填土的工程地質(zhì)勘察探析

高羽

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司東北分院，哈爾濱150006）

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)鐵路交通工程中大批城際鐵路、電氣化高鐵項(xiàng)目迅速立項(xiàng)開工，形成全國(guó)鐵路線網(wǎng)全面鋪開、擴(kuò)展、延伸和提速改造的局面。同時(shí)，以高架、內(nèi)環(huán)和地鐵為標(biāo)志的現(xiàn)代市政工程相繼大量出現(xiàn)。建筑工程的類型和環(huán)境趨于復(fù)雜和多樣性。任何工程建設(shè)方式、規(guī)模和類型都受到建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件所制約，工程地質(zhì)勘察作為各類設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵性依據(jù)，是工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)。新形勢(shì)下，地質(zhì)勘察工作者應(yīng)深入研究各種地質(zhì)條件的特點(diǎn)與工程性質(zhì)，選用有針對(duì)性的勘察手段，總結(jié)出應(yīng)對(duì)不同地質(zhì)條件的勘察方法。

在各類地質(zhì)環(huán)境中，常出現(xiàn)垃圾廠、棄土廠、人工填筑土地段等地質(zhì)情況。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，就工程地質(zhì)勘察工作中填土這種特殊巖土現(xiàn)象，做如下總結(jié)。

2 填土的分類及工程性質(zhì)

填土是指因人類活動(dòng)遺留或堆積形成的土。按照堆填時(shí)間50 a以上、15~50 a、15 a以下分為古填土、老填土和新填土；按照堆積方式分為計(jì)劃填土和無(wú)計(jì)劃填土。根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填方式主要分為素填土、雜填土和沖填土。工程地質(zhì)勘察工作中主要針對(duì)素填土、雜填土和沖填土這3類填土進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)。

2.1 素填土

素填土一般由碎石土、砂類土、黏性土、粉土或殘積土等一種或幾種土組成，成分種類較少。一般不含雜質(zhì)或含雜質(zhì)較少。大部分為天然土由人工擾動(dòng)和搬運(yùn)堆積、填筑而成。特點(diǎn)為不具天然土的結(jié)構(gòu)和層理。常見(jiàn)于鐵路路基下和道路路面下，或一些建筑場(chǎng)地表層。其工程性質(zhì)取決于不同類型素填土的均勻性和密實(shí)度。一般按照使用目的，依照一定層序有計(jì)劃堆填，并經(jīng)人工壓實(shí)的素填土，可以作為一般構(gòu)筑物的地基使用。一些雖未經(jīng)壓實(shí)，堆填時(shí)間滿足10 a以上的黏性土、滿足5 a以上的砂類土，也具有一定程度的密實(shí)度和強(qiáng)度，可作為一般構(gòu)筑物的天然地基。使用前需進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后可以使用。

2.2 雜填土

雜填土一般含有大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜質(zhì)。普遍分布在人類生活區(qū)或工業(yè)區(qū)，主要由建筑、工業(yè)廢料殘留或人為拋棄堆積。雜填土是由人類活動(dòng)造成的無(wú)規(guī)律積累物形成的，成分主要為碎磚、瓦礫、混凝土塊、礦渣、煤渣、爐灰、陶瓷片、塑料物。一般含有機(jī)質(zhì)和未分解的腐殖質(zhì)。成分復(fù)雜，填筑堆積方式，時(shí)間和范圍的隨機(jī)性較大。其工程性質(zhì)為成分不均，厚度、密度變化大，變形大，具有濕陷性、壓縮性大、強(qiáng)度低、孔隙比大、滲透性不均等特點(diǎn)。

2.3 沖填土

沖填土由水力沖填泥沙形成。物質(zhì)組成隨水中泥砂的來(lái)源而變化。一般沿著出口至外側(cè)顆粒成分由粗變細(xì)。由于充填過(guò)程中沖填物的不同及水力的強(qiáng)弱變化，形成平縱方向上的物質(zhì)不均，致使其特點(diǎn)為層序分布不均勻，普遍呈現(xiàn)為透鏡體和薄層。其工程性質(zhì)為顆粒不均勻，透水性弱，排水固結(jié)差。

3 填土的勘察

3.1 主要勘察內(nèi)容

搜集區(qū)域地質(zhì)圖及地形圖，調(diào)查歷史上區(qū)域內(nèi)地形的變化情況和地物的變遷情況，走訪區(qū)域內(nèi)產(chǎn)權(quán)單位，充分了解填土的來(lái)源、堆填時(shí)間、堆填方式，計(jì)劃堆填目的或非計(jì)劃堆填的成因背景。調(diào)查區(qū)域內(nèi)是否存在地下設(shè)施、舊基礎(chǔ)、滲水井、填埋坑、暗溝、暗塘。

搜集有關(guān)區(qū)域地質(zhì)資料及既有鐵路、公路以及工民建等工程地質(zhì)勘察成果，詳細(xì)分析，結(jié)合具體實(shí)物勘察，查明厚度、范圍、物質(zhì)組成種類、堆填結(jié)構(gòu)、顆粒級(jí)配、均勻性、密實(shí)性、壓縮性、濕陷性、局部變形可能性。如區(qū)域內(nèi)存在沖填土，還應(yīng)查明沖填土排水和固結(jié)程度。查明地下水類型，變化規(guī)律，補(bǔ)給和排泄條件。確定地下水和地基土對(duì)建筑材料的腐蝕性。地表水和地下水之間的水力聯(lián)系。

3.2 勘探點(diǎn)布置

依據(jù)區(qū)域資料的調(diào)查結(jié)果，擬定勘察范圍。由于填土的特殊性，一般工程應(yīng)按復(fù)雜場(chǎng)地布置勘探點(diǎn)。初步勘察階段勘探點(diǎn)間距30～50 m，詳細(xì)勘察階段勘探點(diǎn)間距10～15 m。當(dāng)物質(zhì)成分不均土層變化較大時(shí)，應(yīng)依實(shí)際情況縮短孔間距，加密勘察點(diǎn)。鉆孔應(yīng)穿透填土層至天然土層。當(dāng)下部為軟弱土?xí)r，勘探點(diǎn)深度應(yīng)適當(dāng)加深。

3.3 勘探方法

勘探方法應(yīng)根據(jù)不同種類填土的特點(diǎn)確定。對(duì)于以細(xì)顆粒、黏性為主的填土，如粉土和黏性土，可采用鉆探取樣、小螺紋鉆與原位測(cè)試相結(jié)合的方法。對(duì)于含較多粗顆粒成分的素填土、雜填土或缺乏經(jīng)驗(yàn)的區(qū)域，可采用動(dòng)力觸探、鉆探、挖探，并選擇局部有代表性區(qū)域開挖探井。注意辨別物質(zhì)成分種類，區(qū)分建筑垃圾、工業(yè)垃圾及其他包含物，確定填土的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)。

3.4 原位測(cè)試

原位測(cè)試方法應(yīng)根據(jù)其不同種類填土的特點(diǎn)確定。填土的均勻性和密實(shí)度可用觸探測(cè)定。黏性、粉性填土應(yīng)以輕型動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)為主。粗顆粒填土應(yīng)以重型動(dòng)力觸探為主。沖填土、黏性土。素填土應(yīng)以靜力觸探為主。有條件的情況下，應(yīng)增加地球物理勘探的方法對(duì)填土的均勻性進(jìn)行定性。填土承載力、壓縮性和濕陷性可采用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)和室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)確定。

3.5 室內(nèi)試驗(yàn)

土工試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)不同種類填土的特點(diǎn)選擇試驗(yàn)項(xiàng)目，主要有密度、相對(duì)密度、含水率、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、壓縮性、抗剪強(qiáng)度、有機(jī)質(zhì)含量、濕陷性、膨脹性、滲透性等項(xiàng)目。試驗(yàn)項(xiàng)目開始前，應(yīng)仔細(xì)檢查土樣，防止土樣中夾雜其他物質(zhì)，確保試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)有效性。

4 填土的地基評(píng)價(jià)

4.1 填土地基的選用

經(jīng)過(guò)壓實(shí)處理或堆填時(shí)間較長(zhǎng)已完成自重壓密，均勻、密實(shí)的素填土和沖填土，包括物質(zhì)成分穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，均勻、密實(shí)的雜填土，可作為一般建筑物的天然地基。利用其作為地基時(shí)，應(yīng)采取簡(jiǎn)單的建筑體形，選擇面積大、整體剛度較好的基礎(chǔ)形式，并應(yīng)適當(dāng)增加上部結(jié)構(gòu)剛度等相應(yīng)措施。以提高建筑物對(duì)地基變形的適應(yīng)能力。

未經(jīng)過(guò)壓實(shí)處理，堆填時(shí)間較短，均勻性、密實(shí)性較差，有機(jī)質(zhì)含量較大，具有腐蝕性的雜填土，不宜作為建筑物的天然地基。

填土底面坡度大于20%時(shí)，受填土影響有發(fā)生滑動(dòng)的可能性。應(yīng)注意計(jì)算坡面的穩(wěn)定性，消除引起填土滑動(dòng)的隱患。

4.2 填土地基承載力的確定

填土的地基承載力應(yīng)利用現(xiàn)場(chǎng)勘探、原位測(cè)試、土工試驗(yàn)，結(jié)合區(qū)域經(jīng)驗(yàn)，按照不同類別工程規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。其中現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)對(duì)填土地基承載力的判定較為直觀，判定成果誤差較小，應(yīng)首先考慮使用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)。

5 填土地基的檢驗(yàn)

由于填土工程性質(zhì)的特殊性，處理后的填土地基應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查。可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行載荷試驗(yàn)或采用其他原位測(cè)試手段進(jìn)行檢查。驗(yàn)槽工作，應(yīng)配備經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師對(duì)槽底進(jìn)行檢查，對(duì)復(fù)雜場(chǎng)地可以選取關(guān)鍵部位進(jìn)行勘探驗(yàn)證。

6 工程實(shí)例

某鐵路工程全長(zhǎng)24.24 km，起點(diǎn)與濱綏鐵路接軌為二級(jí)單線鐵路。在工程地質(zhì)定測(cè)勘察階段對(duì)正常地段均進(jìn)行了地質(zhì)勘察工作，對(duì)城區(qū)村鎮(zhèn)可能存在零星填土的段落也進(jìn)行了調(diào)查和勘察工作并取得了相應(yīng)的勘察成果。該鐵路的各項(xiàng)工作在有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力推進(jìn)下，各種關(guān)系得以協(xié)調(diào)，在建設(shè)單位和地方有關(guān)部門的積極支持下，該鐵路補(bǔ)定測(cè)階段的地質(zhì)勘察工作得以順利展開。在補(bǔ)定測(cè)工作中加強(qiáng)了地質(zhì)調(diào)查和勘察工作。

在走訪調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，城區(qū)外一處地表外觀與其他地段無(wú)較大差別的段落，原為多年前廢棄的林區(qū)儲(chǔ)木場(chǎng)。線路通過(guò)地段已變成較寬的鄉(xiāng)間砂石道路，且與郊區(qū)其他的砂石路基本相同，兩側(cè)已成農(nóng)田和草地。定測(cè)階段由于外部條件復(fù)雜協(xié)調(diào)困難等因素的限制只做了少量鉆探和簡(jiǎn)易勘探工作，沒(méi)有按填土勘察原則及方法布設(shè)勘察工作量，也沒(méi)有布設(shè)橫斷面勘察。補(bǔ)定測(cè)階段通過(guò)走訪了解到此處原為儲(chǔ)木場(chǎng)的低洼（溝）處，后經(jīng)儲(chǔ)木場(chǎng)多年的使用擴(kuò)建逐漸填平并用于堆放木材。調(diào)查了解到此信息后，對(duì)此段按填土勘察原則布設(shè)勘探工作量和勘察橫斷面。通過(guò)實(shí)地勘探，得出填土厚度主段落為3.3~4.2 m，大小里程方向兩側(cè)過(guò)渡段為0.5~1.2 m。填土成分為表層0.5~0.8 m砂礫石及黏性土，下部3.3~4.2 m為儲(chǔ)木場(chǎng)的加工后的樹皮、鋸末、煤灰、雜草、少許雜土、砂礫石及建筑垃圾等，其成分復(fù)雜，填土種類為雜填土。經(jīng)過(guò)補(bǔ)定測(cè)階段按填土原則進(jìn)行勘察，最終確定了填土的平面范圍、埋深和填土性質(zhì)，并對(duì)其做出相應(yīng)評(píng)價(jià)，形成了DK3+105~DK3+945段填土的工點(diǎn)勘察報(bào)告。設(shè)計(jì)專業(yè)根據(jù)工點(diǎn)報(bào)告對(duì)此段落按特殊工點(diǎn)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，對(duì)雜填土進(jìn)行挖除換填處理，保證了工程的安全質(zhì)量。該路段自鐵路建成以來(lái)運(yùn)行良好。

某南站為濱綏鐵路和拉濱鐵路上的重要編組站，隨著某主車站改造工程的進(jìn)行對(duì)南站也進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的升級(jí)改造。其新建工程包括運(yùn)轉(zhuǎn)整備綜合樓、整備地勤房屋、設(shè)備機(jī)床間、教育樓、材料庫(kù)、汽車庫(kù)等生產(chǎn)、生活房屋及與其相關(guān)的配套工程等。在某站房工程勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)，同一場(chǎng)地內(nèi)土質(zhì)和其他部位的土質(zhì)在結(jié)構(gòu)感觀上、外業(yè)鑒別上存在細(xì)微差別感。因?yàn)椴顒e感較小，判斷起來(lái)非常困難。此站為使用多年的老站，建成時(shí)間久遠(yuǎn)，經(jīng)歷了多次的改擴(kuò)建。為了達(dá)到提高勘察精度及不留工程質(zhì)量安全隱患的目的，加強(qiáng)了資料的搜集和調(diào)查走訪工作。經(jīng)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)地面外觀雖然平整，但此處歷史地貌形態(tài)為松花江南岸崗阜狀地貌，原始地形并不平坦，在后來(lái)的改擴(kuò)建過(guò)程中進(jìn)行了就地整平，用原土進(jìn)行移挖作填并對(duì)回填部位的基底進(jìn)行清理。因?yàn)橛迷吝M(jìn)行回填處理，所以初期勘探時(shí)未發(fā)現(xiàn)回填界線。調(diào)查清楚后調(diào)整了勘察方案和勘察方法，并在建筑物平面外側(cè)加布一定數(shù)量的勘探孔，同時(shí)加強(qiáng)原位測(cè)試、土工試驗(yàn)、特別是壓縮和剪切等試驗(yàn)工作。并與其他部位的站房鉆探測(cè)試和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析找出差異，通過(guò)調(diào)查、鉆探、原位測(cè)試、土工試驗(yàn)等確定此處填土為單一粉質(zhì)黏土回填的素填土，確定其平面分布范圍和深度，對(duì)其壓縮性、抗剪性、承載力及地基基礎(chǔ)方案做出了綜合評(píng)價(jià)。對(duì)于處在填土區(qū)的低層安全性等級(jí)不高的建筑物采用對(duì)基底進(jìn)行夯實(shí)處理方案，對(duì)安全等級(jí)高的重要建筑物采用換填處理和采用樁基方案，通過(guò)施工和建成監(jiān)測(cè)至今運(yùn)行良好。

7 結(jié)語(yǔ)

各種填土的成因、時(shí)間、成分具有復(fù)雜多變性，所以，在對(duì)填土的勘察工作中，不論是鐵路、公路及工民建工程，都應(yīng)廣泛搜集資料，加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查和走訪工作，采用多種勘察方法和勘察手段來(lái)查明填土的分布范圍、厚度、來(lái)源、堆積方法和堆積年限，并確定填土的工程性質(zhì)。

總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)上述2個(gè)工程實(shí)例證明，各類工程的勘察工作中只要在思想上高度重視填土勘察，在實(shí)際勘察過(guò)程中加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查和走訪工作，隨時(shí)調(diào)整勘察方案和勘察方法及手段，就能夠有效地查清填土的性質(zhì)、分布情況及工程地質(zhì)意義，做出科學(xué)合理的評(píng)價(jià)并準(zhǔn)確提出可靠的巖土參數(shù)和處理方案，為設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)。