高填方特殊路基處理設(shè)計(jì)研究

摘 要：高填方作為西部黃土地區(qū)常見(jiàn)的工程手段，常面臨諸多復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)與施工困境。本文以太原市南十方街東延高填方工程為例，針對(duì)常見(jiàn)的黃土地區(qū)高邊坡穩(wěn)定以及深溝處雜填土處理、地基沉降保障措施、溝壑處排水與坡面防水處理、V型深溝處坡面搭接措施、過(guò)路排水管涵上方填方施工措施等高填方問(wèn)題，進(jìn)行了詳細(xì)地分析與研究。該工程及其相關(guān)設(shè)計(jì)成果可為西部地區(qū)類(lèi)似黃土高填方工程提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：高填方路基；雜填土處理；高填方管涵；溝底排水；黃土地區(qū)文章編號(hào)：2095-4085（2025）02-0070-03

0 引言

中國(guó)西部多屬于黃土地區(qū)，顯著特點(diǎn)是溝壑叢生、地勢(shì)起伏不定。隨著國(guó)家“一帶一路”倡議以及城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，城市土地資源日益緊張，建筑選址逐漸向城市四周擴(kuò)展［1］。為了高效節(jié)約并合理利用土地資源，工程建設(shè)中廣泛采用“削山填溝造地”的策略來(lái)增加土地面積，這一方式在城市建設(shè)用地、機(jī)場(chǎng)建設(shè)用地以及工業(yè)建設(shè)用地等多個(gè)工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，黃土高填方工程因而日益增多［2-7］。

1 工程概況

南十方街東延（東峰路至東山大道）道排工程西起東峰路，東至東山大道，全長(zhǎng)2061.691m。項(xiàng)目位于太原市東山地區(qū)，整個(gè)場(chǎng)地呈現(xiàn)東高西低、北高南低的地勢(shì)特征。樁號(hào)K1+460～K1+700段，現(xiàn)狀路基是以建筑垃圾為主的雜填土，深度達(dá)到27m。樁號(hào)K1+700-K2+020段為現(xiàn)狀U字型沖溝，路基處理以高填方為主，平均填方高度為46.5m，最高填方約為63m（見(jiàn)圖1）。

2 工程地質(zhì)

2.1 地形地貌

南十方街東延場(chǎng)地從大的地貌上看，屬于切割中等的黃土臺(tái)塬地貌，項(xiàng)目工程地質(zhì)分區(qū)應(yīng)屬于太原盆地次穩(wěn)定工程地質(zhì)亞區(qū)?？辈靺^(qū)間內(nèi)，擬建場(chǎng)地各勘探點(diǎn)高程介于894.34～957.36m之間，最大高差約63.02m。

2.2 場(chǎng)地巖土構(gòu)成與工程特性

南十方街東延場(chǎng)地的勘探深度范圍內(nèi)，其構(gòu)成成分自地表向下依次為：第四系全新統(tǒng)早期至晚更新統(tǒng)沉積的雜填土、濕陷性粉土、粉土、粉質(zhì)黏土以及二疊系的砂巖等。

其中第①層雜填土（Q42ml）的巖土構(gòu)成與工程特性為：雜色；K0+000-K0+660（K1-A-K3-B）段表層為40cm的瀝青路面結(jié)構(gòu)及水穩(wěn)層等，其下粉土、灰渣、磚塊、碎石塊等建筑垃圾，硬雜質(zhì)含量約占25%，成分雜亂，結(jié)構(gòu)稍密；K0+660-K0+810段表層為房屋建筑垃圾；K0+810-K1+460（T3-T6）段含粉土、植物根、灰渣、磚塊、煤屑等及少量建筑垃圾，成分雜亂，結(jié)構(gòu)松散；K1+260-K1+310段表層堆有大填土堆，高度約10.0m；K1+460-K1+700（K4-K6）段為現(xiàn)狀廢品收購(gòu)站，含粉土、碎石、灰渣、爐渣、磚塊、混凝土等建筑垃圾與部分生活垃圾，硬雜質(zhì)含量約占25%，成分雜亂，結(jié)構(gòu)松散，高度約27m；K1+700-K2+020（K7-K8）段為現(xiàn)狀沖溝。

3 高填方常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施

3.1 淺挖方段雜填土處理

雜填土作為最為復(fù)雜的一種填土形式，一般是由人類(lèi)活動(dòng)任意堆填而成的，按其組成物質(zhì)可以分為建筑垃圾、工業(yè)廢料和生活垃圾［8］。由于堆積時(shí)間、堆積條件、物質(zhì)來(lái)源以及組成成分的復(fù)雜性和差異性，雜填土的構(gòu)造特點(diǎn)通常是結(jié)構(gòu)疏松、厚薄不均，其力學(xué)特點(diǎn)常表現(xiàn)為強(qiáng)度較低、壓縮性較高、均勻性較差以及浸水濕陷性。對(duì)于主要成分為建筑垃圾和工業(yè)廢料的雜填土，一般在適當(dāng)處理后，可作為建筑物地基［9］。生活垃圾由于含有大量的有機(jī)質(zhì)以及未分解的腐殖質(zhì)，強(qiáng)度不會(huì)隨時(shí)間變化而變化，始終處于松軟狀態(tài)，因此在工程中常以清理處理為主。

K1+460-K1+700為低挖方段，最高挖方高度為3.52m。根據(jù)鉆探資料，該路段路基主要由建筑垃圾與部分生活垃圾組成，并以建筑垃圾為主，路段雜填土最大埋深為27m。考慮到生活垃圾的松軟性，以及建筑垃圾的可利用性，該路段首先進(jìn)行全斷面清表1m處理，后開(kāi)挖至設(shè)計(jì)路床頂面高程，然后繼續(xù)進(jìn)行超挖10m處理。超挖形成統(tǒng)一工作面后，采取強(qiáng)夯法對(duì)土路基進(jìn)行加固處理。具體如下：夯錘選用圓柱體，夯擊能量采用6000KN·M，共夯擊三遍，兩遍跳夯，一遍滿夯；夯完后，待樁號(hào)1+700-K2+020終點(diǎn)深溝段回填至同一工作面后，繼續(xù)采用強(qiáng)夯法進(jìn)行路基填筑作業(yè)，夯擊能量采用2000KN·M，共夯擊三遍，兩遍跳夯，一遍滿夯，具體做法參照樁號(hào)1+700-K2+020終點(diǎn)深溝段（特殊路基處理段）強(qiáng)夯法處理；回填至距路床頂50cm處，再采用50cm厚二八灰土回填至路床頂，壓實(shí)度按設(shè)計(jì)要求不小于96%；滿足壓實(shí)度后方可進(jìn)行路面施工，路基處理范圍以坡腳外1m為界。

3.2 高填方?jīng)_溝防洪措施

樁號(hào)K1+700-K2+020段為現(xiàn)狀U字型沖溝，路基處理以高填方為主，平均填方高度為46.5m，最高填方約為60m。道路填方后在現(xiàn)狀沖溝位置形成了土圍堰，對(duì)山區(qū)防洪排水系統(tǒng)造成了阻礙，會(huì)嚴(yán)重影響路基穩(wěn)定。為保證排洪順暢，以及道路和下游城市安全，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）和《山西省水文計(jì)算手冊(cè)》［10］對(duì)道路北側(cè)支溝進(jìn)行了水文計(jì)算。

（1）道路樁號(hào)K1+803.576北側(cè)支溝，匯水面積為0.6km2。防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇（P=1％），設(shè)計(jì)洪峰流量為21.4m3/s；50年一遇（P=2％），設(shè)計(jì)洪峰流量為18.3m3/s。

（2）道路樁號(hào)K1+938.944北側(cè)支溝，匯水面積為0.05km2。防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇（P=1％），設(shè)計(jì)洪峰流量為2m3/s；50年一遇（P=2％），設(shè)計(jì)洪峰流量1.8m3/s。

考慮到遠(yuǎn)期地塊開(kāi)發(fā)，本次設(shè)計(jì)根據(jù)以上洪峰流量，在南十方街東延樁號(hào)K1+803.576、K1+938.944沖溝段溝底處，分別設(shè)置1孔2m及1孔1.5m的鋼筋混凝土圓管涵，涵長(zhǎng)分別為346m和418m，涵底縱坡分別為4.94%和7.1%，上下游出口形式均為八字墻順接（見(jiàn)圖2）。由于涵底縱坡較大，在出口處設(shè)置消能措施，對(duì)于上下游洞口形式，施工時(shí)可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，要保證水流通暢。

3.3 高填方坡腳防水、管涵施工保護(hù)措施等路基設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀U字型沖溝高填方段，鉆探資料顯示，現(xiàn)狀溝底以下為粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化砂巖。高填方?jīng)_溝坡腳處防水措施一直是高填方路基的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，深埋段的排水涵洞常會(huì)由于上方施工措施的不合理導(dǎo)致破壞。南十方東延項(xiàng)目為防止坡腳底部水破壞，保障排水涵洞在施工過(guò)程的安全，對(duì)施工工藝提出了特殊要求。道路在放坡范圍內(nèi)完全清除路基表層后，在深溝段底部分層填筑1m級(jí)配碎石，再采用4m素土進(jìn)行分層碾壓填筑；填筑后采用反挖法埋設(shè)溝底圓管涵，其上采用樁號(hào)K1+460-K1+700段超挖10m厚的建筑垃圾進(jìn)行分層回填；然后繼續(xù)采用素土進(jìn)行路基填筑作業(yè)，填筑4m后進(jìn)行第一次強(qiáng)夯。每4m深形成一個(gè)工作面，采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固處理，具體如下。

（1）夯錘選用圓柱體，夯擊能量2000KN.M，夯點(diǎn)間距為4.0m，正方形布置，夯錘重200KN，落距為15m，錘底面積不小于4m2，道路夯擊范圍為填方路基坡腳外5m，亦即坡腳外再布置一排夯點(diǎn)。

（2）夯擊遍數(shù)為三遍，兩遍跳夯，一遍滿夯。兩遍夯擊應(yīng)適當(dāng)間隔一定時(shí)間，第二遍夯擊點(diǎn)應(yīng)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間，第三遍滿夯時(shí)要求錘印搭接。

（3）每遍夯擊錘數(shù)，按最后兩擊平均夯沉量不大于50mm。

（4）夯坑周?chē)孛娌粦?yīng)發(fā)生過(guò)大的隆起，不應(yīng)夯坑過(guò)深而發(fā)生起錘困難。

（5）強(qiáng)夯地段須注意對(duì)兩側(cè)建筑物的影響，若距建筑物過(guò)近，局部可采取重型振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行處理。采用重型振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓時(shí)，通常碾壓5～6遍，以最后兩次的輪跡差不大于5mm為準(zhǔn)。

（6）強(qiáng)夯后增加的土方量暫定10%計(jì)，具體工程量以現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量為準(zhǔn)。

（7）采用強(qiáng)夯法進(jìn)行素土回填至距路床頂50cm處，再采用50cm厚二八灰土回填至路床頂。路基處理范圍以坡腳外5m為界。

3.4 深溝處填方與現(xiàn)狀坡面的銜接方式

現(xiàn)狀坡面與高填方搭接面若處理不當(dāng)，往往會(huì)由于高填方的沉降，在現(xiàn)狀坡面處形成破壞面，從而導(dǎo)致路基的不穩(wěn)定。因此，現(xiàn)狀坡面與高填方搭接面是保障高填方路基穩(wěn)定的一個(gè)重要因素。為增加新填土與現(xiàn)狀溝壁土的結(jié)合，保證沖溝處路基的施工質(zhì)量，路基施工主要采取以下幾點(diǎn)措施。

（1）挖除多年剝落的落坡土，清除溝壁表面松散土。

（2）清除溝壅，拓寬壓實(shí)面。

（3）在道路沿線方向，采用縱向開(kāi)蹬搭接，寬度不應(yīng)小于2m，蹬高不應(yīng)小于1m，坡度3%（朝向內(nèi)側(cè)）。每級(jí)鋪設(shè)一層4m寬鋼塑復(fù)合土工格柵，路基頂鋪一層6m鋼塑復(fù)合土工格柵。臺(tái)階挖至與原地面齊平但不少于兩級(jí)臺(tái)階，以保證土工格柵的鋪設(shè)。

（4）在開(kāi)蹬搭接前，應(yīng)在原土壁上灑水濕潤(rùn)，使新填土與之良好結(jié)合。

（5）頂部距離路槽底2m范圍內(nèi)，順路基方向超挖15m長(zhǎng)范圍，按路基回填進(jìn)行分層壓實(shí)處理。

4 結(jié)論

高填方路基具有復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性、長(zhǎng)期性、延續(xù)性的工程特點(diǎn)。本文結(jié)合太原市南十方街東延高填方工程，針對(duì)高填方路基設(shè)計(jì)施工中遇到的一些問(wèn)題采取了以下處理措施。

（1）有效處理了現(xiàn)狀雜填土并實(shí)現(xiàn)其合理利用，降低了建設(shè)成本；針對(duì)高填方?jīng)_溝防洪，結(jié)合地塊遠(yuǎn)期與近期開(kāi)發(fā)規(guī)劃，合理評(píng)估了高填方涵洞受力情況，科學(xué)布設(shè)了圓管涵。

（2）對(duì)高填方坡腳防水，結(jié)合坡底地勘資料，取消了常規(guī)的素土回填，改為填筑1m級(jí)配碎石，合理的對(duì)坡腳處積水進(jìn)行排泄，減少了坡腳處的水破壞。

（3）高填方圓管涵采用分階段分層碾壓分層反挖施工，后期回填采用強(qiáng)夯法施工時(shí)，對(duì)已施工的圓管涵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與保護(hù)，以避免對(duì)圓管涵造成破壞。

（4）在深溝區(qū)域進(jìn)行填方作業(yè)時(shí)，采取了清除不利坡面的策略，并輔以濕潤(rùn)現(xiàn)狀坡面及開(kāi)蹬搭接等精細(xì)手段，確保了新填土與既有坡面之間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固而有效的銜接。

以上措施既考慮了高填方路基工程的特點(diǎn)，又保障了高填方路基的安全性及經(jīng)濟(jì)合理性，可為類(lèi)似高填方路基工程提供一定的參考與啟示。

參考文獻(xiàn)：

［1］董懷堂.黃土地區(qū)大厚度高填方地基沉降變形研究［D］.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2023.

［2］于永堂，鄭建國(guó)，孫茉，等，黃土高填方場(chǎng)地工后沉降預(yù)測(cè)模型性能評(píng)估方法［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2023，34（4）：39-48.

［3］高建中，鄭建國(guó)，魏弋鋒，等.延安新區(qū)黃土丘陵溝壑區(qū)域工程造地實(shí)踐［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

［4］朱才輝，李寧，劉明振，等.呂梁機(jī)場(chǎng)黃土高填方地基工后沉降時(shí)空規(guī)律分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35（2）：293-301.

［5］姚仰平，黃建，張奎，等.機(jī)場(chǎng)高填方蠕變沉降的數(shù)值反演預(yù)測(cè)［J］.巖土力學(xué)，2020，41（10）：3395-3404+3414.

［6］吳紅剛，馮文強(qiáng)，艾揮，等.山區(qū)機(jī)場(chǎng)高填方邊坡工程實(shí)踐與研究［J］.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2018，38（2）：385-400.

［7］張子?xùn)|，任鵬，唐印，等.某高填方邊坡加筋土擋墻失穩(wěn)破壞機(jī)理研究［J］.四川建筑科學(xué)研究，2022，48（3）：63-70+85.

［8］黃熙齡，秦寶玖.地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算［Ｍ］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1981.

［9］王曙光，王學(xué)彬，李欽銳，等.深厚雜填土場(chǎng)地復(fù)合地基加固的工程實(shí)踐［C］.中國(guó)建筑學(xué)會(huì)地基基礎(chǔ)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集（2022）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版，2023：108-112.

［10］山西省水利廳.山西省水文計(jì)算手冊(cè)［M］.鄭州：黃河水利出版社，2011.