高速公路水荷載等載預(yù)壓可行性研究摘要本文從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險幾方面研究了高速公路水荷載等載預(yù)壓的可行性關(guān)鍵詞水荷載、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險、可行性一工程概況本工程為京珠高速公路廣珠北十四標(biāo)，位于番禺東涌鎮(zhèn)。工程合同價90773388元，其中1780M為橋梁，1600M為路基段。路基全部為軟基段，軟基處理為袋裝沙井排水固結(jié)法，路基采用吹填砂加包邊土形式，填筑高度36M，路基等超載預(yù)壓采用吹填砂。由于施工里程長，運(yùn)距遠(yuǎn)，砂資源日益緊張，砂價上漲，使填砂進(jìn)行等載預(yù)壓有一定的困難；而此處的河涌發(fā)達(dá)，水資源豐富，可以考慮用水荷載預(yù)壓施工。二、水荷載初步設(shè)計方案工藝流程路基全斷面吹填砂包邊土及封頂層填筑水壩填筑排水盲溝施工各排水管道施工PVC土工膜鋪設(shè)抽水加載預(yù)壓。1、吹填砂先進(jìn)行路基全斷面（包括包邊土位置）吹填砂至93區(qū)頂（即封頂土底標(biāo)高），然后平整、壓實、驗收。驗收合格后，等載里程段再吹02米高。然后把包邊土位置的砂量轉(zhuǎn)至路基頂面，包邊土位置的砂量相當(dāng)路基頂面砂層厚034米，即路基頂面高出93區(qū)頂054米。2、包邊土及封頂層填筑路基頂層砂平整、壓實后，用汽車運(yùn)土進(jìn)行兩側(cè)包邊土及封頂層填筑。包邊土及封頂層分層填筑、壓實，每層壓實厚度及壓實度按規(guī)范要求進(jìn)行，封頂層厚50CM，分兩層填筑。3、水壩填筑包邊土及封頂層填筑完成后進(jìn)行水壩填筑，筑壩所需土料與封頂層同，并用于以后封頂土填筑。然后在埋設(shè)沉降板斷面處和適合位置分段圍壩，圍壩外坡度為115，內(nèi)坡度為11，高度為H10150318M。分段圍壩進(jìn)行水荷載預(yù)壓有利于預(yù)壓期間的維護(hù)及觀測沉降。分段圍壩后要保證壩內(nèi)平整，堤壩穩(wěn)固。有關(guān)數(shù)據(jù)見圖水荷載預(yù)壓平面圖、水荷載預(yù)壓橫斷面圖及路基分段詳見表一。4、排水盲溝、各排水管道施工在封頂層面設(shè)置砂溝盲溝、路基縱向兩道、橫向兩道盲溝設(shè)在路工壩內(nèi)側(cè)2米處，溝寬20CM，深15CM，橫向盲溝與土壩相交處埋設(shè)10CMPVC管，并伸出土壩10CM，該處邊坡設(shè)急流槽，并用75號砂漿抹面加固，抹面層厚3CM。5、PVC土工膜鋪設(shè)在各段的封頂層及壩內(nèi)側(cè)面上鋪一層PVC土工膜，土工膜鋪設(shè)表面不得拉緊，應(yīng)起皺，中間及兩側(cè)應(yīng)重疊50CM，土壩坡面不得張拉太緊，以防預(yù)壓沉降時拉裂PVC土工膜（見P大樣圖）；伸出壩外2米。再用塑料薄膜連接覆蓋至砂墊層處，以防止雨水對壩頂及側(cè)面路基的沖刷。6、抽水加載預(yù)壓抽水至壩里進(jìn)行水荷載預(yù)壓。抽水分級進(jìn)行，每次加水05米高（相當(dāng)03米高砂重）。經(jīng)沉降觀測符合設(shè)計要求后再進(jìn)行下一級水荷載，直至達(dá)到等載標(biāo)高。卸載也用抽水方式抽走，以免污染周邊農(nóng)田。表一分段筑壩樁號起訖樁號長度（M）筑壩土量（M）起訖樁號長度M筑壩土量（M）K27330K2740070145043K27980K2807090181943K27400K2746060126593K29140K291602052793K27460K2751050108143K29160K292004089693K27510K2756050108143K29200K292454598918K27560K276004089693K29245K292769253192574794625K27600K2765050108143K29344675K2940055325117967625筑壩土量合計（M）包邊土區(qū)改為吹填砂等載預(yù)壓等載預(yù)壓橫斷面圖聚丙烯土工布水荷載預(yù)壓橫斷面圖土PVC土工膜區(qū)水荷載吹填砂土土工膜水荷載預(yù)壓平面圖沉降板1水荷載2115土吹填砂水荷載1吹填砂水荷載土2三、技術(shù)分析1、預(yù)壓效果由于水荷載當(dāng)量等于砂荷載當(dāng)量，預(yù)壓效果是一致的。2、PVC土工膜此次采用的PVC土工膜抗拉強(qiáng)度大，抗拉強(qiáng)度（縱/橫）大于15/13MPA，耐靜水壓大于150KPA。在等超載預(yù)壓改為水荷載預(yù)壓路段水產(chǎn)生的壓強(qiáng)為0027MPA。PVC土工膜的安全系數(shù)為015MPA/0027MPA556。因此，使用這種PVC土工膜在水荷載下不會出現(xiàn)被撕裂的現(xiàn)象。3、兩側(cè)的圍壩圍壩外坡度為115，內(nèi)坡度為11，高度為H126150322M，土壩頂部寬度1米，底邊邊長為L1122221565米。計算簡圖如下圖所示吹填砂BL21G土體堤壩穩(wěn)4、土壩定驗算如下已知W10KN/M3,砂18KN/M3，土18KN/M3，吹填砂的凝聚力為C82KP，磨擦角為334O，考慮最危險滑面，如圖（AB線）所示滑動面對應(yīng)水平長度L212212235151175M滑動面與水平的夾角ARCTAN22/1175166O滑動面的長度LL2/COS123M滑動面以上土體的面積A0522165053565196M滑動面以上土體及砂體的重量GA196183533KN/M土自重引起的切向分力（下滑力）F1GSIN3533SIN166O10089KN/M土自重引起的法向分力F2GCOS3533COS166O33853KN/M水壓力FW05HWHW/SIN05981919/SIN45O25KN/M水壓力在滑面上的切向分力F3FWCOS9022KN/M水壓力在滑面上的法向分力F4FWSIN90119KN/M總下滑力FF1F31008922122899KN/M總抗滑力P（F2F4）TAN33853119TAN3348212333161KN/M所以，安全系數(shù)為KTP/F33161/1228992713故滿足規(guī)范要求，邊坡穩(wěn)定，不會發(fā)生崩潰的現(xiàn)象。急流槽示意圖水荷載11水荷載5吹填砂土急流槽聚丙烯土工布22聚丙烯土工布5、加載、卸載速度及數(shù)量方便快捷，利于控制路基沉降速率，從而保證路基穩(wěn)定。四、經(jīng)濟(jì)分析1直接經(jīng)濟(jì)效益水荷載實際替代砂量為20720M3，填砂單價為25元/M3,卸載單價為8元/M3,填砂預(yù)壓費(fèi)用合計683760元。采用水荷載預(yù)壓各項費(fèi)用預(yù)算見表，共計28萬元。直接經(jīng)濟(jì)效益為404萬元。水荷載預(yù)算費(fèi)用表單位元序號費(fèi)用名稱單位數(shù)量單價合計備注1真空膜噸876145001270002普通薄膜噸29500190003柴油離心泵臺1250025004電動水泵臺1100010005柴油噸33500105006其他材料100007機(jī)械費(fèi)100008人工費(fèi)工日400025100000合計2800002間接經(jīng)濟(jì)效益水荷載預(yù)壓可縮短工期，工期對比如下吹填砂（天）水荷載（天）里程等載加載至卸載等載加載至卸載K27330K28070390340水荷載縮短工期節(jié)省了項目的管理費(fèi)開支。3、社會效益水荷載預(yù)壓施工節(jié)約砂資源降低對環(huán)境的破壞，社會效益顯著。五、風(fēng)險決策分析由于水荷載預(yù)壓施工在高速公路上沒有類似工程經(jīng)驗可借鑒，因此有必要作風(fēng)險分析。首先對本項目進(jìn)行風(fēng)險識別，主要有外部風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、管理風(fēng)險。其中外部風(fēng)險為地震、洪水、臺風(fēng)、戰(zhàn)爭等，是不可抗力的風(fēng)險。本工程已投保建筑工程一切險，此類風(fēng)險已轉(zhuǎn)移。技術(shù)風(fēng)險包括路基水壩穩(wěn)定性計算、水壩施工、加載控制、沉降控制、測斜控制等。對于此類風(fēng)險應(yīng)采取積極有效針對性的技術(shù)措施、防范措施，將風(fēng)險控制到最低或消失。管理風(fēng)險包括水荷載施工過程的管理、工人的交底、教育、預(yù)壓期的管理等風(fēng)險。對于此類風(fēng)險也應(yīng)采取針對的措施，進(jìn)行防范、控制，將風(fēng)險降到最底或消失。經(jīng)有效控制后，預(yù)測風(fēng)險發(fā)生的概率為02。而風(fēng)險發(fā)生損失規(guī)模及其概率，經(jīng)小組討論（頭腦風(fēng)暴法）后確定如表單位元損失額5，00010，00020，00050，000100，000200，000500，000發(fā)生概率045025015007005002001風(fēng)險發(fā)生的加權(quán)損失為500002510000025200000155000000710000000520000000250000000125250風(fēng)險決策樹可以看出，經(jīng)加權(quán)后，水荷載方案期望值為2851萬元，砂荷載則為6838萬元，可節(jié)約資金3987萬元，因此決定采用水荷載施工方案。同時也可以看出風(fēng)險損失大的概率雖小，一旦發(fā)生則損失巨大。所以在水荷載施工中必須加強(qiáng)管理，加強(qiáng)風(fēng)險控制避免損失發(fā)生。125467891011123砂荷載水荷載無風(fēng)險（08