紅粘土高填方地基處理技術

常付杰

（中鐵建設集團有限公司 100040）

0 前言

我國南方地區紅粘土分布極廣，隨著西南地區開發戰略的不斷深入，一些大型工程中的高填方紅粘土地基由于上部附加荷載較大，原有的硬塑土層與下臥層承載力的差別，容易造成下層后期沉降量變大，產生不均勻沉降，從而導致工程后期維護費用較大，因此，紅粘土區域的地基處理問題日趨重要。本文依托貴州地區某項目的工程實例，對于紅粘土區域高填方地基的處理方法進行分析研究，以期為后續的相關工程設計與施工提供參考。

1 紅粘土區域地質特點

碳酸鹽類巖石形成的紅粘土是最早被發現、分布最廣、也最為典型。紅粘土屬于區域性特殊土，國內外關于紅粘土特性的文獻較多，不同母巖、不同環境下紅粘土的工程特性也略有差異，總得來說紅粘土的具有：（1）高天然含水率。（2）高塑性及粘粒高分散性。（3）高飽和度、低液限指數。（4）高孔隙比、低密度。（5）高比重。（6）高強度、低壓縮性等典型特性。對于工程地基來說主要表現為表面宜收縮，上硬下軟，裂隙發育的宏觀特征。

貴州地區為典型的喀斯特地貌，巖溶強發育，多石牙、溶槽、溶洞等，加之紅粘土的沿裂隙發育特點。這就造成了紅粘土土層在平面和縱向厚度的不均勻性。土層的厚度往往變化劇烈，對于紅粘土區域的高填方地基工程來說，更加容易導致地基的不均勻沉降。

對于公路工程及機場類工程來說，紅粘土的不良特性將導致地基壓實性能較差，使路基及道面板出現裂縫，從而帶來安全隱患。對于普通房建工程，采用筏板基礎或無地下室的其他類型基礎，若上部附加荷載較大，房心區域也較容易產生不均勻沉降，導致地面或筏板產生裂縫，影響結構的正常使用。尤其在高填方工程中，經地基處理后的紅粘土具有較好的結構強度，常用作天然地基使用，如若上部有較大附加荷載或者振動荷載，地基處理不當，危害性將會更大。

2 紅粘土地基處理方法

按通過多年的實踐和相關理論研究，對于紅粘土的地基處理主要形成了以下幾種方式：

2.1 晾曬法

經過晾曬，降低紅粘土的天然含水量，有益于紅粘土的壓實。這種方法依賴于天氣的好壞，對于多雨天氣的我國南方地區（如貴州）來說，這種方法較難應用，工程中的運用效果并不理想。

2.2 換填墊層法

采用壓實性好的級配碎石、石渣、灰土、礦渣或土工合成材料加筋墊層等，將紅粘土換掉，再進行碾壓密實。這種方法對于地基處理面積不大的工程來說較為合理，但對于大面積的回填或換填工程，則造價較高，工期也相對較長。

2.3 深層攪拌法

深層攪拌法是利用深層攪拌機械在軟弱地基內，邊鉆進邊往軟土中噴射固化劑，通過攪拌機械的攪拌，使固化劑與軟土結合，形成具有整體性、水穩性和足夠強度的地基土。根據上部結構的要求，可對軟土地基進行柱狀、壁狀和塊狀等不同形式的加固。主要固化材料有石灰、粉煤灰、水泥及化學材料等。

2.4 強夯法

強夯法是為提高軟弱地基的承載力，用重錘自一定高度下落夯擊土層使地基迅速固結的方法。強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。對高飽和度的紅粘土地基，則應采用在夯坑內回填塊石、碎石或其他粗顆粒材料進行強夯置換，并應通過現場試驗確定其適用性。此方法適用于遠離市區且季節降水量較少的地區。

2.5 擠密樁法

擠密樁法是用沖擊或振動方法，把圓柱形鋼質樁管打入原地基，拔出后形成樁孔，然后進行素土、灰土、石灰土、水泥土等物料的回填和夯實，從而達到形成增大直徑的樁體，并同原地基一起形成復合地基。擠密樁法在紅粘土區域應用較多，效果良好，但施工工期較長。

2.6 梁板結構法

對于紅粘土層較厚或高回填工程，上部附加荷載較大時，承重地面采用現澆鋼筋混凝土梁板式結構，此方法施工速度快，可以有效防止不均勻沉降，但造價相對較高。

2.7 分層回填紅粘土、碎石碾壓法

通常采用紅粘土、碎石等分層回填壓實，分層厚度應通過現場試驗確定。采用碎石分層回填法對于石料豐富的貴州等地區，此方法應用效果較好，且受天氣等因素影響較小。但對施工質量應有較高要求。

3 工程實例分析

3.1 工程地質概況

某新建項目位于貴州地區，該地區為溶蝕溝谷地貌，由風化剝蝕與巖溶溶蝕形成?，F場地形北高南低，場地地層按其成因自上而下分為素填土、耕土、紅粘土和強風化及中風化泥質石灰巖組成，北面開挖后為強風化、中風化泥質石灰巖。

3.2 工程場地現狀

在場地南面存在面積約22500平方米的填方區，（場地剖面示意圖見圖1）?；靥顓^域最深達12米，由于工期緊急，且施工環境受天氣影響較大，開挖的紅粘土未經過處理，即作為填料回填，回填土質結構松散，承載力低。加之上部地面附加荷載較大，設計地坪地基承載力特征值fak需要達到80～100KPa，壓實系數控制在0.900，未經地基處理的紅粘土回填區域不能滿足設計及使用要求。

圖1 場地剖面示意圖

3.3 地基處理方案設計

3.3.1 設計原則

設計方案階段以變形控制為主，兼顧承載力要求。結合場地實際，采用梁板結構處理最為理想，但工期長，且造價相對較高，為了確保工程工期，通過多種方法對比及專家論證，并進行了當地工程實例的考察，對回填區域初步采取分區分層回填的處理方案。

選取實驗區域進行先期施工，驗證方案可行性，并根據實驗結果適當調整方案。

3.3.2 設計分區

該工程室內±0.000絕對標高為908.45，根據場地回填土厚度情況，將回填區劃分為3個區域：Ⅰ區為回填土厚度h＞4m地基，面積約6000m2；Ⅱ區為回填土厚度2m＜h≤4m地基，面積約6200m2；Ⅲ區為回填土厚度h≤2m，面積約10300m2；Ⅳ區為挖方區。

3.3.3 地基處理施工參數

(1)Ⅰ區：回填紅粘土并平場至標高906.50m，采用推土機或挖掘機適當平整后，采用壓路機來回靜壓，以壓路機輪跡小于1cm為標準，在填土表層鋪設40cm碎石墊層，之后鋪設厚110cm塊石大渣層，待塊石大渣層鋪設完畢后，采用振動碾壓，碾壓密實后視高程情況增加塊石大渣，碾壓至頂標高為908.00m（填土厚h＞4m）。

(2)Ⅱ區：回填土平場至906.80m，采用推土機或挖掘機適當平整后，采用壓路機來回靜壓，以壓路機輪跡小于1cm為標準，在填土表層鋪設40cm碎石墊層，之后鋪設80cm塊石大渣層，待塊石大渣層鋪設完畢后，采用振動碾壓，碾壓密實后視高程情況增加塊石大渣，碾壓至頂標高為908.00m（填土厚2＜h≤4m）。

(3)Ⅲ區：回填土平場至907.20m，采用推土機或挖掘機適當平整后，采用壓路機來回靜壓，以壓路機輪跡小于1cm為標準，在填土表層鋪設80cm塊石大渣層，待塊石大渣層鋪設完畢后，采用振動碾壓，碾壓密實后視高程情況增加塊石大渣，碾壓至頂標高為908.00m（填土厚度h≤2m）。局部回填較薄地段，平場標高907.20m以上遇到原生紅粘土層，即可直接采用壓路機靜壓。

(4)Ⅳ區：挖方區平整場地至907.90m，在紅粘土表層鋪設0.3m碎石墊層，采用振動碾壓，碾壓至頂標高為908.20m。

3.4 地基處理效果分析

對分區分別進行局部實驗并檢測結果，檢測方法為通過承載板試驗測試地基的回彈模量評價地基承載力，結合灌砂法壓實度檢測試驗檢測壓實系數。實驗過程中，由于雨天較多，降水量較大，地基處理初步設計方案效果不夠理想，且分區域進行回填并壓實施工進度緩慢，無法滿足施工進度要求。

3.5 地基處理調整方案

針對現場情況制定了地基處理調整方案，即按標高開挖平整場地并機械碾壓密實后直接采用分層鋪設級配渣石的處理方式，第一層厚度根據現場確定，以壓路機可以震動碾壓為宜，之后每層厚度不大于500mm，碾壓至場平標高908.00m。檢測結果顯示，場地壓實度平均值為0.936，場地受力均勻，承載力滿足工程設計要求，地基處理效果較為理想。

4 結論

本文介紹了紅粘土的特性及紅粘土區域常用的地基處理方法，結合工程實際及工期要求，對于高回填區，雨量較少時可采用紅粘土分層回填壓實的方式，附加荷載較大時可參考分區回填壓實的方案，對于雨量較大且地面附加荷載較大的工程，似可采用紅粘土直接回填至場平標高下2m并碾壓密實，然后采用塊石大渣分層回填的方式，壓實效果較好，且施工工期短，造價相對較低，該方法的成功對于渣石豐富的紅粘土高高填方工程具有參考價值。此外，對于地基處理方法的選取，應參照現有的地基處理方法和當地工程經驗，采用合理、安全、經濟的地基處理方法。