關(guān)于填土地基處理方法的探討

徐大偉 王 佳

1 概述

填土是指由人類活動(dòng)而堆積的土。按其回填成分可分為:雜填土、素填土、沖填土和壓實(shí)填土。在工業(yè)與民用建筑勘察設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到各種類型的回填土，由于回填土的土質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜，堆積方式各異，規(guī)律性差、工程性質(zhì)獨(dú)特，因此對(duì)填土進(jìn)行勘察評(píng)價(jià)與地基處理一直是工程地質(zhì)工作的難點(diǎn)。近年來我們通過一些工程項(xiàng)目在這方面進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐，對(duì)填土地基的工程性質(zhì)和如何處理提出一些初淺的看法和認(rèn)識(shí)，供大家參考。

2 填土的工程性質(zhì)

首先，填土的不均勻性是其突出的一個(gè)特點(diǎn)。由于其組成成分復(fù)雜，堆填的方法、時(shí)間和厚度的隨意性，其中尤以雜填土的不均勻性最為顯著，而素填土和沖填土的組成物質(zhì)比較單一，不均勻性較雜填土略好一點(diǎn)。

其次，填土的抗剪強(qiáng)度和承載力低。填土是一種欠壓密土，在自身重量和大氣降水下滲的作用下有自行壓密的特點(diǎn)，自重壓密所需的時(shí)間長(zhǎng)短與填土的物質(zhì)成分和顆粒組成有關(guān)，一般粉土和粘性素填土需10年～15年，而含有大量有機(jī)質(zhì)的生活垃圾填土的自重壓密時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)30年以上。

再次，填土密度低，固結(jié)程度低。填土的壓縮性則很高，與相同干密度的天然土相比，填土的壓縮性比天然土要高得多。填土地基在上部荷載作用下，易產(chǎn)生較大沉降。

另外，填土由于土質(zhì)疏松，孔隙率大，結(jié)構(gòu)性差，在地下水位以上的稍濕填土，浸水后會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的濕陷，新填土的濕陷性比老填土大，同時(shí)，浸水后濕陷量隨上部荷載的增加而增大。

3 填土地基處理原則

填土地基的上述工程性質(zhì)，常給基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工帶來不少困難，因而在選擇基礎(chǔ)類型和處理措施時(shí)要特別慎重。填土地基處理方法多種多樣，選擇處理方法時(shí)應(yīng)根據(jù)勘察測(cè)試成果、建筑物的重要性等級(jí)、基底荷載、埋深等因素，并結(jié)合工程加固效果、經(jīng)濟(jì)費(fèi)用、工程周期、環(huán)境影響等方面綜合考慮。對(duì)一般建筑而言，當(dāng)填土厚度不大時(shí)，可采用換填法等淺層處理方法。如填土厚度較大，則可考慮用強(qiáng)夯法和孔內(nèi)強(qiáng)夯法(DDC法)加固地基;對(duì)于重要性較高建筑物，在高填方地段可考慮采用樁基礎(chǔ)。下面就幾種常用填土處理方法的機(jī)理和適用性進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析。

1)換填法:即將松軟的填土全部或局部挖除，然后采用級(jí)配砂石、灰土、素土分層碾壓至基底標(biāo)高，并控制墊層的壓實(shí)系數(shù)。換填法的處理深度一般在3 m以內(nèi)比較經(jīng)濟(jì)。此法適用于地下水位以上的填土處理和輕型建筑物。確定墊層厚度時(shí)應(yīng)考慮置換軟弱土的厚度及下臥層的承載力;確定換填墊層的寬度時(shí)，應(yīng)考慮側(cè)面土的強(qiáng)度，防止墊層向側(cè)面擠出，通常是按擴(kuò)散角法或根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定墊層寬度。在機(jī)理上換填法對(duì)填土地基的加固主要起到三個(gè)方面的作用:a.提高地基承載力;b.減少沉降量;c.調(diào)整了地基的均勻性。

2)強(qiáng)夯法:強(qiáng)夯法具有工期短、施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)節(jié)省等突出優(yōu)點(diǎn)，在砂土、回填土、碎石類土、粘性土及濕陷性黃土等軟弱地基加固中得到廣泛應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于回填土，設(shè)計(jì)及施工工藝均較成熟。一般來講在無深厚軟粘土下臥層，要求加固深度小于15 m的情況下，強(qiáng)夯法是加固松軟回填土的首選方法。強(qiáng)夯利用夯錘自由下落的巨大沖擊能和所產(chǎn)生的沖擊波使土體內(nèi)出現(xiàn)排水網(wǎng)絡(luò)，土的透水性驟然增大，孔隙水迅速排出，孔隙水壓力很快消散，從而產(chǎn)生很大的瞬間沉降，使土體壓密，強(qiáng)度大幅提高。由于夯擊能大，加固深度也比較大。近幾年在國(guó)內(nèi)一些采用強(qiáng)夯法加固粘性填土的工程實(shí)踐中，嘗試在夯前和每次夯完后添加一定量的渣石料等添加材料，通過動(dòng)力置換，可以提高土的透水性，加強(qiáng)排水通道，從而大大改善粘性填土的加固效果，積累了一定的成功經(jīng)驗(yàn)，值得借鑒。另外，采用強(qiáng)夯加固地基應(yīng)充分考慮施工振動(dòng)和噪聲對(duì)周圍建筑物和環(huán)境帶來的不利影響。

3)孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(DDC法):此法是通過沖擊和振動(dòng)等擠密成孔方法成孔至預(yù)定深度，然后自上而下分層填料強(qiáng)夯或邊填料邊強(qiáng)夯，形成高承載力的密實(shí)樁體和強(qiáng)力擠密的樁間土。其作用機(jī)理是通過擠密成孔使樁間松散土擠密，然后通過分層填料強(qiáng)夯或邊填料邊強(qiáng)夯，使樁間松散填土再次得到擠密，從而加快地基土的排水固結(jié)沉降速度，同時(shí)樁體和擠密后的地基土共同組成基礎(chǔ)下的復(fù)合地基，從而提高地基土的強(qiáng)度和減小地基變形。目前在山西省、陜西省內(nèi)孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法加固軟弱地基運(yùn)用十分廣泛，也取得了較好的效果。

4)鉆孔灌注樁基礎(chǔ):在深厚填土地段，對(duì)于建筑物重要性高的建筑物，可考慮鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，灌注樁穿透填土層，樁端支撐于堅(jiān)實(shí)土層上，結(jié)構(gòu)荷載由樁基礎(chǔ)來承擔(dān)，從而減小建筑物沉降。此外，對(duì)于地基填土厚度變化較大的地段，應(yīng)考慮變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)，即通過調(diào)整樁徑、樁長(zhǎng)、樁距等改變樁基支撐剛度分布，以使建筑物沉降趨于均勻、承臺(tái)內(nèi)力降低的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)也降低了工程造價(jià)，節(jié)省了成本。

4 結(jié)語

在工程勘察階段對(duì)填土的物理性狀和可利用性進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)是地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的前提和關(guān)鍵，必須根據(jù)填土的不同種類和性質(zhì)確定適宜的勘察測(cè)試方法，具體實(shí)施時(shí)應(yīng)側(cè)重于多種手段的綜合運(yùn)用。就填土地基處理而言，方法很多，各種處理方法都有它的適用范圍、局限性和優(yōu)缺點(diǎn)。因此，對(duì)每一具體工程都要進(jìn)行具體細(xì)致的分析，應(yīng)從建筑物特點(diǎn)、地基條件、設(shè)計(jì)要求、工程費(fèi)用以及當(dāng)?shù)夭牧?、機(jī)具來源等各方面進(jìn)行綜合考慮，以確定合適的地基處理方法，而地基土的特性及其對(duì)各種加固方法的適應(yīng)性則是最為重要的。

通過各種方案比較，定出基礎(chǔ)類型，同時(shí)按變形條件控制地基和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，防止基礎(chǔ)可能因不均勻沉降引起建筑物開裂。另外要把地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)作為整體來考慮，使上下共同協(xié)調(diào)作用，調(diào)整建筑物的不均勻沉降。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)各種填土地基處理方法在理論研究上尚不成熟，雖然在一些工程應(yīng)用中積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但是在加固機(jī)理的認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)理論的開發(fā)方面還處在半理論半經(jīng)驗(yàn)的初級(jí)階段。本文僅對(duì)幾種常用填土地基處理方法從機(jī)理和適用性上做初淺的探討，僅供類似的工程參考。

[1]JBJ 79-2002，建筑地基處理規(guī)范[S].

[2]GB 50021-2002，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3]CECS 197∶2006，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程[S].

[4]JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].