高填方巖土工程設計策略

張林波 鐘安歡

萬道國際工程設計研究有限公司 貴州 凱里 556000

高填方巖土工程設計的合理性對高填方工程運行質(zhì)量和壽命起著決定性作用，當設計不規(guī)范或不合理時，高填方路基段容易出現(xiàn)路基沉陷、縱向開裂或邊坡坍塌等問題。在實際建設過程中，通常要求分層碾壓回填土將要求的構(gòu)筑物通過合理的設計與施工使其達到比周圍地勢高的效果，其中最常見的高速公路路基施工，因而需要高填方工程?？傮w來看，高填方巖土工程相比普通巖土工程更具復雜性和縝密性，有著較高的設計難度。本文以高填方巖土工程設計注意事項及控制要點重點引出具體有效的設計策略，以此有效保障工程設計安全。

1 高填方巖土工程設計的不合理現(xiàn)象

1.1 陡坡存在坡度偏大的情況

高填方巖土工程構(gòu)筑物設計標高通常要高出水平地面一定距離，旨在保證路面受力均勻平衡。在實際施工過程中，構(gòu)筑物基礎位置可能存在自然陡坡，這無疑增加了施工設計難度，考慮到自然陡坡在長期風吹雨淋的自然作用下逐漸形成的，工程人員往往難以準確把握陡坡內(nèi)土質(zhì)的實際情況及其受力情況。具體施工過程中由于土質(zhì)存在差異，因而導致自然陡坡與填方工程無法進行有效結(jié)合，因而在填方工程結(jié)束后，陡坡與填方土壤的結(jié)合面很容易出現(xiàn)受力不均衡的現(xiàn)象，不僅影響高填方的受力性能，而且容易產(chǎn)生不同程度的裂縫。

1.2 土壤產(chǎn)生不規(guī)范沉降現(xiàn)象

高填方巖土工程建設中，填方沉降處理也是一種保證填方位置受力均勻的有效手段，工程人員需要嚴格按照具體施工要求對填方進行沉降處理，當完成上層建筑施工后不會發(fā)生沉降現(xiàn)象。然而不乏一些工程在完成沉降處理工作之后，雖然未在短時間內(nèi)出現(xiàn)下沉問題，但在往后一定時期內(nèi)卻發(fā)生明顯的下沉現(xiàn)象，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)主要原因在于填方地段位置存在大量泥漿，由于當時施工時未能完全排出這些泥漿，因而填方地段作沉降處理時，泥漿由于自然沉降未能及時被發(fā)現(xiàn)，當沉降到一定程度時導致出現(xiàn)明顯下沉現(xiàn)象，此時泥漿不再繼續(xù)沉降，給后序施工帶來較大阻礙[1]。

2 高填方巖土工程注意事項與控制要點

2.1 高填方巖土工程注意事項

在實際建設過程中，包括高填方在內(nèi)所有巖土工程最重要的在于協(xié)調(diào)好經(jīng)濟性與實用性的統(tǒng)一關(guān)系，在設計高填方巖土工程時需要著重考慮工程成本支出，通過合理的設計達到有效控制項目成本的目的，使得工程經(jīng)濟效益最大化、成本支出最小化。在工程建設前期關(guān)于項目的本錢投入應當加強控制，并進行合理設計，將成本控制納入工程設計管理體系建設中，加強對高填方巖土工程項目的統(tǒng)一籌劃。在工程開工過程中關(guān)于本錢控制很容易走入一個誤區(qū)，一味地降低本錢并不能達到成本控制的最終目的，甚至曲解了成本控制的現(xiàn)實意義，成本控制與提升項目經(jīng)濟效益并非是兩個極端，在工程設計階段應當重點考慮這一問題才能準確掌握設計的安全性與有效性。巖土工程設計的成功與否不僅要充分保證工程建設質(zhì)量，而且還要協(xié)調(diào)好本錢控制與施工管理評價等各項工作間的關(guān)系，使得成本損耗最小化，資金使用效益最大化。

2.2 高填方巖土工程控制要點

高填方巖土工程控制的核心在于保證土方平衡，需要通過合理的計算為工程設計提供準確依據(jù)。通過計算土方平衡和挖填使得工程設計圖的設計質(zhì)量不斷提升，同時為構(gòu)筑物的設計布局提供準確的參考依據(jù)，確保建筑物布局科學合理。通常計算土方平衡需要設計師對總設計圖進行豎向調(diào)整，經(jīng)過多次反復計算后選擇最合理的設計圖。在控制土方平衡和挖填計算時應當著重從以下幾方面把握設計要點。

首先需要按照規(guī)定對原地面進行清理，當?shù)鼗恋膹姸炔环显O計和施工要求時需要采取針對性措施進行正確處理，確保土的強度滿足施工設計要求，保證設計的合理性與準確性。通常由于土層外表植物根系豐富，因而應當重點針對外表植被層做鏟除處理。其中植被層厚度不同，且存在于不同的植物中，因而有著不同的標準，嚴格按照規(guī)定合理清除。另外針對土層底部存在的水體情況需要考慮土質(zhì)的強度，將軟土層做挖除處理或增強土質(zhì)強度。

其次，土方的松散系數(shù)是計算土方平衡的重點內(nèi)容，當土方系數(shù)不斷增大時，土方體積也會隨之增大，此時土方松散系數(shù)與石方系數(shù)存在較大關(guān)聯(lián)，需要經(jīng)過科學計算之后掌握土方松散系數(shù)及其變化規(guī)律，在確定土方松散系數(shù)之后才能保證土方開挖合理。將虛方運至填方區(qū)域時應當對虛方作夯實和碾壓處理，此時虛方變?yōu)閷嵎?。土方的松散系?shù)是指即便對虛方進行夯實處理，但仍然無法達到原有標準的密實度，工作人員應當確定此時土方的松散系數(shù)和石方的松散系數(shù)。

最后，在構(gòu)筑物基礎與基坑開挖過程中應當考慮土方平衡。尤其在山區(qū)條件下進行施工時由于地基的承載力要更高，因而通常采用天然地基作為建筑物地基。同時為充分滿足抗滑移、抗震等多方面的要求，多采用地基深埋的方式來達到施工目的。當進行地基深埋時會不斷增加土方開挖量，此時若沒有合理確定土方開挖量則很容易出現(xiàn)土方外運的情況。因此合理確定土方開挖量，以此為依據(jù)進行方案設計，在保證土方平衡的基礎上還能有有效減少不必要成本的支出[2]。

3 高填方巖土工程土方平衡設計策略

3.1 合理選擇設計標高，減少填土方作業(yè)

高填方巖土工程多采取分層碾壓回填土的方式通過合理設計與施工保證構(gòu)筑物比周圍地勢高。在高填土巖土工程施工設計階段需要對實際建設環(huán)境進行全面的勘察了解，盡可能選擇比設計標高超出50cm到100cm之間的位置。按照高填方性質(zhì)特點合理選擇施工位置，一方面能夠減少施工對地基產(chǎn)生的破壞影響，同時在設計階段能夠預留給設計方案靈活的調(diào)整空間；另一方面通過保留預留層，減少地面墊層或其他防護措施性施工，既能夠保證工程建設質(zhì)量，又能減少施工量，降低工程施工壓力和成本。

3.2 設計綠化坡面，加強工程保護

目前，綠色發(fā)展理念的滲透應用對工程建設提出必然性的要求，對高填方巖土工程坡面采用綠化處理的方式，利用綠色植物加強對邊坡的保護。其作用一方面體現(xiàn)在，利用綠色植物的根莖部分吸收土壤內(nèi)多余水分；另一方面植物根莖本身也能對根莖起到有效的保護作用。尤其在山區(qū)等多露天條件下通過采用綠化坡面的方式及時吸收雨水或雪水，減少土壤潮濕對地基產(chǎn)生的影響，有效減少坡面滑移等不良問題，保證邊坡位置水土合適，避免發(fā)生水土過度流失、填土松散流失的問題[3]。

3.3 采取排水措施保障工程建設質(zhì)量

高填土巖土工程施工多處于山地較多的地區(qū)，通常當?shù)氐乃臈l件對高填土巖土工程建設質(zhì)量產(chǎn)生較大程度的影響，尤其是山地大面積匯水且水流湍急的情況為工程排水帶來更大的難度。因而為保障工程建設質(zhì)量，在開工之前首先需要合理落實排水工作。對于邊坡頂、坡地等位置需要設置專門的排水溝用來排水，同時由于邊坡位置土壤松散度相對較高，在雨雪量較大等情況下很容易發(fā)生坡面滑移、溝蝕或水土過度流失等不良現(xiàn)象，除了采用綠化邊坡的方式加強對地基的保護之外，排水工作尤為重要。尤其在填方工程施工時由于邊坡土壤植被層遭受不同程度的損壞，其吸水作用較弱，難以有力抵抗水土流失現(xiàn)象，此時需要采取排水措施進行專項治理，最大程度保障工程建設安全。另外除了在坡頂或坡地關(guān)鍵位置設置排水溝之外還可結(jié)合實際情況的需要，專門設置較大的排水過濾設施，盡可能避免水土流失的泥土流入市政管道、河道等區(qū)域。

4 高填方巖土工程設計要點分析

4.1 控制回填土含水量，做好填土加固處理

在高填方巖土工程建設時，不僅要減少挖土方和填土方作業(yè)，而且還要有效控制回填土含水量。在大規(guī)?；靥钭鳂I(yè)當中，或增加或減少土壤含水量。關(guān)于增加土壤含水量應當結(jié)合工程實際情況選擇適合的方案增加土壤含水量，并非只是簡單的灑水。另外需要重點落實填土加固處理工作，由于考慮到土石料種類及壓實度無法真正達到理想的程度，因而對填土加固處理質(zhì)量的要求可適當放寬。同時綜合考慮施工區(qū)域地理位置及水文條件，通常情況下地勢較高處的土壤含水量明顯較低，也就意味著在施工時土壤含水量達不到具體的設計要求，此時需要通過增加水量的方式控制回填土含水量。在進行大規(guī)?；靥钭鳂I(yè)時采用灑水的方式往往難以準確把握土壤的具體含水量，對于填方邊坡位置應當結(jié)合實際情況，按照填土質(zhì)量規(guī)范來選擇具體措施，盡可能保證工程質(zhì)量和施工安全。

4.2 合理選擇高檔土墻，加強地基處理

不同類型高檔土墻由不同的作業(yè)方式，同時對高填方巖土工程施工位置也有一定要求。如傾斜式的擋土墻不適用于高填方巖土工程，主要原因在于高填方邊坡地勢位置相對較高，傾斜式擋土墻容易向后填土方向進行傾斜，因而導致被擋土墻擋住的部分填土很難保證夯實質(zhì)量，從而降低了填土夯實系數(shù)，也無法保證傾斜式擋土墻的安全系數(shù)。

對于高填方巖土工程地基的處理，強夯法是最常用的方法。采用強夯法處理地基不僅能極大提高工程建設速度，而且強夯法施工工藝相對簡單，能夠有效降低施工成本，保障施工單位經(jīng)濟利益。同時采用強夯法處理地基會導致地基夯實度不夠均勻，具體表現(xiàn)在采用強夯法夯實的地基周圍位置，其承載力、密實度明顯要高出夯實點地基各項指標，因而在進行地基處理時要結(jié)合實際情況詳細考慮。同時在實際施工過程中，地面土壤進行挖除時，采用強夯法已經(jīng)夯實的地基面臨著被挖除的狀況，明顯降低了施工效率和工程質(zhì)量。另外考慮到高填方巖土工程施工區(qū)域特點，高低不同的地勢對地基處理效果產(chǎn)生直接影響，采用強夯法處理地基后容易出現(xiàn)不均勻沉降的問題，對地基的質(zhì)量及其穩(wěn)定性構(gòu)成較大威脅。地基產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象的原因還受填方石料的影響，面對相同的夯擊力度卻因為填方石料的不同而導致地基的質(zhì)量有所不同，因而容易出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象[4]。

因此，采用強夯法處理地基時需要重點考慮強夯法的缺陷問題，從地基沉降、地基均勻度、地基質(zhì)量及施工效率等方面對地基處理工程進行合理設計，結(jié)合實際情況選用合適的施工方法，確保工程設計方案合理有效。采用強夯法固然能達到相對理想的施工效果，但結(jié)合具體情況更加適應采用分層夯實的方式進行加固處理。地基夯實作為高填方巖土工程最重要的一項作業(yè)，在施工過程中要保證夯實的嚴密性與地基穩(wěn)定性，盡可能減少地基夯實對周邊作業(yè)帶來的負面影響。在具體施工作業(yè)時土層的含水量需要經(jīng)過合理計算達到規(guī)定設計標準。同時為避免泥漿的影響導致發(fā)生填方下沉，在工程前期要做好全方位實地勘察，采取具體措施及時排除泥漿液，如通過放置填充物的方式將泥漿液擠出，之后在進行填土處理。在進行填土時采用分層填土的方式來保證填充土壤密度。另外在做地層加固處理時，在填充土層作業(yè)階段需要預留一定時間確保土層自然沉降，當土壤縫隙不斷減小時土層密切接觸，此時才能保證地層加固質(zhì)量。另外在對現(xiàn)場進行實地勘察時，重點了解開挖土層中土壤在不同深度下的密實度，以此作為分層處理依據(jù)，采用不同的夯實方法進行地層加固，從而保證土體密實度達到規(guī)定的設計標準，保障整個地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。

4.3 重視工程前期準備工作，做好排水措施處理

高填方巖土工程施工之前，實地勘察是工程準備工作的重要內(nèi)容和首要條件，做好實地勘察能夠為工程設計提供準確可靠的參考依據(jù)，保證項目施工進度合理。通過對一些高填方巖土工程施工案例進行分析可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)問題的主要成因在于工程方案設計的不合理，工程設計師的考慮不夠全面，對于一些細節(jié)問題和外部影響因素有所忽視。因而為保證工程設計合理，應當全面提高對項目前期準備工作的重視，通過實地勘察來制定科學完善的施工方案，明確具體的施工條件，保證后序工程工期和施工作業(yè)工序安排規(guī)范合理[5]。

另外，排水工作是山區(qū)地區(qū)高填方巖土工程施工的重點內(nèi)容，考慮到山區(qū)地區(qū)地勢陡峭且地面起伏大的特點，工程作業(yè)往往面臨著更大的難度，采用高填方巖土工程能夠讓地基的受力更加均勻。尤其在排水施工過程中，水流條件、地勢陡峭等問題明顯增加排水難度。某些高填方巖土工程建設時未能及時在土方填充區(qū)域設置專門的排洪設施，導致臨時邊坡坡地位置積水現(xiàn)象嚴重?？紤]到邊坡區(qū)域土層相對松散，且高填方邊坡排水難度較大，工程人員需要結(jié)合實際情況合理設置排水溝，并填封溝槽，針對土層松散及水土流失問題需要加強土層排水控制。為了保證填方土層的完整性，對于一些重點區(qū)域應當設置永久性的排洪過濾設施，此時排水設施臨時節(jié)點的設計尤為關(guān)鍵，為不斷提高設施排水量，應當在邊坡坡頂或坡地配合設置專門的排水溝。針對水土流失、邊坡滑移、土壤松動等問題需要利用沉淀過濾設施或者采用綠化邊坡的處理方式來減少水土流失，避免泥漿流入市政管道或河道內(nèi)。

5 結(jié)語

綜上所述，高填方巖土工程作為巖土工程的重要組成部分，在整個巖土工程中也更具建設難度。為保證高填方巖土工程設計的科學合理性，工程人員必然要做好全方位實地勘察，綜合考慮工程設計受影響因素，如地勢特點、水文條件等，深入了解工程項目設計工作應當注意的具體事項，考慮高填方巖土工程施工常見的問題與設計難點，以此結(jié)合實際情況采取針對性措施，確保工程設計合理，為工程質(zhì)量建設提供有力的設計保障。本文著重闡述了回填土作業(yè)孔子、擋土墻及分層夯實發(fā)的應用等方面內(nèi)容，以此為工程設計提供相應的參考依據(jù)。