取土坑填墊場(chǎng)地路基處理方案分析

代 景 旺

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院,天津 300453)

1 工程概況

在早期的道路建設(shè)過(guò)程中，由于生態(tài)安全和環(huán)境保護(hù)的意識(shí)薄弱，土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度不高，以及工程造價(jià)的限制，在公路以及跨區(qū)域城市道路沿線就近取土填筑路基的現(xiàn)象比較普遍，形成了大面積的取土坑。隨著城市建設(shè)的加速，城市建設(shè)用地范圍迅速擴(kuò)張，不斷遇到城市新建地塊內(nèi)取土坑的利用問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)地塊開(kāi)發(fā)，大面積的取土坑被回填整平，但是由于城市區(qū)域土源的日益稀缺以及取土坑施工條件的限制，回填的土方大多為包含建筑垃圾甚至生活垃圾的雜填土，且回填方式多為堆填，場(chǎng)地承載力較低、地基沉降明顯。

工程所在場(chǎng)地地處華北平原，屬?zèng)_積、海積低平原，位于天津市塘沽南部新城，為原天津大道沿線取土坑，場(chǎng)地開(kāi)發(fā)時(shí)已填墊至現(xiàn)狀地坪。勘察時(shí)，場(chǎng)地為空地，總體地勢(shì)較為平坦，坑塘位置人工填土厚度較大為5.50 m～14.0 m。主要土層如下：

人工填土層第一亞層，雜填土，厚度為1.80 m～2.00 m，部分鉆孔有分布，厚度為4.50 m～5.50 m，呈雜色，松散狀態(tài)，由建筑垃圾、生活垃圾組成。

人工填土第二亞層，素填土，厚度為5.50 m～14.00 m，呈褐色，可塑狀態(tài)，為粉質(zhì)黏土質(zhì)，屬中(偏高)壓縮性土。局部夾雜填土透鏡體，土質(zhì)欠均勻，結(jié)構(gòu)性差。

場(chǎng)地淺層地下水主要為潛水，靜止水位埋深0.20 m～0.80 m，相當(dāng)于標(biāo)高0.13 m～-0.11 m。年變幅一般為0.50 m～1.00 m。

擬建道路紅線寬度40 m，為城市主干路，穿越原取土坑路線長(zhǎng)度560 m，道路斷面為兩塊板，包括3 m中央分隔帶，(15.5×2)m車行道，(3×2)m人行道。道路工程開(kāi)工時(shí)，坑塘內(nèi)填土堆填時(shí)間不足1年，由于坑塘填平過(guò)程土方未分層壓實(shí)，場(chǎng)地沉降速度過(guò)快，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)，每周沉降量大于3 cm，不能滿足道路施工要求。

2 方案比選

2.1 方案選擇

結(jié)合場(chǎng)地條件以及類似工程經(jīng)驗(yàn)，可供選取的路基處理方案主要包括：深層換填、強(qiáng)夯(置換)、加固土樁(水泥攪拌樁、高壓旋噴樁)、預(yù)應(yīng)力管樁、真空預(yù)壓等5種。

深層換填法將基底下一定深度的填土挖除然后分層回填無(wú)侵蝕性的壓縮性較低的材料，經(jīng)過(guò)分層夯實(shí)至要求的密實(shí)度為止，使其滿足道路路基對(duì)地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。通過(guò)墊層應(yīng)力的擴(kuò)散作用，可減少墊層下天然土層所承受的壓力，并可降低地基的沉降量[1]。換填法一般適用于較小的場(chǎng)地，但會(huì)增加取土、棄土、往返運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，還造成對(duì)另一場(chǎng)地的污染[2]。

強(qiáng)夯(置換)法，是將重型夯錘從高處自由落下，在強(qiáng)大的能量作用下使原本比較松散的地基快速壓縮，土層空隙減少，人為加速其固結(jié)的過(guò)程。強(qiáng)夯法應(yīng)用比較成熟，在處理雜填土場(chǎng)地已有很多成功經(jīng)驗(yàn)案例，但對(duì)含淤泥層的處理效果有限[3]，要保證強(qiáng)夯施工效果，降水是重要的保證措施之一[4]。

加固土樁和預(yù)應(yīng)力管樁的作用均是使填土與樁形成復(fù)合地基，提高復(fù)合地基承載力和路基的復(fù)合模量，從而控制沉降，滿足承載力要求，在軟土地基處理以及橋頭路基處理中應(yīng)用比較廣泛。

真空預(yù)壓法可以加速填土層過(guò)排水固結(jié)過(guò)程，使填土層充分沉降，減少與周邊場(chǎng)地不均勻沉降，實(shí)施過(guò)程中可以結(jié)合進(jìn)行堆載預(yù)壓，尤其適用于含淤泥層的工況，該方法處理效果較好，但工期較長(zhǎng)。

2.2 方案對(duì)比

表1 方案對(duì)比表

根據(jù)工程特點(diǎn)及地質(zhì)勘察情況，選取了深層換填、強(qiáng)夯、加固土樁(水泥攪拌樁)、預(yù)應(yīng)力管樁、真空預(yù)壓作為備選方案，方案對(duì)比情況見(jiàn)表1。考慮本工程周邊地塊開(kāi)發(fā)已經(jīng)啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)不具備深層降水及土方臨時(shí)倒運(yùn)堆填條件，且建設(shè)工期緊迫，初步選擇樁基礎(chǔ)方案。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)性比選，選擇水泥攪拌樁處理方案作為本工程的最終方案。

3 方案應(yīng)用

3.1 平面及橫斷面方案

根據(jù)勘察報(bào)告，坑塘素填土高度在6 m～14 m之間，局部路段素填土底部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，素填土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土總厚度約13 m。池塘段地基加固方案主要考慮對(duì)素填土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層進(jìn)行加固。為保證路基穩(wěn)定，防止路外軟弱地基發(fā)生滑動(dòng)，水泥攪拌樁處理范圍擴(kuò)大為道路紅線以外10 m，樁頂設(shè)置60 cm級(jí)配碎石褥墊層，其上分層填筑6%石灰土至路床頂面以下60 cm。路床頂面以下60 cm范圍內(nèi)分層填筑10%石灰土(見(jiàn)圖1)。

3.2 水泥攪拌樁參數(shù)確定

水泥攪拌樁樁徑0.5 m，場(chǎng)地整平后實(shí)施水泥攪拌樁，樁長(zhǎng)為13 m。根據(jù)填土高度不同以及橫斷面位置不同，設(shè)置分區(qū)，不同分區(qū)的樁間距分別取1.5 m和2 m。水泥攪拌樁采用正方形布置。

水泥攪拌樁單樁承載力由樁周土摩阻力計(jì)算確定，不小于105 kN，處理后的復(fù)合地基承載力按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)；

m——面積置換率；

Ra——單樁豎向承載力特征值,kN；

Ap——樁的截面積，m2；

β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)；

fsk——樁間土單樁承載力特征值。

經(jīng)計(jì)算，復(fù)合地基承載力不應(yīng)小于95 kPa。水泥土攪拌樁樁身水泥摻入比根據(jù)單樁承載力，通過(guò)室內(nèi)配比確定為17%。

3.3 沉降計(jì)算

復(fù)合地基的沉降包括兩部分：處理范圍的沉降和下臥層的沉降，其中處理范圍內(nèi)的沉降根據(jù)樁體模量和樁間土的壓縮模量按照置換率來(lái)確定復(fù)合地基的壓縮模量，如式(2)所示。

Esp=mEp+(1-m)Es

(2)

式中：Ep——樁體模量；

Es——樁間土的壓縮模量，根據(jù)勘察報(bào)告選取。

經(jīng)計(jì)算，處理范圍內(nèi)路基沉降為26.7 mm。下臥層的沉降采用分層綜合法，利用理正軟土地基路堤設(shè)計(jì)軟件計(jì)算，結(jié)果為2.4 mm，路基工后總沉降為29.1 mm。場(chǎng)地不進(jìn)行加固處理的路基工后沉降為83.1 mm。通過(guò)沉降計(jì)算結(jié)果，水泥攪拌樁加固地基方案可以解決路基穩(wěn)定問(wèn)題，處理后場(chǎng)地可以滿足道路修建要求。

4 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)對(duì)比分析道路穿越取土坑深層填土路段可采取的路基處理方案，提出采用水泥攪拌樁加固地基，保證了道路工程對(duì)于沉降穩(wěn)定及地基承載力的要求，保證了工程進(jìn)度，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性較好。

2)隨著城市建設(shè)用地范圍的擴(kuò)張以及對(duì)土地資源集約利用的要求，在類似場(chǎng)地進(jìn)行道路建設(shè)的情況還會(huì)增多，本工程的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)對(duì)于類似工程具有借鑒意義。

3)本工程方案選擇與工程要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有關(guān)，在類似工程應(yīng)用時(shí)還需根據(jù)具體情況，兼顧質(zhì)量、造價(jià)、工期、安全等因素，合理選用方案。