富水区域软基处理施工技术研究

陈成 赵磊 黄程

摘 要：以武深高速项目施工为背景，针对地下水丰富、软基处理困难的特点，采取了排水、隔水、降水相结合的施工方法，将地表水及上层滞水排到两侧排水沟，通过隔水膜结合黏土防渗墙阻隔了施工区域外的地下水渗透到施工区域内，同时在施工区域内采用高真空击密法进行软基处理，保证了软基处理的快速高效完成。

关键词：排水;隔水;降水;黏土防渗墙;高真空击密

中图分类号：U416            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）07-0112-03

淤泥、淤泥土和冲刷土等土壤具有含水量大，压缩性强，强度低，透水性差等特点，不利于工程。目前，这些基础上的建筑物的建设不断扩大，不可避免地存在工程问题，如承载能力不足，沉降差异过大，沉降时间长，因此在此类软土地基区域施工前必须进行软基处理，尤其是水的处理十分重要。如何大面积快速有效地降低路基施工范围的地下水位是当前富水区域路基施工面对的重要而现实的问题。

1 概述

武深高速公路是由武汉市向深圳市修建的一条纵向线路，该区域年平均降雨量1223～1494毫米。该区域地表水主要为水塘、水沟，补给方式为降雨，排出方式为地表径流及人工用水，水量受气象条件及人工影响明显。

该线的特殊地质主要是软土和填土。 软土表层是通过沟渠，鱼塘和藕塘段的淤泥土。其厚度较大，分布较连续，易产生土体压缩位移而导致路基沉降;路线经过路段多为农田，表层0.4～0.8 米为含植物根系的种植土，经过人工耕种对其有扰动，局部存在建筑垃圾为主的填筑土，多为松散欠固结;此外，在粉质粘土层中有一层柔软的塑料粉质粘土，具有中等偏高的压缩性。

2 总体思路

采用排、隔、降水相结合的处理方式，在路基施工范围外侧开挖两条排水沟，用于排除表层水及上层滞水，在排水沟外侧另行设置一道隔水防渗墙，用于阻隔施工区域外的地下水通过透水层流入施工区域内，在软基处理范围内采用高真空击密法进行降水处理，最终把软基施工范围内一定深度的地下水排除，并采用夯实击密的方法对地基进行加固处理。

3 施工工艺

3.1排水

首先将路基开挖至路床底标高30厘米以上，预留沉降量，然后在路基施工范围的两侧分别挖设排水沟，使地表水汇入排水沟，然后每间隔100米设置一座集水井进行抽排。

3.2隔水

3.2.1黏土防渗的特点

一般情况下，采用黏土防渗对比于其他防渗材料而言，对地基基础的要求较低，地基产生细微变形时，黏土在重力作用下自身可以愈合，若当地土料丰富、基础覆盖较深，可以使用黏土进行防渗。黏土防渗的特点：黏土为当地材料，就近取用，工程成本相对不高，黏土施工相对于沥青混凝土、钢筋混凝土等，施工工艺简单，施工设备投入较少且为常规设备，黏土防渗对地基要求不高，開挖量相对减少。

3.2.2隔水膜结合黏土防渗墙结构设计

隔水膜与粘土防渗墙结构相结合，由下支撑层，隔水膜防渗层和上防渗保护层组成。隔水膜与粘土防渗墙结构相结合的任务是研究防水膜与粘土防渗墙及其下支撑层相结合的结构形式和排列。确定每层结构的技术参数，包括材料，级配，厚度，渗透率，压实参数等，提出详细的施工技术和施工技术要求。

3.2.2.1 下部支持层设计

隔水薄膜与粘土防渗墙下支撑层相结合，应具备以下功能：①具有一定的承载能力，以满足施工和运行期间的传递荷载要求; ②具有合适的粒径，形状和级配，确定最大粒径，以避免防水膜在高水压下破裂。隔水薄膜应铺设在严密的基础上，表层应平整。与膜接触的层是致密的细土层，并且表层需平整。根据可行性研究阶段的现场轧制试验的结果，当隔水膜的下支撑层是顺直的粘土层时，上粘土对隔水膜的损坏相对较小。

3.2.2.2隔水膜防渗层设计

该项目防渗要求高，使用的隔水膜很厚。若使用复合土工膜，在膜布热复合后，在两侧未复合的地方会发生很大程度的起皱;另一方面，复合疏水膜的质量低于光膜的质量，并且表面缺陷多于光膜。因此，防水膜防渗层应由厚度为0.5毫米的聚乙烯制成。

3.2.2.3上部防渗、保护层设计

为了避免紫外线照射，高温和低温损坏，生物破坏和机械损伤对隔水膜表面造成的破坏，应在隔水膜的上部设置保护层。该工程采用组合防渗形式，隔水膜上部填筑一定厚度（具体厚度根据开挖构深定）的黏土，它既可起到保护层的作用，又可起到压重作用，形成隔水屏障。

3.2.3隔水膜结合黏土防渗墙现场施工工艺

3.2.3.1场地试开挖、水量测量

从水位观测数据（见图1）来看，场地内水位回升受1.8米深处夹砂透水层影响比较大，在开挖后7个小时内水位回升速度比较快，21小时后水位稳定，水位埋深约1.2米。

由此可见，本项目场地的封水措施尤其重要。封水措施是决定排水效果的关键，故在地基处理前，除了常规的截水措施外，还应增加挖沟埋设隔水薄膜结合黏土隔水墙的隔水措施。

3.2.3.2隔水防渗墙布置

因吹填砂层的渗透性很好，必须在处理边线外侧设置隔水措施（见图2），否则外围的水会倒灌进场地内，影响开挖区的排水效果。同时考虑到开挖砂层为流砂，一般的隔水措施施工难度很大，故本项目的隔水措施可采用黏土防渗隔水墙，即在开挖边线外侧设置黏土密封墙，密封墙采用黏土换填流砂，宽度2.5米，深度要求穿透流砂层并进入到原状土层中0.5米，满足隔水深度要求。

3.2.3.3隔水膜结合黏土防渗墙施工方法

在路基处理边线以外约8米处，有已经开挖的排水沟，隔水薄膜埋设在已有外侧排水沟的内坡。在试验区四周都埋设隔水薄膜，因场地内开挖面以下约2米左右有一层50厘米厚的夹砂层，隔水薄膜要求埋设在流砂层层以下50厘米。

每次挖深达到7～8米时，工人将膜埋入一次。若发生坍塌导致无法埋膜时，使用卧管顶住膜底以确保膜可以埋在沟槽的底部

当隔水膜被埋好后，挖掘机在坍塌之前迅速回填少量粘土，使膜底固定，然后另一台挖机先慢后快的方式回填黏土。

隔水膜搭接处理：因隔水膜每100米一段，要四周隔水效果达到最佳效果，每段隔水膜衔接段不能渗水，每段薄膜预留8到10米搭接确保不能从中间渗水。

3.3降水

高真空击密法施工工艺流程如图3：

3.3.1高真空排水施工

根据现场水层的分布情况采用深层和浅层高真空管分层布置，深管间（3.5～4.0m）×3.5m，长度6m，浅管间距（3.5～4.0m）×3.5m，长度3～4m，浅管针对1.5米处砂层降水，深管针对3.5米处承压水层降水。

真空管按优化参数布置，真空管为3m和6m，间距为（3.5～4.0m）×3.5m。在施工过程中，根据信息化施工条件调整施工参数。真空设备采用新型节能真空泵，高真空排水系统由卧管和真空降水管两部分组成。

使用Φ32钢管，下入口孔包裹两层尼龙渗漏膜形成真空管。卧管采用Φ50PVC管。卧管与真空管之间采用内缠钢丝软胶管连接，连接的接头应紧密。

当真空系统运行时，确保不间断抽水并设置两组电源，正常的出水规律为“先大后小，先浑后清”。在运行过程中应及时观察，若出现异常，应立即检查，发现问题后及时改正。

在真空管口处设置保护措施，避免杂物掉到井管内。

为避免滤网被破坏，在放置真空管前，需仔细检查，确保滤网完好无损。

高真空成孔采用机械震动插管式成孔，植入真空管后，利用机械震动，让1.5米处砂层的砂落入真空管滤段外侧，形成砂滤层，增强排水效果。

深管成孔时，对滤段采取针对性设置，先探明承压水的位置，保证滤段正好位于承压层，有效排除承压水。

3.3.2高真空排水技术要求

（1）根据给定的参数布置真空管，在施工过程中根据信息化施工情况调整施工参数。

（2）真空设备采用新式节能真空泵。

（3）高真空排水系统由卧管和真空降水管组成。

（4）使用Φ32钢管，下入口孔包裹两层尼龙渗漏膜形成真空管。卧管采用Φ50PVC管。卧管与真空管之间采用内缠钢丝软胶管连接，连接的接头应紧密。

（5）当真空系统运行时，确保不间断抽水并设置两组电源，正常的出水规律为“先大后小，先浑后清”。在运行过程中应及时观察，若出现异常，应立即检查，发现问题后及时改正。

（6）真空管口设置保护措施，避免杂物掉入井管内。

（7）为避免滤网被破坏，放置真空管前，需仔细检查，确保滤网完好无损。

3.3.3强夯击密施工

高真空排水一段时间后、观测地下水位降至地面以下2米后进行第一遍点夯击密。第一遍击密完成后进行第二遍、第三遍排水击密施工，每遍排水时间约4～7天。

点夯击密：第一遍点夯击密，夯击能量1000～1200kN·m，夯击次数1～2次;第二遍点夯击密，夯击能量1200-1300kN·m，夯击次数2～3次，两遍点夯的夯点位置均按照梅花形布置;第三遍点夯，夯击能量1200～1400kN·m，夯击次数2～3次，夯点位置与第一遍相同。

每遍击密时间：第一遍击密在排水后5～6天开始，水位要求降低至原地面以下2～2.5米（处理面以下约1米）;第二遍和第三遍击密时间相隔4～5天。

具体能量和击数可在每遍施工时根据试夯情况调整。每遍点夯击密后根据现场信息化反馈资料分析，结合现场情况判断处理效果，并调整施工参数。

满夯击密：满夯能量600kN·m，夯击次数为1次，锤印应搭接1/4锤径。

施工过程是信息化施工过程，在施工之前到现场做前期摸探，了解土性，在施工过程中根据信息化施工情况调整真空管布置参数以及每遍击密间的排水时间，夯击遍数、夯击能量、击数，在操作过程中需要根据处理效果调整相关参数。

考虑天气、质量与进度要求，质量控制要点如下：

（1）水位明显下降，土体含水量基本达到可密实要求，方可进行强夯，强夯时，应有明显密实感，无明显弹簧现象。

（2）强夯后不得在强夯工作出现碗状深坑，碗状深坑（>0.5米）下雨易积水，容易造成交工面弹簧现象。

（3）地基处理面以下0.3～0.7米有一层粉砂夹层，尽量把该粉砂夹层通过高真空击密处理成一层完整的超固结硬壳层，所以击密施工时应注意：宜小间距（3～3.5米）浅坑（<0.5米）强夯，不宜大间距（7～8米）深坑（>0.5米）强夯。

（4）强夯时，如出现弹簧、隆起、效果不明显现象，应立即查找原因，然后调整强夯参数，强夯参数调整包括：遍数、间距、能量、击数等。

4 结语

在高地下水位区域进行软基施工时综合运用排、隔、降水的方式对软基进行处理，效果良好，既缩短了工期，又降低了成本，有效解决了富水区域软基处理困难的难题，为高地下水位富水软基降排水施工处理提供了新的方法工艺及思路。

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