陈池清 李嘉丽

1 水载预压成因

珠江三角洲地区修建高等级公路时普遍采用传统的等超载预压方法，采用砂、土、碎石等原材料，等载厚度约 1m，超载厚度0.5m～2m不等。不少公路的等、超载土石方工程量接近或超过路基设计土石方量，卸载时土石方量较大，很多时候无法重新利用，造成材料的极大浪费，因而施工单位在投标时就会对此进行综合考虑，工程费用相应增加。

由于大规模的公路建设，广东地区，特别是珠江三角洲地区的土、砂、石等原材料资源已经濒临耗尽，导致这些地方原材料的价格急剧上涨，大大增加了施工成本。同时大规模挖山、捞砂以及卸载土方的废弃也导致了不可忽视的水土流失和环境破坏问题，不少地方政府已经立法禁止取土、采石和捞砂。

针对上述预压方法存在的不足，结合广东地区特别是珠江三角洲地区水网密布、水资源丰富的特点，本佛山北滘—乐从公路主干线工程软基研究段提出并试验成功一种新的预压方法——水载预压法，以水代替土(砂、石等原材料)进行超载预压。

2 研究段水载试验

2.1 水载方法

佛山北滘—乐从公路主干线工程路基设计高度平均约 2m，等载1m，超载0.5m，等超载土方量所占比例较大。另外，该工程路基处理宽度为 90m，非常适于采用水载的方法进行等、超载预压。为了指导设计和施工，本研究段的软基处理研究工作中，对采用排水固结软基处理方法的路段进行了水载预压法的试验，与填砂预压法进行对比。研究段采用的是水池式水载预压法，在软基处理电渗区和强夯区的路基上分别设置了 2个水池，平面尺寸为90m×40m和90m×140m。围堰高2m，水深1.8m。

2.2 施工工艺流程

水载预压的施工工艺流程为:测量放样→修筑围堰→铺膜→抽水预压→放水卸载。1)修筑围堰:水载围堰高 2m，顶宽3m，内外边坡坡率为 1∶1.5。围堰填筑材料采用细砂(可就地选用其他材料)，推土机、挖掘机配合填筑。为便于铺膜和保障围堰稳定性，围堰内、外侧采用单排砂袋护堤。在围堰上设置若干溢水口，以便排放雨水保持水深，溢水口底标高应高出设计设置水位标高10 cm。2)铺设薄膜:薄膜采用与真空预压工程相同的聚氯乙烯薄膜。薄膜一层厚度为0.14mm，按照每个水池的尺寸向厂家整张订做薄膜，薄膜应完全覆盖围堰顶部，并考虑薄膜铺设时应有一定的预留量，以免蓄水时薄膜被拉破。铺膜前，对薄膜下面层进行清理，保证不存在尖锐物，以免刺穿薄膜。铺膜时，先将整条薄膜沿路线纵向拉直摆放在水池中线上，然后同时两侧张拉、展开薄膜，直到薄膜覆盖整个水载区(包括围堰)，并用砂袋压住薄膜。施工时注意天气情况，严禁在刮风天气进行铺膜施工。铺膜时有专人指挥，铺膜人员务必配备小剪刀，以防安全。同时，张拉薄膜注意张拉力度，以免破坏薄膜。铺完膜后及时检查整张膜的完整性、接缝的密封性，如发现刺破现象及时修补。在围堰顶部及外侧设置一层砂包进行压膜，以防止薄膜翻起和老化。另外，薄膜需覆盖边坡，防止雨水冲刷后形成掏空区，对围堰的稳定性有较大影响。3)抽水预压:薄膜铺设完毕后，采用大功率抽水泵从附近水塘或河道中抽水预压。抽水同时进行监测，必要时则分级进行加载，避免因加载过快引起路基失稳。在超载初期，需派专人密切注意围堰的稳定性，当池中水量因蒸发减少时，应及时补充蓄水。围堰顶部设置的溢水口，与附近的河道连通，防止雨水溢出涌进附近的鱼塘破坏生产。4)安全措施:制作警示牌并在蓄水池四周围上警戒带，派专人密切注意水位变化情况及禁止人员下水游泳等。

2.3 施工注意事项

1)膜技术参数:厚度不小于0.14mm，拉伸强度(纵/横)不小于15MPa/13MPa，断裂伸长率(纵/横)不小于220%/200%，渗透系数K20≤10 cm/s～11 cm/s，抗渗强度(耐静水压力)不小于160 kPa。

2)施工监测:通常情况下，将监测断面设置在横向围堰处，以方便施工监测。本工程在水池中部也设置了表面沉降板，在水载区域沉降观测通过在沉降管上绑扎塔尺进行水准测量。孔隙水压力及土压力观测通过电缆连接到围堰位置处观测。

3)安全要求:a.为保证路基安全，要求围堰分层填筑和碾压，每层松铺厚度控制在 50 cm以内。充水时应加强监测，避免路基失稳。b.在围堰上设置若干个溢水口，溢水口底标高应高出设计设置水位标高 10 cm，基本保证降水时水深不变。水池内汇集的雨水通过溢水口连接到排水沟排放至附近河道内。c.因水载预压期较长，在预压期间，为保证围堰的持久性，围堰顶部及外侧边坡均铺设PVC薄膜，以防雨水冲刷。同时，在围堰顶部及外侧设置一层砂包，起到压膜和护坡的作用。d.护堤在预压期间做好排水防护工作。e.安排专人巡视，严禁闲人进入施工现场。f.做好安全警示牌及安全警示线的围闭工作。

2.4 安全耐久性分析

由于路基边坡上的薄膜最容易老化，我们在此部位剪切一定数量的样品进行了检测，结果发现使用前后的物理力学指标的对比情况如表 1所示。据表 1可知，经过 150 d的风化作用后，薄膜横向纵向拉伸强度分别减小了0.8 MPa和1.1MPa，而横纵向的断裂伸长率分别减小了56.6%和52.8%，依然满足技术要求;而横纵向的直角撕裂强度分别增加了56.5 N/mm和53.2 N/mm，远大于其技术要求指标。这说明只要维护得当，水载预压的安全耐久性可以得到有效保障。

表1 聚氯乙烯薄膜使用前后性能比较

2.5 应用效果分析

本研究段在桩号K12+020～K12+060和K12+130～K 12+ 270范围内成功地加载了 1.8m高的水载，迄今为止，已经顺利地预压了将近半年，根据PVC薄膜的强度检测结果来看，目前水载尚可维持预压半年左右。这表明了水载的加载对于本条高等级公路来说安全是有保证的。但出于安全的考虑，水载高度不宜过高，而1.8m高的水荷载只相当于1.0m高的填砂荷载，这能否满足本工程的等、超载要求可以根据监测数据来分析。

图1，图 2分别为电渗区及强夯区沉降曲线图。可见在水载超载作用下，路基各个位置均有很明显的沉降，表明水载不仅能加固路基中心位置的软土，而且对路基左右侧的加固效果也很好。另外，电渗区在超载将近两个月后，沉降逐渐进入稳定状态，而强夯区由于强夯已经消除了部分沉降，在水载超载一个月后沉降速率就已经非常小。利用电渗区和强夯区目前的实测沉降曲线，根据双曲线法推算得到电渗区的剩余沉降仅为 10mm左右，强夯区的剩余沉降仅为 3mm左右，可满足设计工后沉降小于10 cm～30 cm的要求。

综上所述，水载预压和堆载预压的加固效果一样，完全可以满足本工程的等、超载要求。

水载预压具有良好的经济效应，与常规超载造价比较可见表2(本表格中各项费用均按本试验段电渗区水载预压的工作面积来计算)。通过比较可以看出水载预压比填砂预压要经济得多。采用水载法预压1.8m(相当于压实砂1m厚度)，其工程造价平均为29.31元/m2;而采用常规堆载(填砂)预压的工程造价约为58.74元/m2，采用水载预压可以节约成本 50.1%。由此可见，水载预压的经济效益是非常可观的。

2.6 经济对比与推广应用

珠江三角洲地区水源丰富，水载预压的水源基本上可以就地取材，抽取和排泄蓄水都比较方便，既节省了运输费用也不会对周围的环境产生影响。另外，随着城市建设的不断发展，珠江三角洲各地土、砂、石等材料逐渐减少，这些材料的成本也不断增加;而由于水资源可以循环反复利用，水载的成本就比较稳定、低廉。因此，水载预压具有在工程实践中推广运用的广阔前景。

3 结语

1)水载法分为水袋法、水箱法、水池法等，各有优缺点，进行施工时应综合考虑，合理选择。2)水载预压具有节省工程造价、施工速度快，适用范围广，与周围环境无危害等特点。3)工程实践证实了水载预压法与其他材料堆载预压法效果相同，并可大规模地应用于南方公路软基处理工程中。

[1] JTJ 017-96，公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].

[2] JTG B01-2003，公路土工试验规程[S].