样，在规定的时间间隔后，夯锤对准夯点（○）位置；重复步骤D-G，完成全部夯点的夯击；（9）用推土机将夯坑整平，并测量场地标高；（10）最后用低能量（为前两遍能量的1/4-1/5）满夯两遍，以加固前两遍之间的松动的表层，并测量夯后场地标高。

4．强夯施工控制要点。

（1）开夯前检测锤重和落距，以确保夯击能符合要求；（2）施放轴线控制点和主夯点位置，轴线位置误差不大于20mm，夯点位置误差不大于150mm；放线完毕及时上报，经校核后开始强夯施工；（3）每遍夯击前，对夯点放线重新进行复核，按夯锤直径大小，在夯点位置用白灰标示，以便夯锤中心对准夯点位置，夯锤中心与夯点中心的偏差不得大于150mm；（4）夯后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯及时纠正；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，及时将坑底填平后再夯；（5）每夯一击（或按规定击数）用水准仪测量夯沉量后再起锤；（6）按要求检查每个夯点的夯击次数；（7）施工过程中对各项参数及施工情况进行详细记录；（8）夯坑内有积水时需及时排除，并间隔一定时间晾干后回填再夯；（9）由于采用强夯压实处理，噪声、振动较大，对周围既有建筑和养殖业都会有一定影
响，要采取一定措施减小扰民；（10）建立安全保证体系并在现场采取一些安全措施，确保机电安全和施工安全。

（四）强夯施工质量控制标准
1．强夯处理夯击点布置应满足相关要求。

检验数量：全部检验。

检验方法：放样、尺量。

2．低能量满夯的搭接不得小于三分之一夯锤直径。

检验数量：全部检验。

检验方法：观察、尺量。

3．强夯夯坑中心偏移的允许偏差应不大于D/5（D为夯锤直径）。

检验数量：检验总夯击点的10%。

检验方法：测量检查。

4．强夯过程中施工质量控制。

最后两击平均夯沉量不大于50mm，同时夯坑周围不发生较大隆起、不因夯坑过深而发生起锤困难。

5．强夯后施工质量检验。

孔隙率：用水袋法检测炮渣石顶面和顶面下50cm处的孔隙率，所测孔隙率均小于22%，满足相关规范要求。

地基承载力：强夯施工结束在规定周期后，进行了现场荷载试验，达到设计要求强夯后地基承载力不小于200KPa。

经现场检测1K72+000～1K72+050段地基承载力为270KPa，1K72+750～1K72+800段地基承载力为280KPa，均满足要求。

可见强夯施工参数的选取是合理的，强夯法对抛填炮渣石压实处理有效。

（五）天然砂砾填筑
抛填炮渣石验收合格后，在其顶面按要求埋设沉降观测点，再进行天然砂砾过渡层施工。

依照相关规范、规程和要求分层填筑1m厚
的天然砂砾，填筑时严格控制材料品质和压实质量。

（六）加载预压
2008年10月份前基本完成1K72+000～1K72+800段主路路基的填筑（除炮渣石外填筑高度为9～12m，作为主要的预压荷载），仅留路床顶面以下一层20cm的路基填料。

再以其上每平方m路面工程的质量以及留下的20cm路基的质量为标准进行加载。

加载预压期为2008年10月15日至2009年3月15日（5个月），同时结合沉降观测值综合考虑加载预压期，最大限度减小工后沉降。

通过现场平台（设计要求宽出部分）观测以及沉降测量，填筑的炮渣石很稳定，效果理想。

2008年10月份观测沉降量为15mm，2008年11月份观测沉降量为9mm，2008年12月份观测沉降量为5mm，2009年1月份观测沉降量为3mm，满足相关要求。