胡振聯(lián)，張 鑫，陳鐵飛，夏 輝

(1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043；2.西安市軌道交通集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710018)

0 引言

依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》[1]，填土屬于特殊巖土，根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填的方式可分為四類，(1)素填土：由碎石土、砂土、粉土和粘性土等一種或幾種材料組成，不含雜物或含雜物很少：(2)雜填土：含有大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物；(3)沖填土：由水力充填泥砂形成；(4)壓實(shí)填土：按一定標(biāo)準(zhǔn)控制材料成分、密度、含水量、分層壓實(shí)或夯填而成。在西安新建市政道路過(guò)程中常常遇到的人為隨意堆棄的素填土和雜填土，第三、第四類填土較少。

在以往的建設(shè)過(guò)程中對(duì)于填土一般采取挖除+換填的方式進(jìn)行處理，隨著城市生態(tài)治理加強(qiáng)且城市道路設(shè)計(jì)要求相對(duì)較低，越來(lái)越多的地區(qū)要求市政道路地基下的填土就地處理，減少對(duì)城市生態(tài)的污染及成本的投入，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者對(duì)此也進(jìn)行了大量的研究。吳為義、繆琪[2]等人采取了注漿加固的形式對(duì)道路地基進(jìn)行了處理，對(duì)于注漿孔的布置、水灰比的要求以及注漿壓力都進(jìn)行了深入的研究。尹治軍[3]采用了強(qiáng)夯的方式對(duì)雜填土進(jìn)行了處理，對(duì)于其處理效果、工程投資、工期及效益等進(jìn)行了全面的闡述。筆者通過(guò)分析研究西安地區(qū)大量的填土坑區(qū)域的市政道路勘察及地基處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同成分、厚度的填土地基處理優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)，供工程建設(shè)參考。

1 填土分布與道路工程的特點(diǎn)

西安地區(qū)主要以黃土梁洼、黃土塬及河流階地地貌為主，城市周邊以拆遷場(chǎng)地為主，早期周邊農(nóng)村取土、砂用于建設(shè)，形成大量的取土坑、取砂坑，后期多采用了建筑、生活以及工業(yè)垃圾等回填，深度不一，最大深度10～20 m，平面分布極不規(guī)則，多數(shù)為圓形、方形，斷面以自然坡率向內(nèi)傾斜，回填質(zhì)量普遍極差，土體不均勻、松散、孔隙較大，局部富集由地表滲流的雨水、污水，含有異味。采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、重型動(dòng)力觸探等原位測(cè)試，其測(cè)試值離散型大，均勻性、密實(shí)度判定困難。此外，填土后期自我固結(jié)沉降量大，特別是在水力作用下，沉陷明顯。

與常規(guī)的工用、民用建筑不同，市政道路作為城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其特點(diǎn)為線路工程，通常包含排水、給水、燃?xì)獾裙艿拦こ?，施工協(xié)調(diào)難度大[4]，其次場(chǎng)地區(qū)域跨度較大，地基土層復(fù)雜，均勻性、含水量、土粒粒徑等指標(biāo)要求較高，但設(shè)計(jì)等級(jí)一般，荷載及變形要求相對(duì)偏低，后期維護(hù)及修復(fù)難度相對(duì)較小，此外車輛荷載引起路基沉降的計(jì)算深度一般在6～10 m范圍內(nèi)[5]。

圖1 典型的雜填土坑

2 常見處理方式及優(yōu)缺點(diǎn)

針對(duì)填土的不均勻、易沉陷等特點(diǎn)，主要采用置換、擠密、復(fù)合地基及加固等處理方式，早期對(duì)于厚度較小的填土主要采用素土、灰土換填進(jìn)行處理。近年來(lái)，考慮到填土外運(yùn)及回填土質(zhì)購(gòu)買成本較大，且外運(yùn)填土不利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)且棄土區(qū)又形成一個(gè)新的填土坑、堆等特殊巖土區(qū)域不利于后期建設(shè)，因此近年來(lái)，填土主要采用就地處理原則，逐步采用擠密、加固等方式進(jìn)行處理。

2.1 置換

置換是較常用的處理方式，無(wú)論是以建筑垃圾、生活垃圾及工業(yè)垃圾等為主的雜填土還是以砂土、粘性土等成分單一的素填土均可采用換填方案，換填材料一般可選用素土、灰土、砂土、碎石等，按照設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度分層碾壓密實(shí)回填，每層回填厚度一般不大于30 cm，其優(yōu)點(diǎn)在于施工直觀性強(qiáng)、質(zhì)量可控，而且根據(jù)施工開挖情況，可以準(zhǔn)確查明路基下填土范圍，方便設(shè)計(jì)、施工；該處理方法缺點(diǎn)在于成本耗資較大，工期較長(zhǎng)，揚(yáng)塵控制難度大，且換填過(guò)程中與周邊原狀土進(jìn)行搭接處施工、壓實(shí)度難以保證，后期容易下陷，此外，該工法對(duì)于深度有限制，大厚度填土的換填將形成深基坑，安全風(fēng)險(xiǎn)極高，因此，一般填土厚度超過(guò)5 m，該工法經(jīng)濟(jì)合理性欠妥。

2.2 強(qiáng)夯

西安地區(qū)除置換處理以外，較常見處理方式還有擠密法，包含有強(qiáng)夯和孔內(nèi)強(qiáng)夯。

強(qiáng)夯法采用夯錘自設(shè)計(jì)高度落下、砸向地基土表層，從而將地基土夯實(shí)，從地基土斷面來(lái)看，主要是縱向擠密，影響深度一般不超過(guò)10 m。該工法優(yōu)點(diǎn)在于施工方便、成本較低(一般為換填成本的1/10[6])、工期相對(duì)較短(需考慮孔隙水消散)，對(duì)素填土(含水率一般)的夯實(shí)效果較好；缺點(diǎn)在于對(duì)施工環(huán)境要求較高，對(duì)臨近建(構(gòu))筑物影響較大、破壞性較強(qiáng)，且需要進(jìn)行試驗(yàn)確定該工法是否合適及相關(guān)夯擊參數(shù)，此外，該工法對(duì)于深部填土無(wú)法造成有效夯實(shí)，對(duì)建筑垃圾及生活垃圾為主雜填土處理效果較差。

孔內(nèi)強(qiáng)夯一般采用先引孔后夯擴(kuò)的方式進(jìn)行施工，主要以側(cè)向擠密為主，處理深度可達(dá)30 m，其優(yōu)點(diǎn)在于處理深度大、夯擊影響范圍較強(qiáng)夯小，適合小場(chǎng)地作業(yè)，缺點(diǎn)在于工序繁瑣、成本工期較強(qiáng)夯大，且在以建筑垃圾為主的地層中引孔困難，孔內(nèi)填料需加強(qiáng)管控，若夯實(shí)質(zhì)量差，將形成新的問題坑，反而加劇了對(duì)地基土的破壞。

2.3 攪拌樁、CFG樁

對(duì)于場(chǎng)地周邊存有重要建構(gòu)筑物的填土地基處理，攪拌樁、CFG樁等復(fù)合地基是及其有效的處理方式之一，其原理為采用剛性樁+樁間土共同承擔(dān)上部道路荷載，復(fù)合地基的優(yōu)勢(shì)在于處理深度較大，可達(dá)15～20 m，在周邊環(huán)境較為復(fù)雜條件也可以施工，具有占地面積小、無(wú)污染、無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)等特點(diǎn)，且處理后地基強(qiáng)度較高，一般能達(dá)到200～300 kPa[7]，一般適用于等級(jí)較高或?qū)Τ两狄髧?yán)格的市政道路，缺點(diǎn)在于適用地層條件有限，一般適用于填土成分較為單一的素填土，在以建筑垃圾和生活垃圾為主的填土層中由于成孔困難以及無(wú)法形成有效的粘結(jié)體，效果較差，此外對(duì)于樁身質(zhì)量控制要求較高。

2.4 注漿加固

注漿加固一般適用于雜填土加固，通過(guò)將漿液注入松散地層中，靠注漿壓力使?jié){液向孔隙擴(kuò)散、充填，使地基土層形成一個(gè)加固整體，從而提高填土的整體強(qiáng)度。

該工法的優(yōu)點(diǎn)在于能適用于各種場(chǎng)地及不同類型的填土，處理深度不受限制，處理后地基土強(qiáng)度增強(qiáng)顯著，工期相對(duì)較短，對(duì)周邊建(構(gòu))筑物影響較小。缺點(diǎn)在于注漿壓力、漿液質(zhì)量以及漿液量難以控制，施工成本較大，且對(duì)場(chǎng)地環(huán)境有一定污染。

3 工程案例

西安市西咸新區(qū)灃東新城某新建道路，場(chǎng)地緊鄰高鐵站，地勢(shì)平坦，現(xiàn)狀為拆遷村莊及農(nóng)田，地貌屬灃河I級(jí)階地，地層自上而下依次為表層填土、黃土狀土、砂層及粉質(zhì)黏土夾層，地下水位埋深約17 m。根據(jù)勘察資料揭示，場(chǎng)地內(nèi)分布有50 m×60 m左右填土坑，深度約9 m，回填材料已建筑垃圾和生活垃圾為主，少量工業(yè)垃圾，主要成分為磚塊、混凝土含少量鋼筋，塑料袋、海綿、玻璃等。

以西安地基處理市場(chǎng)價(jià)為例，對(duì)上述幾種工法的造價(jià)、工期及實(shí)用性進(jìn)行了對(duì)比分析。

3.1 置換

若考慮置換進(jìn)行地基處理，施工流程一般為：打護(hù)坡樁→開挖→級(jí)配砂石回填，其中垃圾外運(yùn)需要費(fèi)用，且回填材料也需要收費(fèi)，各項(xiàng)造價(jià)顯著提升，初步估算造價(jià)約1 000～1 500萬(wàn)元，優(yōu)點(diǎn)在于墊層質(zhì)量能控制，但經(jīng)濟(jì)適用性差，且工期較長(zhǎng)，約40 d。

3.2 強(qiáng)夯和孔內(nèi)強(qiáng)夯

強(qiáng)夯是最經(jīng)濟(jì)的地基處理方式，施工流程：夯點(diǎn)施放→夯機(jī)就位→夯實(shí)，造價(jià)約10～20萬(wàn)元，工期約10 d，孔內(nèi)強(qiáng)夯施工流程：夯點(diǎn)施放→旋挖樁就位成孔→夯機(jī)就位→夯實(shí)，該處理方式因需前期成孔，費(fèi)用稍高，此外，造價(jià)也與孔內(nèi)調(diào)料有關(guān)，一般采用的填料有篩選后磚渣、素土、灰土或水泥土，約40～100萬(wàn)元，道路一般采用磚渣或素土，但考慮強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)高鐵的不利影響，該方案在本場(chǎng)地不適用。

3.3 復(fù)合地基(攪拌樁及CFG樁)

攪拌樁和CFG在本場(chǎng)地適宜性較強(qiáng)，施工流程為：確定樁位→鉆機(jī)就位→成孔(成樁)，二者費(fèi)用相差不大，攪拌樁費(fèi)用相對(duì)低，約300萬(wàn)元，CFG樁約400萬(wàn)元，工期約20 d。

3.4 注漿加固

在建筑垃圾和生活垃圾中采用注漿加固的地基處理方式也較為常見，施工流程：確定注漿孔位→鉆機(jī)就位成孔→注漿，該方案能有效控制地基強(qiáng)度，但注漿量難以控制，漿液在周邊砂層中更易流失，根據(jù)估算按注漿施工正常狀態(tài)下，加固后達(dá)到道路荷載所需強(qiáng)度，費(fèi)用約為500～600萬(wàn)元，工期約30 d。

上述各種地基處理方式對(duì)比，經(jīng)濟(jì)性：強(qiáng)夯>孔內(nèi)強(qiáng)夯>攪拌樁>CFG樁>注漿加固>置換，適用性：攪拌樁、CFG樁>注漿>置換>強(qiáng)夯、孔內(nèi)強(qiáng)夯，處理效果：置換>強(qiáng)夯、孔內(nèi)強(qiáng)夯>攪拌樁>CFG樁>注漿加固，施工難易程度：注漿>攪拌樁、CFG樁>強(qiáng)夯、孔內(nèi)強(qiáng)夯>換填。

通過(guò)綜合比選分析，認(rèn)為選用攪拌樁處理方式，經(jīng)濟(jì)性、工期、合理性及及環(huán)保等均較好。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)對(duì)西安地區(qū)填土常見的幾種地基處理方案進(jìn)行了闡述，并根據(jù)施工原理、工法及效果對(duì)其進(jìn)行了適用性及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，供工程建設(shè)參考。

(1)對(duì)于周邊環(huán)境較為簡(jiǎn)單的場(chǎng)地，強(qiáng)夯法是極為經(jīng)濟(jì)、合理的處理方式，自上而下擠密夯實(shí)形成的上強(qiáng)下弱地基與道路荷載對(duì)地基土承載力的要求相匹配，是道路地基填土地基最佳方案之一；

(2)從經(jīng)濟(jì)、安全的角度考慮，換填方法不適用于大厚度填土處理，但是質(zhì)量直觀可控，效果較好，隨著生態(tài)環(huán)保、治污減霾的要求加強(qiáng)以及填土就地處理原則實(shí)施，城市中該方法的使用逐漸減少。

(3)對(duì)于攪拌樁及CFG樁復(fù)合地基，處理深度大且地基強(qiáng)度高，但在建筑、生活垃圾中的適宜性欠佳，且成本相對(duì)較高。

(4)注漿加固工法具有適用性廣、承載力高等優(yōu)點(diǎn)，但成本高昂，注漿量、注漿壓力等管控難度大，且施工工序較為復(fù)雜，對(duì)于生活垃圾為主的填土地基需通過(guò)試驗(yàn)確定其適用性、有效性。