取土坑填墊場地路基處理方案分析

代 景 旺

(天津市市政工程設計研究院,天津 300453)

1 工程概況

在早期的道路建設過程中，由于生態安全和環境保護的意識薄弱，土地開發強度不高，以及工程造價的限制，在公路以及跨區域城市道路沿線就近取土填筑路基的現象比較普遍，形成了大面積的取土坑。隨著城市建設的加速，城市建設用地范圍迅速擴張，不斷遇到城市新建地塊內取土坑的利用問題，為實現地塊開發，大面積的取土坑被回填整平，但是由于城市區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，場地承載力較低、地基沉降明顯。

工程所在場地地處華北平原，屬沖積、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，場地開發時已填墊至現狀地坪。勘察時，場地為空地，總體地勢較為平坦，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，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，為粉質黏土質，屬中(偏高)壓縮性土。局部夾雜填土透鏡體，土質欠均勻，結構性差。

場地淺層地下水主要為潛水，靜止水位埋深0.20 m～0.80 m，相當于標高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。道路工程開工時，坑塘內填土堆填時間不足1年，由于坑塘填平過程土方未分層壓實，場地沉降速度過快，經現場沉降觀測，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

結合場地條件以及類似工程經驗，可供選取的路基處理方案主要包括：深層換填、強夯(置換)、加固土樁(水泥攪拌樁、高壓旋噴樁)、預應力管樁、真空預壓等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侵蝕性的壓縮性較低的材料，經過分層夯實至要求的密實度為止，使其滿足道路路基對地基強度和穩定性的要求。通過墊層應力的擴散作用，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地，但會增加取土、棄土、往返運輸的費用，還造成對另一場地的污染[2]。

強夯(置換)法，是將重型夯錘從高處自由落下，在強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，人為加速其固結的過程。強夯法應用比較成熟，在處理雜填土場地已有很多成功經驗案例，但對含淤泥層的處理效果有限[3]，要保證強夯施工效果，降水是重要的保證措施之一[4]。

加固土樁和預應力管樁的作用均是使填土與樁形成復合地基，提高復合地基承載力和路基的復合模量，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用比較廣泛。

真空預壓法可以加速填土層過排水固結過程，使填土層充分沉降，減少與周邊場地不均勻沉降，實施過程中可以結合進行堆載預壓，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。

2.2 方案對比

表1 方案對比表

根據工程特點及地質勘察情況，選取了深層換填、強夯、加固土樁(水泥攪拌樁)、預應力管樁、真空預壓作為備選方案，方案對比情況見表1。考慮本工程周邊地塊開發已經啟動，現場不具備深層降水及土方臨時倒運堆填條件，且建設工期緊迫，初步選擇樁基礎方案。經過進一步的經濟性比選，選擇水泥攪拌樁處理方案作為本工程的最終方案。

3 方案應用

3.1 平面及橫斷面方案

根據勘察報告，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粉質黏土，素填土及淤泥質粉質黏土總厚度約13 m。池塘段地基加固方案主要考慮對素填土及淤泥質粉質黏土層進行加固。為保證路基穩定，防止路外軟弱地基發生滑動，水泥攪拌樁處理范圍擴大為道路紅線以外10 m，樁頂設置60 cm級配碎石褥墊層，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范圍內分層填筑10%石灰土(見圖1)。

3.2 水泥攪拌樁參數確定

水泥攪拌樁樁徑0.5 m，場地整平后實施水泥攪拌樁，樁長為13 m。根據填土高度不同以及橫斷面位置不同，設置分區，不同分區的樁間距分別取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算確定，不小于105 kN，處理后的復合地基承載力按式(1)計算：

(1)

式中：λ——單樁承載力發揮系數；

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——樁間土承載力發揮系數；

fsk——樁間土單樁承載力特征值。

經計算，復合地基承載力不應小于95 kPa。水泥土攪拌樁樁身水泥摻入比根據單樁承載力，通過室內配比確定為17%。

3.3 沉降計算

復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，其中處理范圍內的沉降根據樁體模量和樁間土的壓縮模量按照置換率來確定復合地基的壓縮模量，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，根據勘察報告選取。

經計算，處理范圍內路基沉降為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計軟件計算，結果為2.4 mm，路基工后總沉降為29.1 mm。場地不進行加固處理的路基工后沉降為83.1 mm。通過沉降計算結果，水泥攪拌樁加固地基方案可以解決路基穩定問題，處理后場地可以滿足道路修建要求。

4 結語

1)通過對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，保證了道路工程對于沉降穩定及地基承載力的要求，保證了工程進度，同時經濟性較好。

2)隨著城市建設用地范圍的擴張以及對土地資源集約利用的要求，在類似場地進行道路建設的情況還會增多，本工程的應用經驗對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場實際情況有關，在類似工程應用時還需根據具體情況，兼顧質量、造價、工期、安全等因素，合理選用方案。