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、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、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3－6m，路基等超載預(yù)壓采用吹填砂。由于施工里程長，運距遠，砂資源日益緊張，砂價上漲，使填砂進行等載預(yù)壓有一定的困難；而此處的河涌發(fā)達，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0.2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0.34米，即路基頂面高出93區(qū)頂0.54米。2、包邊土及封頂層填筑：路基頂層砂平整、壓實后，用汽車運土進行兩側(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1：1.5，內(nèi)坡度為1：1，高度為h=1.0×1.5+0.3=1.8m。分段圍壩進行水荷載預(yù)壓有利于預(yù)壓期間的維護及觀測沉降。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7.5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：抽水至壩里進行水荷載預(yù)壓。抽水分級進行，每次加水0.5米高（相當(dāng)0.3米高砂重）。經(jīng)沉降觀測符合設(shè)計要求后再進行下一級水荷載，直至達到等載標(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（m3）起訖樁號長度(m)筑壩土量（m3）K27+330～K27+400701450.43K27+980～K28+070901819.43K27+400～K27+460601265.93K29+140～K29+16020527.93K27+460～K27+510501081.43K29+160～K29+20040896.93K27+510～K27+560501081.43K29+200～K29+24545989.18K27+560～K27+60040896.93K29+245～K29+276.92531.925747.94625K27+600～K27+650501081.43K29+344.675～K29+40055.3251179.67625筑壩土量合計（m3）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土工膜抗拉強度大，抗拉強度（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)生的壓強為0.027MPa。PVC土工膜的安全系數(shù)為0.15MPa/0.027MPa=5.56。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1：1.5，內(nèi)坡度為1：1，高度為h=1.26×1.5+0.3=2.2m，土壩頂部寬度1米，底邊邊長為L1=1+2.2+2.2×1.5=6.5米。計算簡圖如下圖所示：堤壩穩(wěn)4、土壩定驗算如下：已知：γW=10KN/m3,γ砂=18KN/m3，γ土=18KN/m3，吹填砂的凝聚力為C=8.2KP，磨擦角為ф=33.4o，考慮最危險滑面，如圖（AB線）所示：滑動面對應(yīng)水平長度：L2=1+2.2×1+(2.2+3.5)×1.5=11.75m滑動面與水平的夾角：α=arctan(2.2/11.75)=16.6o滑動面的長度：L=L2/cosα=12.3m滑動面以上土體的面積：A=0.5×2.2×(1+6.5)+0.5×3.5×6.5=19.6m2滑動面以上土體及砂體的重量：G=A×γ=19.6×18=353.3KN/m土自重引起的切向分力（下滑力）：F1=G×sinα=353.3×sin16.6o=100.89KN/m土自重引起的法向分力：F2=G×cosα=353.3×cos16.6o=338.53KN/m水壓力：Fw=0.5×γ×hw×hw/sinβ=0.5×9.8×1.9×1.9/sin45o=25KN/m水壓力在滑面上的切向分力：F3=Fw×cos(90-β-α)=22KN/m水壓力在滑面上的法向分力：F4=Fw×sin(90-β-α)=11.9KN/m總下滑力：F=F1+F3=100.89+22=122.899KN/M總抗滑力：P=（F2+F4）×tanΦ=(338.53+11.9×tan33.4+8.2×12.3=331.61KN/m所以，安全系數(shù)為：Kt=P/F=331.61/122.899=2.7>1.3故：滿足規(guī)范要求，邊坡穩(wěn)定，不會發(fā)生崩潰的現(xiàn)象。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)濟分析：直接經(jīng)濟效益：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)壓費用合計683760元。采用水荷載預(yù)壓各項費用預(yù)算見表，共計28萬元。直接經(jīng)濟效益為40.4萬元。水荷載預(yù)算費用表單位：元序號費用名稱單位數(shù)量單價合計備注1真空膜噸8.76145001270002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機械費100008人工費工日400025100000合計280000間接經(jīng)濟效益：水荷載預(yù)壓可縮短工期，工期對比如下：里程吹填砂（天）水荷載（天）等載加載至卸載等載加載至卸載K27+330～K28+070390340水荷載縮短工期節(jié)省了項目的管理費開支。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0.2。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0．450．250．150．070．050．020．01風(fēng)險發(fā)生的加權(quán)損失為：5000*0.25+10000*0.25+20000*0.15+50000*0.07+100000*0.05+200000*0.02+500000*0.01=25250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-28.51萬元，砂荷載則為-68.38萬元，可節(jié)約資金39.87萬元，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管理，加強風(fēng)險控制避免損失發(fā)生。1125467891011123砂荷載水荷載無風(fēng)險（0.8）-28-28.5-29-30-32-38-48-78