某公路工程大厚度人工填土處置方案比選

（甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目是連接甘肅省某城區(qū)與國(guó)道109線的公路工程，主要用于城區(qū)道路對(duì)內(nèi)對(duì)外的交通轉(zhuǎn)換，有利于城區(qū)跨越式發(fā)展和加快城鄉(xiāng)一體化建設(shè)進(jìn)程。

路線全長(zhǎng)4.243km，其中K3+630～K3+925段通過黃土溝谷，溝谷類型為坳溝，橫斷面為箱型，寬約100m，現(xiàn)已人工填平改造，最大厚度25.7m，填筑時(shí)間約5年。根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料顯示，填料為未壓實(shí)的干燥、松散黃土和黃土狀粉土，土質(zhì)不均勻，且屬于IV級(jí)（很嚴(yán)重）自重濕陷性黃土。路線穿越此段時(shí)，主要存在以下問題：

1)易引起路基不均勻沉降、路面開裂，邊坡變形破壞等；

2)濕陷性黃土承載力低，工程力學(xué)性質(zhì)較差。

為此，必須對(duì)其進(jìn)行處置，這是該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.2 水文狀況

項(xiàng)目位于隴西黃土高原和青藏高原的過渡帶，屬黃河流域，所經(jīng)路段無地表徑流水，僅為雨季形成的地表漫流和丘陵沖溝洪水。地表分布灌溉渠，水源主要為長(zhǎng)川支渠和西峴溝支渠。

1.3 氣象、氣候

項(xiàng)目區(qū)域地處內(nèi)陸，屬溫帶半干旱氣候，主要特征為降雨量小，蒸發(fā)量大，氣候干燥，溫度變化劇烈；冬季較長(zhǎng)較寒冷，春、秋季較短，河谷川區(qū)夏季炎熱，高原山地夏季涼爽。

表1 某城氣象、氣候情況

1.4 地質(zhì)情況

項(xiàng)目總體地勢(shì)西南高，東北低，屬?gòu)?qiáng)烈侵蝕的黃土梁峁、溝壑區(qū)；海拔高度介于1650-1850米。路線所經(jīng)地貌類型可分為黃土丘陵地貌和黃土溝谷地貌。

2 大厚度人工填土處置設(shè)計(jì)方案

2.1 方案一：全部挖除+分層回填

對(duì)原人工回填土進(jìn)行挖除打破了原有的力學(xué)平衡，可能引發(fā)溝谷兩側(cè)山體滑塌的風(fēng)險(xiǎn)，為減少對(duì)山體的擾動(dòng)，采用通道縱挖法施工，即沿縱向分層，先挖一條通道作為施工機(jī)械及運(yùn)輸車輛的通行線路，然后開挖至兩側(cè)山體原狀土各50cm，自上而下分級(jí)開挖，邊坡設(shè)計(jì)臺(tái)階并完善防排水措施，向下開挖至原狀土以下30cm時(shí)停止作業(yè)，整平、灑水和填前碾壓，經(jīng)檢測(cè)合格后按水平分層法填筑至路基設(shè)計(jì)標(biāo)高。路基填料主要考慮挖方利用，為保證路基壓實(shí)質(zhì)量，填方范圍內(nèi)每填高2.1米用重錘夯實(shí)補(bǔ)強(qiáng)處理一遍。

2.2 方案二：部分開挖+強(qiáng)夯+分層回填

1)部分開挖：為降低因開挖擾動(dòng)引發(fā)溝谷兩側(cè)山體滑塌的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合強(qiáng)夯有效加固深度經(jīng)驗(yàn)值和現(xiàn)場(chǎng)試夯數(shù)據(jù)，采用最大開挖深度18米后進(jìn)行強(qiáng)夯，相關(guān)開挖方案同2.1。

表2 強(qiáng)夯的有效加固深度經(jīng)驗(yàn)值（m）

2)強(qiáng)夯：實(shí)施前，根據(jù)場(chǎng)地復(fù)雜情況、路線長(zhǎng)度等選取代表性試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試夯，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)面積不小于20m×20m。

夯擊點(diǎn)位按梅花狀布設(shè)，第二遍夯擊點(diǎn)應(yīng)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間，第三遍、第四遍的夯擊點(diǎn)間距可適當(dāng)縮小。

夯擊次數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并同時(shí)滿足下列條件：

①最后兩擊的平均夯沉量應(yīng)滿足下表要求。

表3 強(qiáng)夯法最后兩擊平均夯沉量（mm）

②夯坑周圍的地面不應(yīng)發(fā)生過大隆起。

③不應(yīng)夯坑過深而發(fā)生提錘困難。

夯擊遍數(shù)為4遍，最后以低落距錘低能量滿夯2遍，且錘印搭接。由于原人工填土屬于滲透性較差的細(xì)顆粒土，夯擊后土中超靜孔隙水壓力消散需要一定時(shí)間，所以每?jī)杀楹粨糁g應(yīng)設(shè)置一定的時(shí)間間隔，具體時(shí)間間隔可根據(jù)地基土的滲透性確定。

根據(jù)上述參數(shù)在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試夯，待間隔規(guī)定時(shí)間后對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，與夯前各數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并檢驗(yàn)強(qiáng)夯效果，據(jù)此，調(diào)整和確定強(qiáng)夯的各項(xiàng)參數(shù)。

3)分層填筑：強(qiáng)夯后，經(jīng)檢測(cè)合格方可逐層填筑至路基設(shè)計(jì)標(biāo)高，填筑方案同2.1。

2.3 方案三：孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC）+褥墊層

1)由于需處理的部分路段原地面高于路基設(shè)計(jì)標(biāo)高，故先開挖至路基設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2)孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC）。根據(jù)鉆孔資料顯示，人工填土較干燥，在鉆孔前需進(jìn)行增濕處理，方法如下：

①根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)本項(xiàng)目需處理的范圍進(jìn)行區(qū)塊劃分。

②現(xiàn)場(chǎng)取樣，通過室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定最優(yōu)含水率；根據(jù)區(qū)塊面積按每500平方米取一組試樣測(cè)定土體實(shí)際含水率。

③增濕孔采用地質(zhì)鉆機(jī)成孔，孔徑15cm，孔距1.5m，按等邊三角形布置；增濕孔的最外一排孔距離地基處理范圍不大于50cm；增濕孔回填材料采用含泥量不大于5%的中粗砂。

④根據(jù)以下公式計(jì)算注水量，公式中各參數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)取土試驗(yàn)后確定。

Q=KV·ρd（ωop-ω）

Q—注水量；

K—損耗系數(shù)，可取1.05-1.10；

V—擬加固土的體積；

ρd—地基處理前土的平均干密度（t/m3）；

ωop—土的最優(yōu)含水率（%）；

ω—地基處理前土的平均含水量（%）

⑤注水方式為單孔注水，通過一孔一水表對(duì)每孔每次注水量進(jìn)行記錄，分多次對(duì)增濕孔進(jìn)行注水。每孔注水總量通過上述公式計(jì)算得出。每次注水后檢查注水孔濾料有無下沉，如有需及時(shí)回填補(bǔ)充。注水時(shí)切勿速度過快而造成上孔滲水不足而孔底翻漿現(xiàn)象。

⑥注水后5-6 天，測(cè)定該滲水區(qū)域的含水率。達(dá)到（ωop±2）范圍時(shí)進(jìn)行SDDC處理。

SDDC樁采用旋挖鉆機(jī)成孔，按等邊三角形布孔，孔距300cm，排距260cm，孔徑120cm，經(jīng)夯擴(kuò)擠密后樁徑為180cm。樁體回填材料設(shè)計(jì)為樁身上部8米采用12%的水泥土，8米以下采用素土（至少提前21天進(jìn)行悶水），其壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93。

SDDC使用10噸夯錘，填料前應(yīng)進(jìn)行空夯，以保證樁端密實(shí)和處理深度滿足設(shè)計(jì)要求。成孔和回填順序從路基中間向兩側(cè)采用隔排跳樁法進(jìn)行。

3)檢測(cè)合格后，樁頂以上設(shè)置80cm厚12%水泥土褥墊層。

3 方案比選

3.1 工期分析

各方案占用關(guān)鍵線路的工期分析見表4。

表4 各方案占用關(guān)鍵線路工期

3.2 經(jīng)濟(jì)分析

各方案的細(xì)目工程數(shù)量及費(fèi)用分析匯總見表5。

3.3 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)及主要風(fēng)險(xiǎn)源分析

各方案在施工過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)工序及主要風(fēng)險(xiǎn)源匯總見表6。

3.4 方案比選

從安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)施難易以及工期等方面對(duì)上述三個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析，具體情況如下：

方案一為路基挖方、填方常規(guī)方案，工藝簡(jiǎn)單，且成本較低，但山體坍塌的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，關(guān)鍵線路工期115天，為三者之最長(zhǎng)，適用于工期充足的情況；方案二關(guān)鍵線路工期104天，較方案一少11天，但較方案三多31天，成本投入為三者之最少，明顯優(yōu)于其他兩個(gè)方案，但在安全風(fēng)險(xiǎn)方面明顯高于方案三；方案三關(guān)鍵線路工期73天，為三者之最短，成本投入較方案一、方案二分別多85萬和195萬，但該方案明顯降低安全風(fēng)險(xiǎn)，適用于工期較緊張情況。

本項(xiàng)目距離城區(qū)較近，路線所經(jīng)區(qū)域植被脆弱，對(duì)環(huán)保要求較高，設(shè)計(jì)應(yīng)盡量少設(shè)置棄土場(chǎng)，同時(shí)為滿足業(yè)主方對(duì)工期的要求，綜合考慮安全風(fēng)險(xiǎn)、工期、成本等因素，最終選擇方案三。

表5 各方案費(fèi)用計(jì)算

表6 各方案施工重難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)源分析

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)上述三個(gè)方案的分析，在成本投入、難易程度等方面方案三并不是最優(yōu)方案，但從降低安全風(fēng)險(xiǎn)，滿足環(huán)保、工期要求方面，最終確定方案三。孔內(nèi)深層強(qiáng)夯方案，一方面通過免開挖的方式對(duì)深層地基進(jìn)行處置和加固，最大程度減少因開挖擾動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)等引發(fā)山體坍塌的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面通過盡量少設(shè)置棄土場(chǎng)，減少植被破壞和避免揚(yáng)塵，最大程度滿足環(huán)保要求?？變?nèi)深層強(qiáng)夯在本項(xiàng)目的應(yīng)用為類似公路工程提供了很好的借鑒作用。